Tecnología de embalaje LED

La tecnología de empaquetado LED se desarrolla y evoluciona principalmente en base a tecnología de empaquetado de dispositivos discretos, pero tiene grandes particularidades. En términos generales, la matriz de un dispositivo discreto está sellada en un paquete. La función principal del paquete es proteger la matriz y completar las interconexiones eléctricas. El empaque de LED debe completar las funciones de emitir señales eléctricas, proteger el funcionamiento normal de la matriz y emitir luz visible. Tiene requisitos técnicos y de diseño tanto para los parámetros eléctricos como para los parámetros ópticos. Los dispositivos discretos no pueden empaquetarse simplemente como LED.

La parte emisora ​​de luz del chip LED es un chip de unión PN compuesto por un semiconductor tipo P y un semiconductor tipo N. Cuando los portadores minoritarios inyectados en una unión PN se recombinan con los portadores mayoritarios, se emite luz visible, ultravioleta o infrarroja. Sin embargo, los fotones emitidos desde la región de unión PN no son direccionales, es decir, tienen las mismas posibilidades de ser emitidos en todas las direcciones. Por lo tanto, no toda la luz generada por el troquel puede liberarse, lo que depende principalmente de la calidad del material semiconductor, la estructura y geometría del troquel, la estructura interna y los materiales de embalaje del paquete, y los requisitos de la aplicación para mejorar la Eficiencia cuántica dentro y fuera del LED. El paquete LED tradicional de Φ5 mm consiste en unir o sinterizar un núcleo magnético cuadrado con una longitud lateral de 0,25 mm en el marco del cable. El polo positivo del núcleo magnético está conectado a un pin a través de un punto de contacto esférico. unido con un cable dorado como cable interno, el electrodo negativo se conecta al otro pin del marco del cable a través de la copa de lanzamiento y luego se encapsula con epoxi en la parte superior. La función de la copa reflectante es recoger la luz emitida desde el lateral y la interfaz del troquel y emitirla en el ángulo de dirección deseado. La parte superior está encapsulada en una determinada forma con resina epoxi, que tiene varias funciones: proteger el núcleo del tubo de la erosión externa; utilizar las funciones de lentes o lentes difusoras con diferentes formas y propiedades de materiales (dopados o no con agentes dispersores de color) para controlar el ángulo de dispersión de la luz; la relación entre el índice de refracción del núcleo del tubo y el índice de refracción del aire es demasiado grande, lo que resulta en un ángulo crítico muy pequeño de reflexión total dentro del núcleo del tubo. Solo se genera una pequeña parte de la luz. por la capa activa se elimina, y la mayor parte se elimina fácilmente La capa activa Solo se elimina una pequeña parte de la luz generada, y la mayor parte es fácilmente absorbida por múltiples reflejos dentro del núcleo del tubo, que pueden fácilmente. provocar una pérdida excesiva de luz por reflexión total. Elija resina epoxi con el índice de refracción correspondiente para la transición y mejorar la eficiencia de extracción de luz del núcleo del tubo. La resina epoxi utilizada para formar la carcasa del tubo debe ser resistente a la humedad, aislante, mecánicamente resistente y tener un alto índice de refracción y transmitancia a la luz emitida por el núcleo del tubo. La selección de materiales de embalaje con diferentes índices de refracción y geometría del embalaje tiene diferentes efectos sobre la eficiencia del escape de fotones. La distribución angular de la intensidad luminosa también está relacionada con la estructura de la matriz, la salida de luz y los materiales y formas utilizados en la lente del embalaje. Si la lente de resina es puntiaguda, la luz se puede concentrar en la dirección axial del LED y el ángulo de visión correspondiente será pequeño; si la parte superior de la lente de resina es redonda o plana, el ángulo de visión correspondiente aumentará.

