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LED封裝材料的可選類型有哪幾種?

  • 發布時間:2021-03-26
  • 發布者: 本站
  • 來源: 原創
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現今,LED越來越亮。為了滿足一般照明市場的需求,LED必須將傳統白熾燈與鹵素燈泡的流明輸出匹配(通常在相同的尺寸范圍內),而且這個任務也是一個熱挑戰。

    普遍的高亮度(HB)LED只能將約45%的能量轉化為光,其余的以熱量出現。這種熱量需要盡可能快地從LED上導出,以防止LED過熱及發生潛在的災難性故障。這種HB LED的功率輸入增加加速了更多的功率進入LED,反過來產生更多的熱量。

    這種情況是LED制造商面臨的挑戰,目前市場上已經有許多不同的方法來克服了。所有的都是從LED封裝開始,因為封裝提供了許多功能:它不僅為LED芯片提供物理保護,并將LED固定在燈具上,但這也意味著LED芯片處于密封的封裝環境中,這大大地阻止了對流和輻射帶來的散熱,而把LED只能靠從封裝背面通過熱傳導方式散熱。

    這一情況下,使用導熱基板可以幫助縮小LED與散熱器間的熱傳遞路徑。但使用銅片類材料或許更簡易,因為銅的導熱性能非常好。導熱基板需為電絕緣,因為它還需要攜帶將電力輸送到LED的銅軌。如果介質不絕緣,LED就會被短路。因此,行業需要的是既能導熱又絕緣的材料。

    LED制造商不斷研究解決方案以降低成本,要么通過消除工藝,要么使用更具成本效益的材料。最終是將LED燈泡的整體成本降低到一個消費者可以用低價就能購買的水平。

    封裝選擇

    HB LED封裝普遍有兩種方法。

    制造商可以將單個大型LED芯片或芯片組(例如,一個紅色,一個綠色和一個藍色)使用表面貼裝技術(SMT)集成到一起,或者制造商將一些芯片直接封裝到PCB-COB上。圖1包括來自制造商Cree,Lumileds和Samsung的不同封裝類型的樣品。
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圖1  三星芯片級封裝(CSP)器件(左);
Lumileds的中功率LED(中);Cree的COBLED(右)

    從表面看,COB LED很簡單。通過將裸露的LED芯片直接封裝到PCB上,這顯然使COB設備成為一個更具成本效益的選擇。

    COB LED的缺點是在于它們傾向于廣角度。這些可以用于像路燈、高棚燈這樣的照明燈具中。但是對于需要定向光束,如在汽車前燈或天花板筒燈中,則需要貼片定向高功率LED產品。

    HB LED和陶瓷的好處

    定向HB LED封裝的關鍵要求是封裝基板的兩側需要“電路化”,銅軌通過基板,連接兩組電路。這是至關重要的,因為封裝基板需要安裝到模組或燈具電路上。需要填充有導電銅的通孔,但是這些通孔需要與電路的其余部分隔離開。這低估了例如金屬芯PCB(MCPCB)之類的材料。

    到目前為止,唯一可以滿足這一要求的市場材料是電子陶瓷。陶瓷是非常理想的,因為它是一種天然的電介質,某些類型的陶瓷就是優良的熱導體。鉆入基板的通孔將與其余材料電隔離開。

    陶瓷是一個很好的選擇,還有另外一個原因是它們能夠通過非常高分辨率的直接鍍銅(DPC)工藝。 DPC是一種添加處理,銅軌跡被濺射到陶瓷上以建立電路,而不是使用還原工藝。這個工藝非常精確地加銅,以微米的精度測量。

    這就是低成本MCPCB再次失敗的地方。為了給MCPCB制作電介質層,需要加入環氧樹脂,將銅電路粘在金屬芯的表面。正是這種環氧樹脂層作為電介質,它通常與陶瓷顆?;旌弦蕴岣邿嵝阅?。這只能通過還原工藝,于是再次,陶瓷成為唯一的選擇。

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圖2  熱導材料的選擇因熱導率、制造難易度
和成本方面都有所不同

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