היישום של נוריות LED בעלות בהירות גבוהה במיוחד ממשיך להתרחב, ונכנס לראשונה לשוק התאורה המיוחדת ועובר לכיוון שוק התאורה הכללי. בשל הגידול המתמשך בכוח הקלט של שבבי LED, דרישות גבוהות יותר מציבות לטכנולוגיית האריזה של נוריות כוח אלה. טכנולוגיית אריזת LED כוח צריכה לעמוד בשתי הדרישות הבאות: ראשית, על מבנה החבילה להיות יעילות מיצוי אור גבוהה, ושנית, ההתנגדות התרמית צריכה להיות נמוכה ככל האפשר, על מנת להבטיח את הביצועים הפוטואלקטריים ואת האמינות של נורית הכוח.
אם יש להשתמש בנורת מוליכים למחצה כמקור תאורה, השטף הזוהר של מוצר קונבנציונאלי רחוק מזה של מקור אור לשימוש כללי, כמו מנורת ליבון או מנורת ניאון. לכן, על מנת לפתח נוריות LED בתחום התאורה המפתח הוא להגדיל את היעילות המאירה ואת שטף הזוהר לרמה של מקורות התאורה הקיימים. החומרים האפיטקסיים המשמשים לד נוריות חשמל משתמשים בטכנולוגיית צמיחה אפיטקסיאלית של MOCVD ובמבנים בארים קוונטיים מרובים. למרות שיש לשפר עוד יותר את יעילות הקוונטים הפנימיים, המכשול הגדול ביותר להשגת שטף זוהר גבוה הוא יעילות מיצוי האור הנמוך של השבב. תכנון ה- LED הכוח הקיים מאמץ מבנה הלחמת שבבי היפוך חדש כדי לשפר את יעילות מיצוי האור של השבב, לשפר את המאפיינים התרמיים של השבב ולהגדיל את יעילות ההמרה הפוטואלקטרית של המכשיר על ידי הגדלת שטח השבב והגדלת זרם ההפעלה. שטף זוהר גבוה יותר. בנוסף לשבב, גם טכנולוגיית האריזה של המכשיר חשובה. תהליכי טכנולוגית האריזה העיקריים הם:
טכנולוגיית פיזור חום
מבנה אריזת LED מסוג החיווי המסורתי משתמש בדרך כלל בדבק מוליך או לא מוליך כדי להרכיב את השבב בספל רעיוני בגודל קטן או על שולחן מנשא. חוט הזהב משמש להשלמת החיבור הפנימי והחיצוני של המכשיר והוא עטוף שרף אפוקסי. ההתנגדות התרמית שלו גבוהה עד 250 ° C / W ~ 300 ° C / W. אם שבב הכוח החדש מאמצ את צורת אריזת ה- LED המסורתית, טמפרטורת הצמתים תעלה במהירות והפחממת האפוקסי יהפוך לצהוב בגלל פיזור חום לקוי. ריקבון אור מואץ עד לכישלון, גם בגלל הלחץ שנגרם כתוצאה מהתפשטות תרמית מהירה שנגרמה כתוצאה מכשל במעגל פתוח.
לכן עבור שבב LED כוח עם זרם הפעלה גדול, מבנה חבילה חדש עם התנגדות תרמית נמוכה, פיזור חום טוב ומתח נמוך הוא המפתח הטכני של מכשיר ה- LED הכוח. ניתן לקשור את השבב עם חומר בעל התנגדות נמוכה ומוליכות תרמית גבוהה; לחלק התחתון של השבב נוסף כיור חום נחושת או אלומיניום, ומשמש מבנה עטוף למחצה כדי להאיץ את פיזור החום; ואפילו גוף קירור משני נועד להפחית את ההתנגדות התרמית של המכשיר. בתוך המכשיר, מלא בגומי סיליקון גמיש בשקיפות גבוהה, בטווח הטמפרטורה של גומי סיליקון (בדרך כלל -40 מעלות צלזיוס ~ 200 מעלות צלזיוס), הג'ל לא ייפתח עקב שינויים פתאומיים בטמפרטורה, ולא יופיע תופעה צהובה. . חומרים חלקיים צריכים לקחת בחשבון גם את תכונותיהם התרמיות והתרמיות כדי להשיג תכונות תרמיות כוללות טובות.