En términos generales, la longitud de onda luminosa del LED cambiará entre 0,2 y 0,3 nm/℃ con la temperatura, y el ancho del espectro aumentará en consecuencia, afectando el brillo del color. Además, cuando la corriente directa fluye a través de la unión PN, las pérdidas de calentamiento provocan un aumento de temperatura en el área de la unión. Cuando la temperatura se acerca a la temperatura ambiente, si la temperatura aumenta 1°C, la intensidad luminosa del LED disminuirá en consecuencia. La disipación de calor del paquete es muy importante para mantener la pureza del color y la intensidad luminosa. En el pasado, el método de reducción de la corriente de conducción se utilizaba para reducir la temperatura de la unión. La corriente de conducción de la mayoría de los LED se limitaba a aproximadamente 20 mA. Sin embargo, la salida de luz de un LED aumenta a medida que aumenta la corriente. Actualmente, la corriente impulsora de muchos LED de potencia puede alcanzar niveles de 70 mA, 100 mA o incluso 1 A, lo que requiere estructuras de embalaje mejoradas. Los nuevos conceptos de diseño de envases LED y las estructuras y tecnologías de envases de baja resistencia térmica mejoran las características térmicas. Por ejemplo, se utiliza una estructura de chip flip-chip de gran superficie, se selecciona pegamento plateado con buena conductividad térmica, se aumenta el área de superficie del soporte de metal y las protuberancias de soldadura del soporte de silicio se instalan directamente sobre el calor. hundir. Además, la conductividad térmica también es muy importante en el diseño de aplicaciones, placas de circuito PCB y otros diseños de disipación de calor. 1. Flujo del proceso:

a) Limpieza: Utilice limpieza ultrasónica para limpiar la PCB o el soporte del LED y secarlo.

b) Instalación: después de preparar pegamento plateado en el electrodo inferior del núcleo del tubo LED (oblea grande) y expandirlo, coloque el núcleo del tubo expandido (oblea grande) en la etapa transcristal y utilícelo. La lente transcristal bajo el microscopio. El bolígrafo instala los núcleos del tubo uno por uno en las almohadillas correspondientes del PCB o soporte LED y luego sinteriza el pegamento plateado para solidificarlo.

c) Soldadura a presión: Utilice un soldador de alambre de aluminio o alambre de oro para conectar el electrodo al troquel LED e inyectar corriente en el cable. El LED se monta directamente en la PCB, normalmente utilizando un soldador de alambre de aluminio. (La producción de luz blanca TOP-LED requiere una máquina soldadora de alambre de oro)

d) Embalaje: El núcleo del LED y el alambre de soldadura están protegidos mediante pegamento dispensador y resina epoxi. La dispensación de pegamento en la placa PCB tiene requisitos estrictos en cuanto a la forma del pegamento curado, que está directamente relacionado con el brillo de la luz de fondo terminada. Este proceso también asumirá la tarea de puntear fósforo (LED blanco).

e) Soldadura: si la luz de fondo utiliza SMD-LED u otros LED empaquetados, los LED deben soldarse a la placa PCB antes del ensamblaje.

f) Corte de película: utilice una máquina de estampado para troquelar varias películas de difusión, películas reflectantes, etc. necesarias para la retroiluminación.

g) Montaje: De acuerdo con los requisitos del dibujo, instale manualmente varios materiales de la luz de fondo en la posición correcta.

h) Prueba: Compruebe si los parámetros fotoeléctricos de la retroiluminación y la uniformidad de la luz son buenos.

Embalaje: Los productos terminados se empaquetan y almacenan según sea necesario. 1. La tarea del embalaje de LED

es conectar los cables externos a los electrodos del chip LED, protegiendo al mismo tiempo el chip LED y mejorando la eficiencia de extracción de luz. Los procesos clave son el montaje, la soldadura a presión y el embalaje.

2. Formas de embalaje de LED

Se puede decir que las formas de embalaje de LED son diversas, principalmente según el tamaño correspondiente, las estrategias de disipación de calor y la eficiencia de la luz según las diferentes aplicaciones. Las formas de empaque de LED se clasifican en Lamp-LED, TOP-LED, Side-LED, SMD-LED, High-Power-LED, etc.

3. Proceso de embalaje de LED

4. Descripción del proceso de embalaje

1. Inspección del chip

Inspección microscópica: si hay alguna maquinaria en la superficie del material Daño y picaduras (colinas de bloqueo) Si el tamaño del chip y el tamaño del electrodo cumplen con los requisitos del proceso y si el patrón del electrodo está completo.

2. Expansión del orificio

Dado que los chips LED todavía están dispuestos muy juntos después del corte, el espacio es muy pequeño (aproximadamente 0,1 mm), lo que no favorece operaciones posteriores. Utilizamos una máquina de expansión de orificios para expandir los orificios de la película que adhiere los chips, de modo que la distancia entre los chips LED se estire a aproximadamente 0,6 mm. También se puede utilizar el escariado manual, pero esto puede provocar fácilmente problemas indeseables, como la caída de virutas y el desguace.

