In dieser Arbeit werden optische, thermische, elektrische, Zuverlässigkeit, etc., im Detail die High-Power LED weiß Verpackungsdesign und Forschung Fortschritte und die wichtigsten High-Power LED überprüft Verpackungstechnik überprüft werden. LED Design-Paket sollte mit dem Chip-Design an der gleichen Zeit, und die Notwendigkeit für Licht, Wärme, Elektrizität, betrachten eine einheitliche Struktur und anderen Eigenschaften hergestellt werden. In den Verpackungsprozess, obwohl das Material (thermische Substrat, Phosphor, Vergussmassen) Wahl ist wichtig, aber das Paket-Struktur sollte thermische und optische Schnittstelle minimiert werden, wodurch das Paket thermische Beständigkeit, die Verbesserung der Lichtausbeute. Schließlich sind die Papier-Design von LED-Lampen und Verpackungsvorschriften beschrieben.
Schlüsselwörter: Solid-State-weißer LED-Beleuchtung, LED-High-Power-Paket
I. Einleitung
High-Power LED-Paket Struktur und Prozess so komplex und unmittelbar auf die Verwendung von LED-Leistung und Lebensdauer, hat einen Forschungsschwerpunkt in den letzten Jahren, vor allem in High-Power-Weißlicht-LED-Paket ist die Forschung Hotspot in der Hot Spots. LED-Paket gehören:.. 1 Mechanischer Schutz, um die Zuverlässigkeit zu verbessern, 2 Zur Verbesserung der Wärmeableitung, den Chip Sperrschichttemperatur verringern und die LED-Leistung, 3 Optische Kontrolle und Verbesserung der Lichtausbeute und Optimierung der Lichtverteilung, 4 Power Management.. einschließlich AC / DC Schalt-und Leistungsregelung.
LED Verpackung Methoden, Materialien, Struktur und Prozess der Auswahl in erster Linie von der Chip-Architektur, optisch / mechanische Eigenschaften, die spezifische Anwendung und Kostenfaktoren. Nach 40 Jahren der Entwicklung, hat LED-Paket durch den Frame-Typ (Lampe LED), weg SMD (SMD LED), Power-Typ LED (Power LED) und auf anderen Stufen der Entwicklung. Da die Leistung erhöht, insbesondere LED die Nachfrage nach der Entwicklung der Solid-State Lighting Technologie, Verpackung der optischen, thermischen, elektrischen und mechanischen Aufbau und legte neue und höhere Anforderungen. Um effektiv zu reduzieren das Paket thermischen Widerstand, Verbesserung der Effizienz des Lichts, müssen neue Technologie für Paket Design-Ideen genutzt werden.
Zweitens LED der Schlüssel zu hoher Leistung Verpackungstechnik
High-Power LED-Paket vor allem auf Licht, Wärme, Strom, Aufbau-und Ablauforganisation, etc., siehe Abbildung 1 in Verbindung. Diese Faktoren sind voneinander unabhängig voneinander, aber auch gegenseitig beeinflussen. Unter ihnen der Zweck der Verpackung nur LED-, Wärme-Schlüssel, Macht, Struktur und Prozess ist das Mittel, ist das Niveau der Leistung eine konkrete Manifestation des Pakets. Von der Prozess in Bezug auf Kompatibilität und senken Produktionskosten, LED-Chip-Design-Paket Design sollte zugleich sein, sollte die Chip-Design berücksichtigt die Paket-Struktur und Prozess. Ansonsten, der andere Chip-Fertigung abgeschlossen ist, wahrscheinlich wegen der Chip-Package-Struktur angepasst werden muss, was zu mehr Produktentwicklungszyklus und Prozesskosten, und manchmal sogar unmöglich.
Insbesondere die LED Schlüsseltechnologie des High-Power-Paket beinhaltet:
(A) geringer thermischer Widerstand Verpackungstechnik
LED-Licht-Effekte für das bestehende Niveau, da etwa 80% der eingesetzten Energie in Wärme verwandelt, und die LED-Chip-Größe, daher ist die LED-Chip Kühlung Paket muss die zentralen Fragen. Einschließlich Chip-Layout, Verpackungsmaterial Auswahl (Trägermaterial, Wärmeleitmaterialien) und Prozess-Kühlkörper.
