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LED新葡萄京官网封装结构、工艺发显现状及趋势

标签:路灯,厂家,封装,结构,工艺,显现,现状,趋势 发布时间:2020年04月24日 点击53次

1. 前言

LED新葡萄京官网封装的功能重要包括:

1. 机械珍爱, 以进步可靠性;

2. 增强散热, 以降低芯片结温, 进步LED新葡萄京官网性能;

3. 光学控, 进步出光服从, 优化光束分布;

4. 供电管理, 包括交流/ 直流变化, 以及电源控等。

LED新葡萄京官网封装是一个涉及到多学科( 如光学、热学、机械、电学、力学、材料、半导体等) 的技术。(如图1所示)从某种角度而言,LED新葡萄京官网封装不仅是一门造技术(Technology), 而且也是一门基础科学(Science), 良好的封装工程师必要对热学、光学、材料和工艺力学等物理本质有深刻的理解。最近芯片级封装CSP吸引了大家的目光,所以如今与将来的LED新葡萄京官网封装技术,更必要在LED新葡萄京官网封装设计上与芯片设计上同时进行, 并且必要对光、热、电、结构等性能同一考虑。在封装过程中, 虽然材料( 散热基板、荧光粉、灌封胶) 选择很紧张, 但封装结构( 如热学界面、光学界面) 对LED新葡萄京官网光效和可靠性影响也很大, 大功率白光LED新葡萄京官网封装必须采用新材料, 新工艺, 新思路。小间距或Mini LED新葡萄京官网的封装技术必要对倒装芯片与回流焊或共晶倒装封装程更深刻的理解。对于LED新葡萄京官网的技术从业者而言, 成本光效与可靠度之外奥龙驾驶室,更是必要将光源、散热、供电和灯具等集成考虑。本篇白皮书针对LED新葡萄京官网封装技术的近况与将来做探究,进而分析将来LED新葡萄京官网封装的技术与产品趋势。

图1 LED新葡萄京官网 封装的组成要素。

2.LED新葡萄京官网技术发展大趋势

LED新葡萄京官网封装方法、材料、结构和工艺的选择重要由芯片结构、光电/ 机械特征、详细应用和成本等因素决定的。经过40多年的发展百度搜索优化,LED新葡萄京官网封装先后经历了支架式(LampLED新葡萄京官网)、贴片式(S MD LED新葡萄京官网)、功率型LED新葡萄京官网(Power LED新葡萄京官网)与COB等发展阶段。如图2 所示。

图2 LED新葡萄京官网 封装不同发展阶段的封装情势

发展到今天,今后会走向何方?SMD? EMC? COB?照旧CSP? 什么是倒装焊与无封装?到底LED新葡萄京官网的封装会走那个方向,目前照旧众口纷纭。不过从历史趋势来看,如图3所示,封装材料越来越少,材料导热性越来越好,功率密度越来越大,封装程步骤来越精简与器件越来越少是将来的趋势,当然这脱离不了芯片技术的提高。

图3 封装程步骤的精简趋势

表1是科技部半导体中间的中国LED新葡萄京官网的技术蓝图,从2004年开始到如今,中国一向往这个蓝图方向走,预计到将来的2022年将达到300流瓦的目标,单灯成本将小于10块钱,这对封装技术而言是一项特别很是大的挑衅,技术提高,成本降低,海兹定律将来会继承主导LED新葡萄京官网的方向,尤其是LED新葡萄京官网产业。曩昔十年,LED新葡萄京官网芯片服从的提拔将使芯片的面积赓续减小,进而驱动了LED新葡萄京官网封装革命,如表2所示。

表1

表2 LED新葡萄京官网芯片服从的提拔将使芯片的面积赓续减小

将来芯片技术将会以进步服从降低成本为主,莹光粉技术将以进步服从稳固性与演色指数为提高方向,LED新葡萄京官网芯片服从的提拔将以阶段性成长为主, 从10lm/w~80lm/w、80lm/w~100lm/w、100lm/w~150lm/w、150lm/w~200lm/w…… 当技术提高到300lm/w时对比现有的芯片服从提拔了1.5~2倍,芯片的发热量将大幅度削减( 指同体积同面积比较),这将导致目前各种封装技术进行大比拼,所有的技术路线趋势将会更分化与多元,什么产品使用什么封装工艺将会更固定。LED新葡萄京官网将迎来主流中有多元,多元分化但脱离主流却不远。

3. 正在转变与将来即将改变的LED新葡萄京官网 封装技术

随着芯片功率密度的赓续增大, 分外是半导体技术发展的需求, 对LED新葡萄京官网封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。