3. Dispensador de pegamento

Coloque pegamento plateado o pegamento aislante en la posición correspondiente del soporte LED. (Para sustratos conductores de GaAs y SiC, use pegamento plateado para chips rojos, amarillos y amarillo-verdes con electrodos posteriores. Para chips LED azules y verdes sobre sustratos aislantes de zafiro, use pegamento aislante para fijar el chip). La dificultad del proceso radica en el control de la cantidad de pegamento dispensado. Existen requisitos de proceso detallados para la altura del pegamento y la posición del pegamento dispensado. Dado que el pegamento plateado y el pegamento aislante tienen requisitos estrictos de almacenamiento y uso, la prueba, la agitación y el tiempo de uso del pegamento plateado son cuestiones a las que se debe prestar atención en el proceso.

4. Dispensación de pegamento

A diferencia de la dispensación de pegamento, la dispensación de pegamento consiste en utilizar una máquina dispensadora de pegamento para aplicar pegamento plateado a los electrodos en la parte posterior del LED y luego instalar el Pegamento plateado en la parte posterior del LED en el soporte del LED. La eficiencia de la dosificación de pegamento es mucho mayor que la de la dosificación, pero no todos los productos son adecuados para el proceso de dosificación de pegamento.

5. Tarjeta de visita

Coloque el chip LED expandido (con o sin pegamento) en el dispositivo de la estación de punzonado, coloque el soporte del LED debajo del dispositivo y colóquelo debajo del microscopio Utilice una aguja para pinchar los chips LED en las posiciones correspondientes uno por uno. En comparación con la colocación manual y la colocación automática, su ventaja es que es conveniente reemplazar diferentes chips en cualquier momento y es adecuado para productos que requieren la instalación de múltiples chips.

6. Montaje automático

El montaje automático en realidad combina los dos pasos de sumergir pegamento (pegamento) e instalar chips. Primero, coloque pegamento plateado (aislamiento) en el pegamento del soporte LED. Luego use una boquilla de vacío para recoger el chip LED y moverlo a la posición del soporte correspondiente. Durante el proceso de colocación automática, usted necesita principalmente estar familiarizado con la programación de operación del equipo y al mismo tiempo ajustar la precisión de inmersión e instalación del equipo. Al elegir una boquilla, intente elegir una boquilla de baquelita para evitar daños en la superficie del chip LED, especialmente para los chips de luz azul y verde, debe utilizar una boquilla de baquelita. Porque la boquilla de acero rayará la capa de difusión actual en la superficie del chip.

7. Sinterización

El propósito de la sinterización es solidificar el pegamento de plata. Es necesario controlar la temperatura durante la sinterización para evitar defectos en el lote. La temperatura de sinterización del pegamento de plata generalmente se controla a 150 °C y el tiempo de sinterización es de 2 horas. Se puede ajustar a 170 ℃ según las condiciones reales y el tiempo es de 1 hora. El pegamento aislante generalmente es de 150 ℃, 1 hora. El horno de sinterización de plata debe abrirse cada 2 horas (o 1 hora) según los requisitos del proceso para reemplazar los productos de sinterización, y no debe abrirse a voluntad en el medio. El horno de sinterización no debe utilizarse para otros fines para evitar la contaminación.

8. Soldadura a presión

El propósito de la soldadura a presión es conducir los electrodos al chip LED para completar la conexión de los cables internos y externos del producto. Hay dos tipos de procesos de soldadura a presión de LED: soldadura con bolas de alambre de oro y soldadura a presión con alambre de aluminio. Primero presione el primer punto en el electrodo del chip LED, luego tire del cable de aluminio hasta el soporte correspondiente, presione el segundo punto y luego corte el cable de aluminio. En el proceso de soldadura de bolas de alambre de oro, se quema una bola antes de presionar el primer punto y el resto del proceso es similar. La soldadura a presión es un eslabón clave en la tecnología de envasado de LED. Durante el proceso de soldadura a presión, es principalmente necesario controlar la forma del arco, la forma de la soldadura, la tensión, etc. del alambre de oro (alambre de aluminio). Estudio en profundidad de diversos temas involucrados en el proceso de soldadura a presión, como el material del alambre de oro (aluminio), la potencia ultrasónica, la presión de soldadura a presión, la selección de la cuchilla separadora (boca de acero), la trayectoria de la cuchilla separadora (boca de acero), etc.

El packaging LED incluye principalmente tres tipos: encolado, encapsulado y moldeado.