טכנולוגיה משנית לעיצוב אופטי
על מנת לשפר את יעילות מיצוי האור של המכשיר, נועדו כוס רפלקטיבית נוספת ועדשות אופטיות מרובות.
טכנולוגיית אור LED לבן
ישנן שלוש שיטות נפוצות להשגת אור לבן:
(1) השבב הכחול מצופה בזרחן YAG, האור הכחול של השבב מרגש את הזרחן לפליטת אור ירוק-צהוב של 540 ננומטר ~ 560 ננומטר, והאור הצהוב-ירוק ואור כחול מסנתז אור לבן. השיטה פשוטה יחסית להכנה, גבוהה ביעילות ומעשית. החיסרון הוא שהעקביות של הבד ירודה, הזרחן קל לזרז, האחידות של משטח האור ירודה, גוון הצבע אינו אחיד, טמפרטורת הצבע גבוהה, ועיבוד הצבעים אינו אידיאלי.
(2) RGB שלושה צבעי יסוד שבבים מרובים או התקנים מרובים פולטים אור ליצירת אור לבן, או משתמשים בצבע משלים של שבב כפול ירוק צהוב וכדי לייצר אור לבן. כל עוד החום מתפזר, האור הלבן המיוצר על ידי השיטה יציב יותר מהשיטה הקודמת, אך הנהיגה מורכבת יותר, ונחשבים גם מהירויות דעיכת האור השונות של שבבי צבע שונים.
(3) החל זרחן RGB על שבב האור האולטרה סגול, והשתמש באור הסגול כדי לרגש את הזרחן לייצר שלושה צבעי יסוד ליצירת אור לבן. בגלל היעילות הנמוכה של שבבי UV וזרחן RGB, הוא עדיין לא הגיע לשלב המעשי.
אנו מאמינים כי יש לפתור את הבעיות הטכניות הבאות בכדי לממש את התיעוש של מוצרי LED כוח W-class לתאורה:
1. בקרת ציפוי אבקה: שיטת הציפוי הנהוגה בשבב LED + תהליך זרחן היא בדרך כלל לערבב את הזרחן עם הדבק ואז להחיל אותו על השבב עם מתקן. במהלך הפעולה, מכיוון שהצמיגות של ג'ל הנשא היא הפרמטר הדינמי, הכובד הספציפי של הזרחן גדול יותר מזה של הג'ל המוביל, והדיוק של המתקן ודיוק המתקן, הפיקוח על האחידות של כמות הציפוי של הזרחן קשה, וכתוצאה מכך אור לבן. צבע לא אחיד.
2, הסרטים הפרמטרים הפוטואלקטריים: המאפיינים של תהליך מוליכים למחצה, אותו חומר יכול לקבוע את הפרמטרים האופטיים (כגון אורך גל, עוצמת אור) והבדלי פרמטרים חשמליים (כמו מתח קדימה) בין אותו שבב רקיק. זה נכון במיוחד לגבי שבבי טריככרומטיים של RGB, שיש להם השפעה רבה על פרמטרים כרומטיים לבנים. זו אחת הטכנולוגיות העיקריות שיש לפתור בתיעוש.
3. בקרה על פרמטרי כרומטיות האור בהתאם לדרישות היישום: למטרות שונות הדרישות לקואורדינטות צבע, טמפרטורת צבע, עיבוד צבע, עוצמה אופטית (או עוצמת אור) וחלוקה מרחבית של אור של נוריות LED לבנות שונות. השליטה בפרמטרים לעיל כוללת שיתוף פעולה של גורמים שונים כמו מבנה מוצר, שיטת תהליכים וחומרים. בייצור תעשייתי, חשוב לשלוט בגורמים לעיל כדי להשיג מוצרים העומדים בדרישות היישום ובעלי עקביות טובה.
בדיקת טכנולוגיה ותקנים
עם פיתוח טכנולוגיית ייצור שבבי חשמל W-class וטכנולוגיית LED לבנה, מוצרי LED נכנסים בהדרגה לשוק התאורה (המיוחד). תקני בדיקת פרמטר LED המסורתיים ושיטות הבדיקה המשמשות לתצוגה או אינדיקציה כבר לא יכולים לענות על הצרכים של יישומי תאורה. יצרני ציוד מוליכים למחצה בבית ומחוצה לה השיקו גם מכשירי בדיקה משלהם. ישנם הבדלים מסוימים בעקרונות הבדיקה, בתנאים ובתקנים המשמשים מכשירים שונים, מה שמגדיל את הקושי והמורכבות של יישום הבדיקה ועבודות השוואת ביצועי המוצר.