由前文所叙述得知,高光效技术的发展路线可以预见现有的封装工艺与封装材料并不能适用于将来的封装要求。因为芯片内量子服从的提拔所以产生的热量会削减,芯片有源层的有用电流密度会大幅度上升。芯片团体发热量削减了,所以对于封装情势的散热面积要求也会削减, 目前采用的厚重散热的封装结构将会发生大的转变,所以LED新葡萄京官网芯片服从进步使芯片面积大幅度减小,从而改变封装的体例,使单一器件的光输出大大增长,如今,单颗高服从LED新葡萄京官网芯片面积大幅度减小(250mil2=60LM)。发热变少与应用上对单一LED新葡萄京官网光源的高光通量需求使集成化封装成为主流。集成化封装LED新葡萄京官网器件的热聚集效应使LED新葡萄京官网器件的团体导热服从变得极为紧张。能够大幅度减低热阻的封装技术可能成为LED新葡萄京官网芯片封装技术的主流,倒装的回流焊技术只要解决芯片良率与成本题目,这将会革命性的减低封装的成本,会使非金线焊技术的倒装封装技术大规模应用。当然仿PC硬度的硅胶成型技术、非球面的二次光学透镜技术等出光技术都将成为LED新葡萄京官网封装技术的基础。定向定量点胶工艺、图形化涂胶工艺、二次静电喷莹光粉工艺、膜层压法三基色荧光粉涂布工艺、芯片沉积加压法等白光工艺都将应用在LED新葡萄京官网封装工艺中,将会改善LED新葡萄京官网器件的出光服从与光色分布。

SMD的发展趋势

SMD封装, 是Surface Mounted Devices的缩写, 意为:外观贴装器件, 它是SMT(Surface Mount Technology 中文: 外观黏着技术) 元器件中的一种。目前SMD是封装技术的最大宗产品,尤其是2835型的封装型式目前几乎占有了主流市场,展望将来五年内SMD还会是LED新葡萄京官网的主流,但是会渐渐降低比率,但是维持半壁江山照旧有机会的,将来SMD会有下列趋势迎其它技术的竞争:

a) ?中功率成为主流封装体例。目前市场上的产品多为大功率LED新葡萄京官网产品或是小功率LED新葡萄京官网产品,它们虽各有好处,但也有着无法战胜的缺陷。而结合两者好处的中功率LED新葡萄京官网产品应运而生,成为主流封装体例。

b) ?新材料在封装中的应用。因为耐高温、抗紫外以及低吸水率等更高更好的环境耐受性, 热固型材料EMC(Epoxy Molding Compound)、热塑性PCT、改性PPA以及类陶瓷塑料等材料将会被广泛应用。

c) ?相较于PPA或是陶瓷基板,EMC封装方案为采用环氧树脂材料为主,更容易实现大规模的量大生产需求,透过量的扩增长一步压缩造成本,另外环氧树脂材料应用更为弹性,不仅尺寸可以轻易重新设计,加上材料更小、更容易进行切割处理,终端产品元器件的设计更为天真、弹性,所成的终端光源组件可在小体积上驱动高瓦数,尤其在0.2W~2W左右的光源产品极具竞争力。

COB的发展趋势

目前COB应用渐渐得到普及,凭借低热阻、光型好、免焊以及成本低廉等上风,COB应用在往后将会继承渗透。COB封装工艺有特别很是多的上风,甩掉了支架表贴焊这个环节,COB封装工艺是直将LED新葡萄京官网裸芯片固定到焊盘上,所以散热面积相对传统封装工艺要大,材料综合热传导系数也高,散热性好。这也是保证COB封装高可靠性因素中权重最高的一个因素。COB封装省去了灯珠面过回流焊工艺,不再造成传统封装工艺回流焊炉内高温对LED新葡萄京官网芯片和焊线失效。另外可以跟其它元器件集成封装式的光引擎也是COB的很大上风,集成封装式光引擎大概会是将来COB技术的主流之一。

SIP(System in Package) 是近几年来为适应整机的便携式发展和体系小型化的要求, 在体系芯片 System on Chip(SOC) 基础上发展起来的一种新型封装集成体例。对SIP-LED新葡萄京官网而言, 不仅可以在一个封装内组装多个发光芯片,还可以将各种不同类型的器件( 如电源、控电路、光学微结构、传感器等) 集成在一路, 构建成一个更为杂的、完备的体系。同其他封装结构相比,SIP具有工艺兼容性好( 可行使已有的电子封装材料和工艺), 集成度高, 成本低, 可提供更多新功能, 易于分块测试, 开发周期短等好处。当然COB在光效与发光密度的参数也是大家比较关注的焦点,根据报导,在Ra>80,R9>0的高光色质量下网站排名,目前国内COB最高光效的数据高达162lm/W,最高流密度可以到达88lm/mm2,但是在105lm/W的光效之下,流密度更可以达到220lm/mm2,与美国的cree的280lm/mm2照旧有不小的差距,但是已经近国际大厂的水平。