Fundamentalmente la dificultad en el control del proceso radica en la presencia de burbujas, falta de material y puntos negros. El diseño consiste principalmente en seleccionar materiales y elegir la combinación adecuada de resina epoxi y brackets. La dosificación manual requiere un alto nivel de operación de empaque (especialmente para LED blancos). La principal dificultad es el control de la cantidad de dosificación, porque la resina epoxi se espesará durante el uso. La distribución de LED blancos también tiene el problema de un color de luz deficiente debido a la precipitación de fósforo.

10. Embalaje

El formato de embalaje de Lamp-LED es en maceta. El proceso de encapsulado consiste en verter primero resina epoxi líquida en la cavidad del molde del LED, luego insertar el soporte del LED soldado a presión, colocarlo en el horno para solidificar la resina epoxi y luego sacar el LED de la cavidad del molde para moldearlo.

11. Conformado y embalaje

Coloque el soporte LED soldado a presión en el molde, presione los moldes superior e inferior con una prensa hidráulica y evacue, y coloque la resina epoxi sólida en La entrada del canal de moldeo por inyección se calienta y se utiliza una varilla hidráulica para presionar el canal del molde. La resina epoxi ingresa a la ranura de moldeo de cada LED a lo largo del canal y se solidifica. (12) Curado y poscurado

El curado se refiere al curado de resina epoxi encapsulada. Generalmente, las condiciones de curado de la resina epoxi son 135 °C y 1 hora. El envasado por moldeo se realiza generalmente a 150°C durante 4 minutos.

13. Postcurado

El poscurado consiste en curar completamente la resina epoxi mientras envejece térmicamente el LED. El poscurado es muy importante para mejorar la fuerza de unión entre la resina epoxi y el bracket (PCB). Las condiciones típicas son 120°C durante 4 horas.

14. Corte y trazado de nervaduras

Dado que los LED se conectan juntos (en lugar de individualmente) durante la producción, los LED empaquetados con lámpara se cortan cortando nervaduras en el soporte de LED. El SMD-LED está montado en una placa PCB y requiere una máquina trazadora para completar el trabajo de separación.

15. Pruebas

Pruebe los parámetros ópticos del LED, verifique las dimensiones generales y clasifique los productos LED según los requisitos del cliente.

16. Envasado

Contar y envasar los productos terminados.

Los LED ultrabrillantes requieren un embalaje antiestático. Si se van a utilizar LED semiconductores como fuentes de iluminación, su flujo luminoso dista mucho del de productos convencionales como lámparas incandescentes y lámparas fluorescentes, que son fuentes de luz de uso general. Por tanto, la clave para el desarrollo del LED en el campo de la iluminación es mejorar su eficiencia luminosa para que el flujo luminoso alcance el nivel de las fuentes de iluminación existentes. A medida que la potencia de entrada de los chips LED continúa aumentando, la tecnología de embalaje de LED de potencia debe cumplir principalmente los dos requisitos siguientes: la estructura del embalaje debe tener una alta eficiencia de extracción de luz; ② la resistencia térmica debe ser lo más baja posible para garantizar el rendimiento y la confiabilidad optoelectrónicos; del sexo del LED de potencia.

Los materiales epitaxiales utilizados en los LED de potencia utilizan tecnología de crecimiento epitaxial MOCVD y múltiples estructuras de pozos cuánticos. Aunque su eficiencia cuántica interna debe mejorarse aún más, el mayor obstáculo para obtener un alto flujo luminoso sigue siendo la baja extracción de luz. eficiencia del chip. El diseño del LED de potencia existente adopta una nueva estructura de soldadura de chip invertido para mejorar la eficiencia de extracción de luz del chip, mejorar las características térmicas del chip y aumentar la eficiencia de conversión fotoeléctrica del dispositivo al aumentar el área del chip y la corriente de operación. Por lo tanto, es necesario obtener un alto nivel de flujo luminoso. Además de los chips, la tecnología de embalaje de los dispositivos también desempeña un papel importante en el flujo luminoso. Tecnologías clave para el empaque de LED de potencia: a. Tecnología de disipación de calor

La estructura de empaque de LED indicador tradicional generalmente utiliza pegamento conductor o no conductor para instalar el chip en una copa o etapa reflectante más pequeña después de que se completa el cable dorado. Las conexiones internas y externas del dispositivo están encapsuladas con resina epoxi. Su resistencia térmica es de hasta 150 ~ 250 ℃/W. Si el nuevo chip de potencia adopta la forma de empaque LED tradicional, el nuevo tipo de chip de potencia adoptará el mismo. En la forma tradicional de empaque de LED, la temperatura de la unión del chip aumentará rápidamente debido a la mala disipación del calor y la resina epoxi se carbonizará y se volverá amarilla, lo que acelerará la decadencia de la luz del dispositivo hasta que falle. expansión térmica, lo que lleva a una falla del circuito abierto.

