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LED半导体照明封装及应用技术的最新进展

作者:环亚ag88时间:2018-08-05 08:32浏览:

  LED半导体照明封装及应用技术的最新进展

  在LED工业结构中,封装和使用坐落工业链中下流,完结将LED产品由芯片(Chip)向管芯(Diode)及器材(Device or Components)改动并终究完结照明使用产品,是LED产品作为半导体照明光源真实进入商场并代替传统照明光源的直接环节。

  因为开展开端时刻相对落后,我国的LED半导体照明在封装及使用范畴工业也遭到了高功用辅料等外国专利或产品的约束。比较于上游因为在芯片外研、原资料、成长设备等方面先发技能及中心知识产权缺失并受外国技能封闭,中下流的自主立异及专利申请状况则与国外处于同一起跑线。因为我国作为传统照明产品输出大国以及相关工业会集的先天特色,在LED封装及使用范畴的工业规划处于世界领先水平。据统计,我国LED照明使用产品的产值占全球60 %以上,业已成为LED照明产品的全球制作基地。

  但作为LED工业中下流,一方面依然受上游及资料范畴国外中心产品及专利约束,另一方面企业规划偏小,工业会集度低,重复低水平出资建造现象也较为严峻,商场竞争无序。一起,相关职业标准、检测和认证体系建造仍待加强,效劳支撑体系需求完善。

  作为新式照明技能,半导体照明仍处于不断开展的上升期,技能水平和目标仍在不断被改写。在这样的大布景下,必需求坚持技能立异,打破国外专利封闭,加强新技能、新资料、新产品开发,培养具有自主知识产权和较强竞争力的中心产品,优化工业结构,树立以商场需求为导向、以职业龙头企业为主干的LED工业,加强工业开展宏观指导,构成有利于工业开展的方针及配套环境,充分发挥商场装备资源的根底效果,标准商场竞争行为,完结我国LED照明产质量量到达世界先进水平,周五沪深上市公司重大公告速递 更真实完结LED半导体照明的夸姣蓝图。

  LED封装技能学习了分立器材封装技能,并有很大的特殊性,即除了惯例的电气互连和机械性维护以保证管芯正常作业的一起,更强调光学、热学方面的规划立异和技能要求。特别是跟着LED芯片技能的日趋老练,LED功率化、多使用范畴的趋势日趋明显,关于封装技能的要求也日趋严厉。

  LED封装格局从前期小功率插件式(through-hole)封装,逐渐开展出表贴式器材(surface mounting device,SMD)封装、功率型(high power)封装以及多芯片(multi chips on board,MCOB)封装等格局。依据芯片封装时的方位也能够分为正装、倒装(flip chip)、笔直结构等封装格局。LED封装资料触及支架基板荧光粉、硅胶、固晶胶、透镜、键合金线(合金线)、散热热沉等。

  跟着LED的大功率化,特别是大功率白光使用的需求,LED封装需求到达的功用更为明晰和清晰:1、管芯维护,前进芯片和器材运转的可靠性,增强防静电冲击,抗机械轰动才能;2、加强散热,下降芯片结温,延伸芯片、荧光粉寿数;3、光学优化,经过涂敷荧光粉完结光谱,前进出光功率一起优化并完结特定出光散布;4、电学办理,优化并完结多芯片串并连,乃至完结交直流改动或电源操控。