CSP 的发展趋势

CSP的全名是芯片级封装(Chip Scale Package),就是目前封装业界最怕的无封装程,如图4 所示,CSP无需支架、金线等传统封装工艺中必须的重要部件材料及固晶、焊金线等封装重要装备。CSP的技术定义为将封装体积和LED新葡萄京官网芯片同等、或是封装体积应不大于LED新葡萄京官网芯片20%,且LED新葡萄京官网仍能具备完备功能的封装器件,而CSP技术所寻求的是在器件体积尽可能微缩、减小,却仍须维持雷同芯片所应有的光效,而关键器件体积减小后最直的特点就能实践低成本、小发光面积、更长组件使用寿命的设计目的,再加上小体积器件也透露表现二次光学的相干光学处理优化弹性更高、处理成本更低,成的灯具产品能在极小光学结构实践最高亮度与最大发光角度。

图4

CSP发展到如今,如图5所示,技术路线始终有两个方向,单面发光与五面发光,三星LED新葡萄京官网发展CSP之初,是为了大尺寸背光用途,使用技术比较简单的五面发光技术,同样的技术路线是首尔半导体的WICOP,用来应用于通用市场。单面发光技术有日亚与亮锐的CSP产品,因为是单面发光,所以工艺比较杂,必要在器件的侧面镀反射膜,成本会比较高,但是此产品可以用于高阶的应用例如汽车与手机相的闪光灯,所以目前是CSP技术的将来趋势。

图5

如图6所示,目前日亚化学在单面发光CSP技术处于领先地位,单面发光技术相对与SMD,除了价格目前比较高以外,有特别很是绝对的上风,可以用在特别的市场应用,例如电子产品的手机相机闪光灯与液晶背光,汽车大灯,户外的路灯隧道灯与投光灯,以及高密度COB产品都可以使用。将来随着大批量CSP造技术成熟,CSP会持续渗透到更多的应用。

图6

目前国内厂商的CSP的亮度体现已经近日韩水平,市面上可以量产1W级的光效可以到达205lm / W(350mA,cRI 80+,5000K),3W级的产品也可以达到190lm/ W(750mA,cRI 70+,5000K) 的光效,5W封装技术可以到达170lm/ W(1200mA,CRI70+,5000K)的光效。性价比更是甩开日韩相干产品,但是因为品牌与专利的关系,目前主流应用例如汽车或闪光灯市场照旧很难进入。

4. 通用将来的封装大趋势

1) 芯片超电流密度会继承增长。

往后芯片超电流密度,将由0.5mA/mil2 发展为1mA/mil2,甚至更高。而芯片需求电压将会更低,更平滑的VI曲线( 发热量低),以及ESD 与VF 兼顾。

2) 适用于情景的多色LED新葡萄京官网光源。

情景将是LED新葡萄京官网的核心竞争力,而将来LED新葡萄京官网的第二次起飞则必要寄托情景来实现。

3) 光效需求相对降低,性价比成为封装厂胜法宝。

往后室内不会太关注光效,而会更看重光的品质。而随着封装技术进步,LED新葡萄京官网灯具成本降低成为替换传统源的动。

4) 去电源方案( 高压LED新葡萄京官网)。

往后室内将更关注品质,而在成本因素驱动下,去电源方案渐渐会成为可受的产品,而高压LED新葡萄京官网充分迎合了去电源方案,但其必要解决的是芯片可靠性必要增强。

5) 国际国内标准进一步完美。

信赖随着LED新葡萄京官网封装技术的赓续精进,国内国际上对于LED新葡萄京官网产品的质量标准也会赓续完美。

6) 更高光品质的需求。

重要是针对室内,企业会以LED新葡萄京官网室内产品RA达到80为标准,以RA达到90为目标,尽量使产品的光色近普兰克曲线,如许的光才能够均匀、无眩光。

表现屏将来的封装大趋势

曩昔表现屏的封装有直插式、SMD 与COB三个主流方向,但是随着小间距的要求越来越多,COB会越来越是将来的主流。直插式与SMD封装工艺在固晶焊线方面与COB封装没有区别,它最大的区别在于使用了支架。

大家都知道,支架一样平常有四个焊腿,必要通过SMT焊到PCB板上。因此COB封装工艺相比直插式和SMD封装工艺最大的不同之处在于单灯省去了一个支架,因此也就节省了灯珠面过回流焊机的表贴焊处理工艺。为什么COB会是将来技术的主流呢?以下是表现屏用的COB上风:

1)超轻薄:可根据客户的现实需求,采用厚度从0.4-1.2mm厚度的PCB板,使重量最少降低到原来传统产品的1/3,可为客户明显降低结构、运输和工程成本。

2)防撞抗压:COB产品是直将LED新葡萄京官网芯片封装在PCB板的凹形灯位内,然后用环氧树脂胶封装固化,灯点外观突出成球面,光滑而坚硬,耐撞耐磨。

3)大视角:COB封装采用的是浅井球面发光,视角大于175度,近180度,而且具有更良好的光学漫散色浑光结果。

4)可弯曲:可弯曲能力是COB封装所独有的特征,PCB的弯曲不会对封装好的LED新葡萄京官网芯片造成破坏,因此使用COB模块可方便地作LED新葡萄京官网弧形屏,圆形屏,波浪形屏。是酒吧、夜总会个性化造型屏的理想基材。可做到无缝隙拼,作结构简单,而且价格远远低于柔性线路板和传统表现屏模块作的LED新葡萄京官网异形屏。

5)散热能力强:COB产品是把灯封装在PCB板上,通过PCB板上的铜箔快速将灯芯的热量传出,而且PCB板的铜箔厚度都有严酷的工艺要求,加上沉金工艺,几乎不会造成紧张的光衰减。所以很少死灯,大大延伸了LED新葡萄京官网表现屏的寿命。

6)耐磨、易清洁:灯点外观突出成球面,光滑而坚硬,耐撞耐磨;出现坏点,可以逐点维修;没有面罩,有灰尘用水或布即可清洁。

7)全天候精良特征:采用三重防护处理,防水、潮、腐、尘、静电、氧化、紫外结果凸起;知足全天候工作条件,零下30度到零上80度的温差环境仍可正常使用。由上面的趋势来看,因为SMD必要解决焊脚题目,一个灯珠有四个焊脚,那么随着表现屏的密度更高,单位平方米中所使用的灯珠将会更多,焊脚将会越来越密,这个题目不解决,对于表贴来说小型化是一个特别很是大的挑衅,COB把支架这一部分略过,几百万个焊点的难题悉数被抛之脑后,小型化做起来更轻松。所以将来的表现屏技术会往COB方向走是毋庸置疑的,COB封装最大的技术上风就是直在PCB板上进行封装,不受灯珠的限,所以,对于COB来说点间距这个说法并不科学,理论上来说,COB封装想要达到高密,是特别很是容易的,借用行业人士一句话来说,COB封装就是为小间距量身打造的,假如RGB的倒装芯片渐渐往小芯片技术方向走,甚至将来的Mini LED新葡萄京官网甚至Micro LED新葡萄京官网都会往这个技术趋势做表现产品。

Mini LED新葡萄京官网与Micro LED新葡萄京官网

Mini LED新葡萄京官网是指芯片尺寸约在100微米左右的LED新葡萄京官网,Mini LED新葡萄京官网的尺寸介于传统LED新葡萄京官网与Micro LED新葡萄京官网之间,目前重要应用在超小间距表现屏与传统LED新葡萄京官网背光基础上的改良版本的mini LED新葡萄京官网背光。而Micro LED新葡萄京官网是LED新葡萄京官网微缩化和矩阵化技术,简单来说,就是将LED新葡萄京官网背光源进行薄膜化、细小化、阵列化宿迁百度,可以让LED新葡萄京官网发光单元像素小于100微米,每个RGB次像素发光单元在20微米到30微米之间,与OLED新葡萄京官网一样能夠实现每個图元单独定,单独驱动发光的自觉鲜明示技术。假如从结构原理上来看, Micro LED新葡萄京官网结构更简单,但是它最大的难题就是众所周知的巨量转移,而LED新葡萄京官网的细小化技术也是难题之二,当然如何保证良率近100%更是Micro LED新葡萄京官网最大的挑衅,比方说, 4K级别的Micro LED新葡萄京官网中尺寸表现器,必要2,488万个以上的RGB三色Micro LED新葡萄京官网高度集成,而且不能有坏点,难度可想而知,短期内要量产还必要很长的时间。从工艺程上看,Mini LED新葡萄京官网相较于Micro LED新葡萄京官网来说,工艺更近目前的一样平常LED新葡萄京官网,良率更好控,在表现屏应用上,可以做出解析度特别很是高的电影屏幕,背光应用上可以搭配软性基板达成高曲面背光的情势,采用局部调光设计,拥有更好的演色性与对比度,能带给液晶面板更為邃密的画面,且厚度也趋近OLED新葡萄京官网,同時具有省电功能。所以,很可能mini LED新葡萄京官网在将来两到三年会支持LCD对抗OLED新葡萄京官网技术, 但是随着OLED新葡萄京官网良率提拔与柔性OLED新葡萄京官网技术的成熟,mini LED新葡萄京官网背光将会节节败退,而在这三年左右的缓冲期中,Micro LED新葡萄京官网能否突破技术瓶颈,将良率与成本进行革命性的突破,将关系到LED新葡萄京官网与OLED新葡萄京官网最终的胜败,人类的终极表现技术,谁会是最终王者,大概三年后就会有最终的答案。

(作者:叶国光)

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