התאחדות התעשייה האופטואלית לתעשיית האופטו האלקטרוניקה האופטית בסין הוציאה בשנת 2003 את "שיטת בדיקת LED (ניסוי)" בהתאם לצרכים של פיתוח מוצרי LED. שיטת בדיקה זו הוסיפה תקנות לגבי פרמטרים קולורמטריים LED. עם זאת, נוריות LED צריכות להתרחב לתעשיית התאורה. קביעת תקני מוצר תאורת LED היא אמצעי חשוב לתקינה תעשייתית.
טכנולוגיית סינון ואבטחת אמינות
בשל מגבלת המראה של המואר, חלל ההרכבה של ה- LED לתאורה אטום ומוגבל, והמרחב האטום והמוגבל אינו מסייע לפיזור החום של ה- LED, מה שאומר שהסביבה להארת ה- LED היא נחות מהתצוגה המקובלת ומוצרי LED. בנוסף, נורית התאורה מופעלת תחת כונן זרם גבוה, מה שמציב עליה דרישות אמינות גבוהות יותר. בייצור תעשייתי, יש צורך לבצע הזדקנות תרמית מתאימה, זעזוע מחזור טמפרטורה, טעינת בדיקות סינון של תהליכי יישומים לשימושים שונים של מוצרים, וכדי לחסל מוצרי כישלון מוקדם כדי להבטיח אמינות מוצר.
טכנולוגיית מיגון חשמלי
מכיוון ש- GaN הוא חומר בעל צימוד פס רחב, ההתנגדות גבוהה, והמטענים המושרים הנוצרים על ידי החשמל הסטטי בתהליך הייצור אינם מאבדים בקלות, ומצטברים במידה לא מבוטלת וניתן ליצור מתח אלקטרוסטטי גבוה. כאשר חורגים מיכולתו של החומר לעמוד, מתרחשת תופעת פירוק ומתרחשת פריקה. לשבב הכחול של מצע הספיר יש אלקטרודות חיוביות ושליליות על השבב עם גובה קטן. עבור ההטרונובנציה הכפולה InGaN / AlGaN / GaN, השכבה הדקה הפעילה של InGaN היא רק כמה עשרות ננומטרים, ויכולת העמידה האלקטרוסטטית היא קטנה, וזה קל מאוד. זה מפורק על ידי חשמל סטטי כדי להשבית את המכשיר.
לפיכך, בייצור תעשייתי, מניעת חשמל סטטי מתאימה, ומשפיעה ישירות על תפוקת המוצר, אמינותם ויתרונותיו הכלכליים. ישנן כמה טכניקות למניעת חשמל סטטי:
1. נקוט אמצעי זהירות נגד העברת הילוכים, הערמה וכו 'של גוף האדם, הפלטפורמה, הקרקע, החלל והמוצרים לייצור ושימוש. האמצעים הם ביגוד אנטי סטטי, כפפות, צמידים, נעליים, רפידות, קופסאות, מאווררי יונים, מכשירי בדיקה וכו '.
2. תכנן מעגל הגנה אלקטרוסטטי על השבב.
3. הר את התקן ההגנה על הנורית.
המצב הנוכחי של טכנולוגיית אריזת LED כוח
נוריות חשמל מתח מחולקות ל נוריות חשמל ולנורות חשמל מסוג W-class. כוח הכניסה של נורית ההספק הוא פחות מ -1 וואט (למעט עשרות מילי-וואט של מתח LED); כוח הכניסה של נורית ההספק W-class שווה ל- 1W או יותר.
טכנולוגיית אריזת LED כוח זר
(1) לד מתח
בתחילת שנות ה -90 הציגה HP את ה- LED של מבנה החבילה "Piranha", והציגה את "SnapLED" המשופרת בשנת 1994. יש לה שני זרמי הפעלה, 70mA ו- 150mA, וכוח הכניסה יכול להגיע ל 0.3W. ואז OSRAM הציגה את "PowerTOPLED". בהמשך, חברות מסוימות הציגו מגוון מבני חבילות כוח LED. נוריות הנורות החשמליות של מבנים אלה הן גבוהות פי כמה מכוח כניסת ה- LED של חבילת המדפים המקורית, וההתנגדות התרמית מופחתת בשבריר.
