Introducción al proceso de envasado LED de alta potencia

- Feb 26, 2021-

A partir de la evolución del chip, se descubre que los principales fabricantes de LED continúan mejorando la tecnología epitaxial ascendente, como el uso de diferentes diseños de electrodos para controlar la densidad actual, utilizando la tecnología de película delgada ITO para distribuir uniformemente la corriente a través del LED, etc., de modo que la estructura se produzca tantos como sea posible. A continuación, utilice una variedad de métodos diferentes para extraer cada fotón emitido por el LED, como la producción de chips con diferentes formas; utilizar la periferia del chip para controlar eficazmente la refracción de la luz para aumentar el rendimiento del LED, y desarrollar y expandir el tamaño de la superficie de un solo chip (>2mm2) para aumentar el área de emisión de luz, y más uso de superficie rugosa para aumentar la transmisión de luz y así sucesivamente.


Hay algunos chips LED de alto brillo donde los electrodos p-n se colocan más cerca, lo que mejora la eficiencia luminosa y la capacidad de disipación de calor del chip. Recientemente, la producción existente consiste en utilizar la nueva disolución mejorada (Laserlift-o) y la tecnología de unión metálica (metalbonding) para eliminar la oblea epitaxial LED del sustrato de crecimiento GaAs o GaN y unirla a otro sustrato metálico. U otros materiales con alta reflectividad y alta conductividad térmica para ayudar a los LED de alta potencia a mejorar la eficiencia de la extracción de luz y la disipación de calor.


Diseño de paquetes


Después de años de desarrollo, las lámparas verticales (ḥ3mm, ḥ5mm) y SMD (LED de montaje en superficie) se han convertido en un modelo de producto estándar. Sin embargo, con el desarrollo y las necesidades de chips, se han desarrollado diseños de productos de embalaje de alta potencia. Con el fin de utilizar la tecnología de montaje automatizado para reducir los costos de fabricación, también han surgido lámparas SMD de alta potencia. Además, impulsado por el rápido impulso del mercado de productos de consumo portátiles, el diseño de volumen de paquetes LED de alta potencia también es más pequeño y delgado para proporcionar un espacio de diseño de productos más amplio.


Con el fin de mantener el brillo del producto terminado después del embalaje, se añade una superficie reflectante en forma de taza al dispositivo SMD de alta potencia recientemente mejorado, lo que ayuda a reflejar uniformemente toda la luz del paquete para aumentar la salida. La forma redonda del LED está cubierta con sellador Silone en lugar de resina epoxi (Epoxi) en el pasado, por lo que el paquete puede mantener un cierto grado de durabilidad.


Proceso y plan de embalaje


El objetivo principal del embalaje es garantizar la correcta interconexión eléctrica y mecánica entre el chip semiconductor y el circuito subyacente, y proteger el chip de impactos mecánicos, de calor, humedad y otros impactos externos. Al seleccionar métodos de embalaje, materiales y utilizar máquinas, deben tenerse en cuenta factores como la apariencia, las características eléctricas/mecánicas y la precisión de unión a troqueles de la epitaxi LED. Debido a que el LED tiene sus características ópticas, es necesario tener en cuenta y asegurarse de que sus características ópticas se pueden satisfacer al empaquetar.


Ya se trate de un paquete LED vertical o SMD, se debe seleccionar un bonder de troquel de alta precisión, ya que la colocación precisa del troquel LED en el paquete afecta directamente a la eficacia luminosa de todo el dispositivo empaquetado. Si la posición de los granos de cristal en la copa reflectante se desvía, la luz no se reflejará completamente, lo que afectará el brillo del producto terminado. Sin embargo, si un enlazador de troqueles tiene un avanzado sistema de reconocimiento preimagen (PRSystem), se puede soldar con precisión a la posición predeterminada en la copa reflectora a pesar de la calidad desigual del marco de plomo.


Los dispositivos LED generales de baja potencia (como la iluminación de los dispositivos señaladores y los teclados de teléfonos móviles) son principalmente cristales sólidos de pasta de plata, pero debido a que la pasta de plata en sí no puede soportar altas temperaturas, también se generará calor al tiempo que aumenta el brillo, lo que afecta al producto. Para obtener LED de alta calidad y alta potencia, se han desarrollado nuevos procesos de unión a troqueles. Una de ellas es utilizar la tecnología de soldadura eutáctica para soldar primero el troquel a un disipador de calor (soubmount) o disipador de calor. A continuación, todo el troquel se conecta al sustrato de disipación de calor y luego se suelda al dispositivo empaquetado, de modo que la capacidad de disipación de calor del dispositivo se puede mejorar, y la disipación de calor se incrementa relativamente. En cuanto a los materiales de sustrato, el silicio, el cobre y la cerámica son materiales de sustrato disipadores de calor de uso común.