Wärmewiderstand LED-Paket inklusive Material (Substrat und Kühlkörper thermische Struktur) Innenwiderstand und Grenzflächen thermische Beständigkeit. Die Rolle des Substrats Wärmeaufnahme durch den Chip-Wärme-Übertragung auf die erzeugte Wärme sinken auf den Wärmeaustausch mit der Außenwelt zu erreichen. Häufig verwendete Trägermaterialien einschließlich Silizium thermische, Metall (zB Aluminium, Kupfer), Keramik (zB Al2O3, AlN, SiC) und Verbundwerkstoffe. Unternehmen wie Nichia LED mit der dritten Generation zu CuW Substrat tun, wird Flip-Chip in der CuW 1mm Substrat werden, wodurch das Paket thermische Beständigkeit, verbesserte Licht-emittierende Leistung und Effizienz; Lamina Ceramics Unternehmen entwickelt LTCC Metallsubstrat Abbildung 2 (a), und die Entwicklung der entsprechenden LED Verpackungstechnik. Zunächst wurde die Technologie für eutektische Lot angefertigte Hochleistungs-LED-Chips und der entsprechenden keramischen Substrat, dem LED-Chip und dem Substrat und dann direkt miteinander verschweißt. Als Substrat integriert eutektischen Lotschicht, elektrostatische Schutzschaltung, Ansteuerschaltung und Kontrolle Kompensationsschaltung ist nicht nur einfach in der Struktur, und wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit Materialien, thermische Schnittstelle weniger stark verbessern die thermische Leistung für High-Power LED-Array-Paket Lösungsvorschläge. Deutschland Curmilk Unternehmen entwickelt eine hohe thermische Leitfähigkeit Kupfer Keramikplatte, die Keramik-Substrat (AlN oder Al2O3) und leitfähige Schicht (Cu) bei hoher Temperatur gesintert, verwenden Sie keine Bindemittel, so gute Wärmeleitfähigkeit, hohe Festigkeit, Isolierung stark, wie in Abbildung 2 (b) gezeigt. In welchen Aluminiumnitrid (AlN) die Wärmeleitfähigkeit 160W/mk, thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 4,0 × 10-6 / ℃ (Wärmeausdehnungskoeffizienten von Silizium 3,2 × 10-6 / ℃ Äquivalent), die das Paket verringert thermische Belastung.
Abbildung 2 (a) LTCC Metallsubstrat
Abbildung 2 (b) Schematischer Querschnitt Kupfer Keramiksubstrate
Die Ergebnisse zeigen, dass die Schnittstelle auf den thermischen Widerstand des Pakets ist auch eine große, wenn nicht korrekt verarbeiten die Schnittstelle, wäre es schwierig, eine gute Kühlwirkung zu erhalten. Zum Beispiel, Raumtemperatur, gute Grenzflächen Kontakt mit hohen Temperaturen können in der Schnittstelle Lücke vorhanden ist, kann das Substrat Verzug auch Auswirkungen auf die lokale Bindung und Wärmeableitung. Der Schlüssel für die LED-Paket zu verbessern, ist die Schnittstelle und die Schnittstelle an Widerstand zu reduzieren und verbessern die Wärmeableitung. Daher ist der Chip und die Kühlung thermisch Schnittstelle zwischen dem Trägermaterial (TIM) Auswahl sehr wichtig. TIM LED Paket üblicherweise für die leitfähigen Kunststoff und thermische Kunststoff, die geringe Wärmeleitfähigkeit, in der Regel 0.5-2.5W/mK, was zu hohen thermischen Beständigkeit Grenzflächen eingesetzt. Die niedrige Temperatur oder eutektische Lot, Lotpaste oder leitfähige Nanopartikel innerhalb des Gels als Wärmeleitmaterial dotiert, stark herabsetzen kann die Schnittstelle thermische Beständigkeit.
(B) hohe take-ray Struktur und Technologie-Paket
LED verwendet in den Prozess, der strahlenden Rekombination von Photonen mit dem Verlust von Feuern aus erzeugt, vor allem in drei Aspekten: die interne Struktur des Chips Defekt als auch die Absorption; Photonen in der ausgehenden Schnittstelle, die Brechzahldifferenz durch die Reflexionsverluste verursacht, als ein Ergebnis der Einfallswinkel größer als der Totalreflexion kritische Winkel der Totalreflexion durch den Verlust verursacht. Daher kann eine Menge von Chips aus dem Licht nicht erreichen alle Teile von außen. Chip durch eine Schicht von relativ hohen Brechungsindex des transparenten Schicht (Topfen) beschichteten Oberfläche, da die Luftschicht zwischen dem Chip und ist somit eine effektive Senkung der Verlust von Photonen in die Schnittstelle zu den Licht-Extraktion zu verbessern. Darüber hinaus die Rolle der Blumenerde Chip enthält auch einen mechanischen Schutz, Stress abzubauen, und als Lichtleiter Struktur. Daher sind die Anforderungen seiner hohen Lichtdurchlässigkeit, mit hohem Brechungsindex, thermische Stabilität, gute Fließfähigkeit, leicht zu sprühen. Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der LED-Paket, auch als Blumenerde Materialien mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme, geringe Belastung, Anti-Aging Eigenschaften. Derzeit verwendet werden, umfassen Epoxid-und Silikon-Vergussmassen. Aufgrund der hohen Transparenz Kieselgel, einen großen Brechungsindex, thermische Stabilität, ist Stress kleine, geringe Feuchtigkeitsaufnahme, besser als Epoxidharz, ist High-Power LED-Paket weit verbreitet, aber die Kosten sind höher. Studien zeigen, dass eine Erhöhung des Brechungsindex kann wirksam bei der Verringerung der Brechungsindex des Silica physische Barrieren durch Photonen Verluste verursacht und die Verbesserung der externen Quanteneffizienz, aber Silikon Leistung durch die Umgebungstemperatur beeinflusst. Da die Temperatur steigt, bis das Kieselgel Erhöhung der internen thermischen Belastung, was zu geringeren Brechungsindex von Kieselgel, was sich auf die LED-Effizienz und Lichtverteilung.
