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Tecnología de encapsulado LED de alta potencia
Nov.20.2024
El encapsulado de LED de alta potencia ha sido un punto focal de investigación en los últimos años debido a su estructura y proceso complejo, y afecta directamente el rendimiento y la vida útil del LED. En particular, el encapsulado de LED blanco de alta potencia es un tema destacado entre los puntos focales de investigación.
Las funciones principales del encapsulado de LED incluyen: 1. Protección mecánica para mejorar la fiabilidad; 2. Refuerzo del disipador de calor para reducir la temperatura de la unión del chip y mejorar el rendimiento del LED; 3. Control óptico para mejorar la eficiencia de salida de luz y optimizar la distribución del haz; 4. Gestión de suministro de energía, incluyendo conversión AC/DC y control del suministro de energía.
La selección de métodos de empaquetado LED, materiales, estructuras y procesos se determina principalmente por factores como la estructura del chip, las propiedades ópticoeléctricas/mecánicas, aplicaciones específicas y costos. Después de más de 40 años de desarrollo, el empaquetado LED ha pasado por etapas de desarrollo como tipo soporte (Lamp LED), tipo SMD (SMD LED), y tipo núcleo desnudo LED (COB LED).
Tecnologías clave del empaquetado de LEDs de alta potencia
El embalaje de LEDs de alta potencia abarca principalmente luz, calor, electricidad, estructura y proceso. Estos factores son tanto independientes entre sí como se afectan mutuamente. Entre ellos, la luz es el propósito del embalaje de LED, el calor es la clave, la electricidad, la estructura y el proceso son medios, y el rendimiento es la manifestación concreta del nivel de embalaje. Desde la perspectiva de la compatibilidad del proceso y la reducción de costos de producción, el diseño del paquete LED debe realizarse simultáneamente con el diseño del chip, es decir, se deben considerar la estructura y el proceso del paquete al diseñar el chip. De lo contrario, después de fabricar el chip, la estructura del chip podría ajustarse debido a las necesidades del embalaje, lo que prolongaría el ciclo de desarrollo del producto y el costo del proceso, y a veces incluso podría ser imposible.
01 Proceso de embalaje con baja resistencia térmica. Para el nivel actual de eficiencia lumínica de los LED, dado que aproximadamente el 80% de la energía eléctrica de entrada se convierte en calor, y el área del chip LED es pequeña, la disipación de calor del chip es un problema clave que debe resolverse en el encapsulado de LED. Esto incluye principalmente el diseño del chip, la selección de materiales de embalaje (material de sustrato, material de interfaz térmica) y el proceso, así como el diseño del disipador de calor, etc.
02 Estructura y proceso de embalaje con alta tasa de extracción de luz. Durante el uso de LEDs, la pérdida de fotones generados por recombinación radiativa al emitirse hacia afuera incluye principalmente tres aspectos: defectos estructurales internos del chip y absorción del material; pérdida por reflexión de fotones en la interfaz de salida debido a la diferencia de índice de refracción; y pérdida por reflexión total causada por un ángulo de incidencia mayor que el ángulo crítico de reflexión total. Por lo tanto, muchas rayas no pueden ser emitidas desde el chip hacia el exterior. Al aplicar una capa de pegamento transparente (pegamento de encapsulado) con un índice de refracción relativamente alto en la superficie del chip, dado que la capa de pegamento está entre el chip y el aire, se reduce eficazmente la pérdida de fotones en la interfaz y se mejora la eficiencia de extracción de luz. Además, el papel del pegamento de encapsulado también incluye la protección mecánica del chip, liberación de esfuerzo y como estructura de guía de luz. Por lo tanto, se requiere que tenga alta transmisión de luz, alto índice de refracción, buena estabilidad térmica, buena fluidez y facilidad para rociar. Para mejorar la fiabilidad del encapsulado de LED, también se requiere que el pegamento tenga baja hidrofilia, bajo esfuerzo y resistencia a la vejez. Actualmente, los pegamentos de encapsulado más comunes incluyen resina epoxi y silicona. La silicona es significativamente mejor que la resina epoxi debido a su alta transmisión de luz, alto índice de refracción, buena estabilidad térmica, bajo esfuerzo y baja hidrofilia. Se utiliza ampliamente en el encapsulado de LEDs de alta potencia, pero su costo es relativamente alto.
En los últimos años, los chips LED se han convertido gradualmente en el consentido de la industria de la visualización. Con las ventajas de alta luminosidad, autoemisión de luz y color completo, han ingresado continuamente a diversos escenarios de visualización, y el envasado SMD y el envasado COB son los principales factores que impulsan este desarrollo.
El LED de montaje superficial de tres en uno (SMD) surgió en 2002 y gradualmente ocupó la cuota de mercado de los dispositivos de pantalla LED, pasando del embalaje de tipo pino al SMD. El embalaje de montaje superficial consiste en unir un solo o múltiples chips LED a un soporte metálico con un marco exterior de plástico en forma de "copa" (los pines exteriores del soporte están conectados a los polos P y N del chip LED respectivamente), y luego llenar el marco exterior de plástico con pegamento de embalaje líquido, y posteriormente hornearlo a alta temperatura para formarlo, y finalmente cortarlo en dispositivos individuales de embalaje de montaje superficial. Debido a que se puede utilizar la tecnología de montaje superficial (SMT), el grado de automatización es relativamente alto. En comparación con la tecnología de embalaje de tipo pino, los LEDs SMD tienen un buen rendimiento en brillo, consistencia, fiabilidad, ángulo de visión, apariencia, etc.