Soldadura eutectica


La clave de la tecnología es la selección de materiales eutácticos y el control de la temperatura de soldadura. Para la nueva generación de LED de alto brillo InGaN, si se utiliza soldadura eutáctica, la lata pura (Sn) o aleación Au-Sn se puede utilizar como recubrimiento superficial de contacto en la parte inferior de los granos de cristal, y los granos de cristal se pueden soldar al sustrato chapado con oro o plata. Cuando el sustrato se calienta a una temperatura eutáctica adecuada, los elementos de oro o plata penetran en la capa de aleación de estaño de oro, y la composición de la capa de aleación cambia para aumentar el punto de fusión, lo que solidifica la capa eutectica y solda de forma segura el LED al disipador de calor o sustrato.


La elección de la temperatura eutectica depende de la resistencia al calor de los materiales de troquel, sustrato y dispositivo y de los requisitos de temperatura del posterior proceso de reflujo SMT. Al considerar la máquina de unión a troquel eutóctica, además de una alta precisión de posición, otra condición importante es tener un control de temperatura flexible y estable. La adición de nitrógeno o dispositivos de gas mixtos ayuda a proteger contra la oxidación durante el proceso eutéctico. Por supuesto, al igual que la unión a troquel de pasta de plata, la unión a troqueles de alta precisión depende de un diseño mecánico riguroso y un movimiento del motor de alta precisión para garantizar que el movimiento de la cabeza de soldadura y el control de la fuerza de soldadura sean correctos, sin comprometer la alta productividad y el alto rendimiento. Requisitos.


Flux también se puede añadir durante el proceso de soldadura eutáctica. La mayor característica de esta tecnología es que no se requiere fuerza de soldadura adicional, por lo que demasiada aleación eutáctica no se desbordará debido a la fuerza excesiva de unión a troqueles, reduciendo la posibilidad de cortocircuito LED.


Soldadura FlipChip


La soldadura por volteo se ha utilizado activamente en el proceso de fabricación de LED de alta potencia en los últimos años. El método flip-chip combina el troquel LED GaN boca abajo en el sustrato disipador de calor. Debido a que no hay almohadilla de unión de alambre de oro, es útil mejorar el brillo. Debido a que la distancia a través de la cual fluye la corriente se acorta y la resistencia se reduce, la generación de calor se reduce relativamente. Al mismo tiempo, esta unión puede transferir eficazmente el calor al sustrato de disipación de calor de la siguiente capa y luego al exterior del dispositivo. Cuando se aplique este proceso, no sólo aumentará la salida de luz, sino que también reducirá el área general del producto y ampliará el mercado de aplicación del producto.


Hay dos soluciones principales para el desarrollo de la tecnología LED flip chip: una es la tecnología solderbumpreflow; la otra es la tecnología de soldadura termosónica (termosónica).


Soldadura de bolas de estaño de plomo se ha utilizado en envases ic durante mucho tiempo, y la tecnología de proceso también ha madurado, por lo que no voy a entrar en detalles aquí. Para la producción de dispositivos de bajo costo y bajo recuento de líneas, la tecnología Thermosonic Flipchip es especialmente adecuada para soldadura LED de alta potencia. Para soldar con oro, ya que la temperatura del punto de fusión del oro en sí es más alta que la de las bolas de lata de plomo y pasta de plata, es más flexible en el diseño del proceso después de la unión a los troqueles.


Además, hay ventajas tales como proceso de fabricación sin plomo, proceso simple y conexión de metal confiable. Después de años de investigación y acumulación de experiencia, la tecnología termosónica flip chip ha dominado los parámetros de proceso más optimizados, y se ha puesto con éxito en producción en masa en varios de los principales fabricantes de LED. Además de la línea de producción, un gran número de otros equipos de automatización (como máquinas de unión de chips, máquinas de unión de alambre, máquinas y máquinas de grabación) dependen de las importaciones.


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