(2) LED מתח W-class
נורית החשמל W-class היא חלק הליבה של תאורה עתידית, ולכן החברות הגדולות בעולם השקיעו כוח רב כדי לחקור ולפתח את טכנולוגיית האריזה של LED כוח W-class.
נורית החשמל מסוג W-class בעל שבב יחיד הוצגה לראשונה על ידי Lumileds בשנת 1998. מבנה החבילה מאופיין בהפרדה תרמו-אלקטרונית. שבב ההפוך מולחם ישירות לכיוון הקירור בעזרת מנשא סיליקון, ומשתמשים בכוס רפלקטיבית ואופטיקה. מבנים וחומרים חדשים כמו עדשות ודבקים שקופים גמישים זמינים כעת בנורות LED בעלות עוצמה גבוהה עם 1W, 3W ו- 5W עם שבב יחיד. OSRAM השיקה את סדרת נוריות ה- LED "GoldenDragon" בשבב יחיד בשנת 2003, המאופיינת בכיורי חום ומתכות. לוח המעגלים נמצא במגע ישיר ובעל ביצועי פיזור חום טובים, וכוח הכניסה יכול להגיע ל -1 וואט.
נוריות LED בעלות עוצמה גבוהה עם חבילה מרובת שבבים זמינות במבנים וחבילות רבות. בשנת 2001 הציגה חברת UOE את סדרת נוריות ה- נורלוקס בחבילה מרובת שבבים עם לוח אלומיניום משושה כמצע. בשנת 2003 הציגה LaninaCeramics מערך לד בעל עוצמה גבוהה הארוז בטכנולוגיית הקרמיקה המסוננת של הטמפרטורה הנמוכה של החברה (LTCC-M) על גבי מצעי מתכת. בשנת 2003 השיקה פנסוניק נורית LED לבנה בעלת עוצמה גבוהה ארוז בשילוב של 64 שבבים. בשנת 2003 הודיעה תאגיד Nichia כי מדובר בנורת LED הלבנה הבהירה ביותר בעולם, עם שטף זוהר של 600 ל"מ וקורה תפוקה של 1000 ל"מ. הספק הוא 30 וואט, הספק הקלט המרבי הוא 50 וואט, ומודול ה- LED הלבן המספק לתערוכה הוא בעל יעילות זוהרת של 33 ליטר / וולט.
לגבי נוריות חשמל בעלות עוצמה גבוהה עם שילוב רב-שבב, חברות רבות פיתחו ברציפות מוצרים חדשים רבים עם מבנה ואריזה חדשים בהתאם לדרישת השוק בפועל, ומהירות הפיתוח שלהם מהירה מאוד.
טכנולוגיית אריזת LED כוח מקומית
מוצרי אריזת LED מקומיים שלמים יותר. על פי הערכות ראשוניות, ישנם יותר מ -200 מפעלי אריזת LED בסין, עם יכולת אריזה של יותר מ 20 מיליארד לשנה, ויכולת האריזה חזקה מאוד. עם זאת, הרבה מפעלי אריזה הם חברות פרטיות, קטנות בהיקפן. עם זאת, נוריות LED בעלות עוצמה גבוהה בסדרת MB, עטורות בטכנולוגיית MetalConding, בתאגיד UEC של טייוואן (האיחוד הלאומי) בסין מאופיינות על ידי החלפת המצע של ה- GaAs ב- Si, מתן פיזור חום טוב, ושימוש בשכבת מליטה מתכתית כשכבת השתקפות אור לשיפור. תפוקת אור. .
לצורך מחקר ופיתוח של טכנולוגיית אריזת LED בעלת עוצמה גבוהה, המדינה לא תמכה באופן רשמי בהשקעה, ויחידות מחקר מקומיות כמעט ולא מתערבות. חוזק ההשקעה והמחקר (כוח אדם ומשאבים כספיים) של מפעלי אריזה עדיין אינו מספיק, ויוצרים פיתוח מקומי חלש של טכנולוגיות האריזה. הרמה הטכנית של האריזה עדיין שונה למדי מזו של מדינות זרות.