Die Rolle von Phosphor ist Lichtfarbe Composite, die Bildung von weißem Licht. Seine Eigenschaften umfassen Größe, Form, Lichtausbeute, Wirkungsgrad, Stabilität (thermische und chemische), etc., in denen Leuchtdioden Effizienz und Wirkungsgrad ist der Schlüssel. Studien zeigen, dass bei steigender Temperatur, geringere Quanteneffizienz Phosphor, das Licht Rückgang Strahlungswellenlänge wird sich auch ändern, so dass die weiße LED Farbtemperatur, Farbveränderungen, die höhere Temperatur wird die Alterung der Leuchtstoffe zu beschleunigen. Da der Phosphor-Beschichtung mit Epoxy oder Silikon und Phosphor aus der Bereitstellung, geringere Wärmeentwicklung, wenn unterliegen violett oder UV-Strahlung, Temperatur, Abschrecken und Auslagern-anfällig, so Lichtausbeute. Darüber hinaus Vergießen Materialien und hohen Temperaturen thermische Stabilität des Phosphors ist ebenfalls problematisch. Größe des Phosphors in mehr als 1um verwendet, Brechungsindex größer als oder gleich 1,85, während die Kieselsäure Brechungsindex ist in der Regel 1,5. Da der Brechungsindex Missverhältnis zwischen den beiden, und der Leuchtstoff Lichtstreuung Partikelgröße ist viel größer als der Grenzwert (30nm), die in der Lichtstreuung Oberfläche des Phosphors Partikel, reduziert die Lichtausbeute. Durch die Aufnahme von Nano-Kieselgel Phosphor, erhöht den Brechungsindex von 1,8 oder mehr kann die Lichtstreuung zu verringern und zur Verbesserung der optischen Leistungsfähigkeit LED (10% -20%), und kann wirksam zur Verbesserung der Qualität von Licht und Farbe.
Der traditionelle Weg ist, Phosphor und Vergießen mischen, dann auf dem Chip beschichtete Leuchtstoff. Der Leuchtstoff-Beschichtung lässt sich nicht genau kontrollierter Dicke und Form werden, was zu inkonsistenten Farbe des emittierten Lichts in abnorme Licht blau oder gelb. Die Lumileds hat einen Schutzlack entwickelt (Conformal Coating)-Technologie kann die Gleichmäßigkeit der Phosphor-Beschichtung erreicht, die Einheitlichkeit der Lichtfarbe, wie in Abbildung 3 gezeigt Schutz (b). Aber Studien zeigen, dass, wenn der Phosphor-Beschichtung auf der Chipoberfläche direkt, weil die Anwesenheit von Lichtstreuung, die Lichtausbeute geringer ist. In Anbetracht dieser schlug die United States Institute Rensselaer eine Streuung Photon Extraktion (gestreuten Photons Extraktionsverfahren, SPE), durch das Layout der Chip-Oberfläche, eine fokussierende Linse und Glas mit Leuchtstoff aus der Chip in eine bestimmte Position gebracht, nicht nur verbessert die Zuverlässigkeit, sondern verbessert auch den optischen Wirkungsgrad (60%), wie in Abbildung 3 (c) gezeigt.
Insgesamt von den LED-Licht, um die Effizienz und Zuverlässigkeit, die Verpackung zu verbessern, hat einen hohen Brechungsindex Schicht allmählich transparentem Glas oder Glaskeramik-Ersatz Trend, von dem Phosphor im dotiert oder beschichtet auf der Glasoberfläche gewesen, nicht nur zur Verbesserung Einheitlichkeit der Phosphor, und verbessern die Effizienz Verpackung. Darüber hinaus verbessern die Richtung der Verringerung der optischen LED-Licht aus der Anzahl der Schnittstellen, sondern auch das Licht Extraktionseffizienz wirksamer Maßnahmen.