  2.2.LED封装是资料学、电学、光学、热学归纳课题

  LED封装技能是跟着LED管芯技能前进以及半导体照明需求的开展而逐渐演化过来。因为LED归于使用半导体资料能带进行电致发光,因而其本质上有别于传统照明东西,归于冷光源,而且器材的发光功率随作业温度的添加而下降,因而散热技能或称为热办理技能成为LED封装所要处理的首要问题。其次,因为LED具有体积小、光通量大的特色,在实践使用中,尽可能高效的使用光能一起防止眩光导致用户不适,是充分体现半导体照明高效、节能优势的必要条件,因而光学办理在LED封装中相同具有重要意义。第三,跟着芯片外延技能的进步,LED功用不断优化,导致封装器材失效的主要原因现已从芯片本身改动为因为封装资料的老化、腐蚀、开裂等要素,因而关于封装资料提出了更高要求。最终,跟着半导体照明对大功率、高光通量器材的需求的添加,多芯片封装、高压驱动封装、超高功率封装等计划不断呈现,而这些新计划关于静电维护、电气拓扑等电学功用提出了更高要求。相同,上述热学、光学、电学方面的技能前进必定要求具有更优秀热学功用、光学功用以及电学功用的高功用、新式封装资料的呈现。而作为详细的使用计划,也要求人们提出更好、更优、更具有立异精力的新的封装格局。利来国际ag手机版!能够说LED封装技能的前进,有必要归纳考虑相关范畴资料特性、结构功用以及互相影响,是资料学、电学、光学、热学的穿插范畴研讨课题。

  2.3.三维封装和多功用体系集成封装技能的探究和开发

  LED封装格局直接影响LED器材及下流产品的功用。因为外延衬底及外延技能的特性,LED芯片多选用共面电极办法,而封装时多选用平面电气互联计划,选用键合金线引出。为了绝缘等需求,封装时,电气层与封装热沉之间添加绝缘层或直接选用绝缘陶瓷作为热沉,封装器材的散热受绝缘层的导热系数约束。特别是正面出光封装计划,因为外延衬底(如蓝宝石)的导热系数低,散热功用遭到极大约束。

  跟着LED芯片的功率密度越来越大,多芯片、大功率封装需求进一步添加,对LED封装计划的散热功用提出了更高要求。高压驱动、沟通驱动等新式技能的呈现,也令传统平面式电气互联封装计划面对困境。而越来越广的使用场合,对LED封装提出了更多更细的要求,对LED器材的集成度、体系化要求也越来越高,功用化要求日益突出。

  学习传统IT职业封装概念,已有包含倒装LED、笔直结构LED等封装计划为职业选用,但使用规模相对较小。根据倒装计划,使用金属焊点进行传热,能够有用下降芯片与封装热沉之间的热阻,但其散热功用受焊点金属原料、焊点面积等要素影响,其工艺本钱也为之添加。而笔直结构的封装计划,因为剥离了低导热系数的外延衬底或选用导电资料作为外延衬底,并能够完结大面积金属共晶焊技能添加导热通道面积,因而具有最优异的散热功用,但受限于通明电极资料而且其本钱也是最高。

  三维封装技能,对规划思路和理念、资料特性以及封装技能本身提出更多立异性要求。作为三维封装技能的一种可能,三维打印技能从呈现到今日,有了长足前进,并在制作杂乱结构零件、艺术创意规划等范畴有了使用,其根据塑料喷发、粉末交融等计划的设备现已有了商业化使用,但从进行工业化大批量出产的视点而言,仍存在许多需求战胜的缺点,如多资料复合制备、资料间热应力平衡操控、制备速度和出产功率等。能够说直接完结根据三维打印的封装技能,关于LED工业而言仍是较为悠远的想象。但根据三维打印概念,咱们能够探究LED封装新规划计划以及制备工艺,如新的热电别离封装技能、根据分层制作的封装结构规划等。

  作为最为老练并有望使用于实践工业出产的三维打印技能,根据纳米导电资料的三维电极打印技能在完结杂乱多层曲面线路制备方面现已在某些电子工业中开端探究并得到使用。比较与传统电子线路制备办法,根据三维打印的电路制备计划,能够完结零资料损耗、防止光刻腐蚀、削减模版制备等等,然后削减污染、节省本钱,更能经过计算机辅佐完结规划、修正、制备的快速完结。而使用快速自固化打印资料,能够完结悬空电路,乃至完结传统键合金线相同功用但无法完结且更为杂乱、功用更优的立体电路。也能够使用高粘性打印资料在杂乱曲面衬底以及垂壁上进行零间隔、贴合外表的电路加工制备,战胜传统键合金线机械功用缺点,也补偿传统光刻制备工艺的难题。

  根据三维打印的电路制备技能,需求要处理许多问题,如:

  高功用打印电极资料。探究适用于打印的高功用导电资料,快速可控自固化辅佐资料、高附着力辅佐资料以及高绝缘功用资料,探究各种资料本身功用、打印操控参数,探究不同资料之间混合后打印资料功用以及包含应力消除在内的操控办法和参数。完结室温适用、高功用、多适应性打印电极资料以及打印计划,树立健全资料功用数据库、混合资料功用数据库。

  高精度打印体系。包含高精度定位平移体系、高精度打印喷头、高精度反应伺服体系,完结微米级加工精度、快速高效打印速率。

  快速衬底勘探、建模技能。根据三维打印概念完结杂乱衬底外表制备,一般需求事前输入衬底模型以进行电路规划和打印操控。因而,能够进行快速衬底勘探、建模的辅佐体系有助于完结更有用的三维打印电路制备,或进行伺服反应。

  多喷头联动技能。现在三维打印的重要瓶颈是打印速率导致的出产功率相对较低。根据多喷头联动的三维打印技能,是前进三维打印速率特别是大面积产品上出产功率较为抱负的处理计划之一。完结多喷头联动,需求使用计算机技能对模型进行快速有用的分化和喷头之间功用区分,一起,规划好机械体系的运动伺服动作以及反应操控。规划并探究合理的并行联动计划或流水联动计划,需求在高精度打印体系的根底上,进一步探究并完结高精度、多喷头打印技能,并制备打印体系。

  从长远来看,加速针对三维封装的封装结构、封装资料以及体系化集成计划的探究和研讨,削减或完结无键合金线的封装办法,选用相似集成电路的封装概念,有助于完结更优秀的器材散热才能,处理电、热传输对立,完结更小封装尺度,并有望完结多功用体系级封装(system in package,SiP)LED,满意日益杂乱的LED使用要求。

  2.4.高光效、高显色指数、长寿数荧光粉开发及其涂覆技能研讨

  1997年,日本日亚(Nichia)公司首要选用GaN基蓝光芯片结合YAG:Ce黄光荧光粉发生二元白光的作为白光照明计划,并申请了专利。该技能道路也成为半导体白光照明的干流技能道路。

  2013年2月美国科锐(Cree)公司现已完结了276 lm/W的实验室芯片功率,其量产瓦级芯片的功率也以到达200 lm/W以上水平,远远超过了传统光源的发光功率。作为不可或缺的部分,高效荧光粉成为完结高效半导体照明的重要保障。

  根据钇铝石榴石(YAG)的荧光粉技能,在红光部分功用较差,难以满意低色温照明需求,其与蓝光芯片结合的二元白光技能也难以满意高显色指数照明需求。一起其相关中心专利大部分会集在国外公司手中,对我国荧光粉工业的自主化也发生了较强的技能壁垒。

  为战胜YAG荧光粉的缺乏,完结更高质量半导体照明计划,新式荧光粉计划、特别是高效红光荧光粉技能也不断被开发出来。如根据硅酸盐的荧光粉,能够完结更宽的激起谱、更丰厚的荧光规模,并可经过改动或调整掺杂元素完结较好的激起功率,也可满意不同色温需求,但其发光功率、热稳定性以及耐湿性等功用也有待进一步进步。

  比较之下,氮化物及氮氧化物荧光粉技能因具有共同的激起光谱特性( 激起规模紫外至蓝光) 以及优异的发光特性( 发射绿光至红光) ,且耐温特性和化学稳定性均优于铝酸盐黄粉,遭到了白光LED 业界的极大重视。尽管日本国家资料研讨所最早开端相关研讨并取得了较多效果,但其专利池及相关知识产权仍有打破空间。氮化物、氮氧化物荧光粉制备需高温高压环境,且技能尚待进一步老练,现在仍无法完全代替YAG。

  根据量子点技能计划,也能够完结较高功率荧光粉计划,而且该技能从原理上能够完结完好的荧光光谱和逐渐调理,并有望比传统荧光粉技能完结更低的本钱。但根据量子点的荧光粉技能间隔工业化仍有间隔,其耐热性及稳定性仍需进一步前进。

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