Para los chips LED de potencia con grandes corrientes operativas, nuevas estructuras de empaque con baja resistencia térmica, buena disipación de calor y baja tensión son las claves para alimentar la tecnología de dispositivos LED. Se pueden usar materiales con baja resistencia y alta conductividad térmica para unir el chip; se pueden agregar disipadores de calor de cobre o aluminio a la parte inferior del chip y se puede usar una estructura semiencapsulada para acelerar la disipación de calor secundaria; incluso estar diseñado para reducir la resistencia térmica del dispositivo; en el interior del dispositivo, relleno de silicona flexible de alta transparencia, este gel no provocará que el dispositivo abra el circuito debido a cambios bruscos de temperatura, ni amarilleará el material del mismo; La pieza debe considerar completamente su conductividad térmica y sus características de disipación de calor para obtener buenas características generales de disipación de calor.

Para mejorar la eficiencia de extracción de luz del dispositivo, se deben diseñar copas reflectantes adicionales y múltiples lentes ópticas.

Tecnología de luz blanca Power LED

Los métodos de proceso comunes para lograr luz blanca son los siguientes: ① El chip de luz azul está recubierto con fósforo YAG y la luz azul excita la luz amarilla. luz verde emitida por el fósforo y luz azul para sintetizar luz blanca. Este método es relativamente simple, eficiente y práctico. Las desventajas son que la consistencia de la cantidad de pegamento sobre la tela es pobre y el polvo de fósforo es fácil de precipitar, lo que resulta en una mala uniformidad de la superficie clara y una mala consistencia del tono del color, la temperatura del color es alta y la reproducción cromática es deficiente; no es ideal. El multichip o multidispositivo RGB de tres colores primarios emite colores mezclados para producir luz blanca, o los colores azul y amarillo de doble chip se complementan entre sí para producir luz blanca. Siempre que el método de disipación de calor sea adecuado, la luz blanca producida por este método es más estable que el método anterior, pero la fuerza impulsora es mayor ③ Cubra el fósforo RGB en el chip UV y use luz violeta para excitar el fósforo. Produce luz de tres colores mezclada para formar luz blanca. Debido a la baja eficiencia de los chips UV y fósforos RGB actuales, aún no han llegado a la etapa práctica. Los LED se han desarrollado rápidamente durante los últimos 30 años. Los primeros productos aparecieron en 1968. El flujo luminoso de los LED con una corriente de funcionamiento de 20 mA era de sólo unas pocas milésimas de lúmenes, la eficiencia luminosa correspondiente era de 0,1 lm/W y el color de la luz era de sólo 650 nm de luz roja. A principios de la década de 1970, la tecnología avanzaba rápidamente: la eficiencia de la luz alcanzaba 1 lm/W y los colores se extendían hasta el rojo, el verde y el amarillo. Con la invención de nuevos materiales y la mejora de la eficiencia luminosa, la potencia y el flujo luminoso de una única fuente de luz LED también están aumentando rápidamente. Inicialmente, la corriente de conducción de los LED generales era de sólo 20 mA. En la década de 1990, la corriente de conducción de una fuente de luz LED cuyo nombre en código era "Piraña" aumentó a 50-70 mA, mientras que la corriente de conducción de los nuevos LED de alta potencia alcanzó 300-500 mA. .

En 1998, el exitoso desarrollo del LED blanco hizo que la aplicación del LED diera un paso sustancial desde la simple función de visualización de letreros a la función de iluminación. La Figura 2-1 a la Figura 2-4 describen la historia del desarrollo de LED. Figura 2-1 El LED común se usa principalmente para luces indicadoras Figura 2-2 El LED de alto brillo se usa principalmente para iluminación Figura 2-3 LED Piraña Figura 2-4 LEDA de alta potencia Estado actual de la tecnología de empaquetado del LED de potencia El LED de potencia está dividido en LED de potencia y vatios Hay dos tipos de LED de potencia de nivel (W). La potencia de entrada de los LED de potencia es inferior a 1 W (excepto los LED de potencia de decenas de milivatios, la potencia de entrada de los LED de potencia de clase W es igual o superior a 1 W);