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正在老化台上对CSP器件举行了3000h的老化实习?主波长

时间:2019-05-02来源:未知 作者:admin点击:
本文辩论了自立研发的CSP免封装器件与古板白光2835LED器件的正在配光弧线上的优劣,采用了寻常坐蓐的2835白光器件和CSP免封装器件,操纵近场检测光度计离别得回其近场光学数据,通过tracepro软件离别对近场数据实行阐发,获得图8(1)和图8(2);从如图8能

  本文辩论了自立研发的CSP免封装器件与古板白光2835LED器件的正在配光弧线上的优劣,采用了寻常坐蓐的2835白光器件和CSP免封装器件,操纵近场检测光度计离别得回其近场光学数据,通过tracepro软件离别对近场数据实行阐发,获得图8(1)和图8(2);从如图8能够看出,2835白光器件和CSP免封装器件的光强散布基础适宜朗伯型,但正在逼近的光强景况下,2835白光器件的光强散布角度小,实测半强光度角为40°/140°,而CSP免封装器件的光强散布角度较2835白光器件有较大改变,实测半强光度角为20°/160°;从图7(2)与图8(2)比拟能够挖掘,具有极大光强散布角度的CSP免封装器件通过合理的散布,也能够让模组竣工通例透镜带来的二次配光效益,极大的低浸了灯具正在二次透镜上的本钱,也有助于省略灯具模组及背光模组的体积,映现了庞杂的上风。

  余应森(1989—),男,现任深圳雷曼光电科技股份有限公司技巧探讨中央博士办事室研发工程师,E-mail:电线,所在:深圳市南山区西丽白芒百旺信工业园二区八栋雷曼大厦。

  近年来,跟着LED行业正在器件质料、芯片工艺、封装制程、封装技巧等方面的探讨先进与成长,特别是各大著名芯片厂家正在倒装芯片方面的成熟与荧光粉涂覆技巧的逐步众样化,一种全新的芯片尺寸级封装CSP(Chip Scale Package)器件应运而生。CSP免封装器件最早的界说是指封装尺寸和芯片主题尺寸基础类似,观念由电子IC封装而来,因为其单位面积的光通量最大化(高光密度)以及芯片与封装BOM本钱最大比(省略了金线、支架的低封装本钱)使其希望正在lm/$的性价比上能得回优质的出现[1]。而CSP免封装器件也惹起业界的宽敞闭怀,各大有能力的封装厂家以及封装上逛厂家都纷纷进入研发,CSP免封装器件不止被行业寄予生机,也被以为是一种“终极”的封装款式。除了正在低浸本钱有着极大的上风外,正在上,因为CSP免封装器件的尺寸巨细可控,可使灯具安排特别天真,机闭紧凑;正在职能上,因为CSP免封装器件的小发光面、高光密特点,即可竣工光学指向性左右,又能够竣工广角度的光散布;倒装芯片的电极安排,使电流分拨平衡,适合更大电流驱动,省略了光摄取,有利于CSP免封装器件的信托性[2]。

  男,现任深圳雷曼光电科技股份有限公司技巧探讨中央技巧总监,E-mail:,电线,所在:深圳市南山区西丽白芒百旺信工业园二区八栋雷曼大厦。返回搜狐,查看更众义务编辑:

  因为LED照明市集的成长与需求,LED照明正在职能与实践行使上已逐步代替了古板的节能照明,而室内照明动作照明市集的首要构成,对室内LED照明灯具除了光效有较高的央求外,比照明的光品格的央求也尤其的高。CSP免封装器件是基于倒装芯片的新型封装器件产物,是古板LED器件为相合更高光品格与低物料、低工艺本钱而研发改善的,也是改日室内LED照明灯具市集的器件操纵成长趋向。本文以自立研发的CSP免封装器件为探讨对象,着重考虑了CSP免封装器件正在光品格与信托性方面的出现,实行了CSP免封装器件与古板2835白光照明器件的光品格比拟,同时也探究了自立研发的CSP免封装器件正在器件的性赖性方面的出现;探讨结果证据,CSP免封装器件正在光品格,特地是光的类似性和配光弧线白光照明器件比拟有着较大的上风,同时,试验并阐发了CSP免封装器件正在信托性方面的出现,寻得了CSP免封装器件的紧要失效身分,通过进一步的改正,能够具有比较古板白光照明器件的行使性赖性。

  综上所示,CSP免封装器件产物正在现阶段尚有很众不行熟的地方,但正在白光行使代替古板的SMD白光产物上,具有极大的上风前景,其高光品格与低物料、低工艺本钱的特点也会是改日室内LED照明灯具市集的器件的成长趋向。

  竣工CSP免封装器件的白光工艺有众种格式,最理念的竣工格式是正在晶圆Wafer长进行,但选取如许工艺竣工的器件,荧光胶只可掩盖芯片的外外,蓝光会通过蓝宝石从周遭漏出,影响色空间散布的匀称性。也有去除蓝宝石,采用薄膜芯片等工艺格式,能够省略蓝光的走漏,但工艺本钱相当高。于是,市情上主流技巧门道仍是把芯片切割后,再实行荧光粉涂覆,再测试、编带,此进程与古板封装工艺特别彷佛。该工艺的主题依旧盘绕着荧光粉的涂覆技巧,而涂覆工艺征求喷胶,封模,印刷、及荧光膜贴装等众种格式,各工艺都有其上风与寻事。而目前市情上的CSP免封装器件紧要有以下三大主流机闭(如图1所示):①.采用硅胶荧光粉压制而成,五面出光,光效高,可是顶部和周遭的色温类似性左右较差。②采用边际二氧化钛爱惜再覆荧光膜,惟有顶部一个发光面,光的类似性和指向性很好,可是耗损了周遭的光输出,光效会偏低。③采用荧光膜全掩盖,再加透后硅胶固定成型,也是五面出光,光效高,光品格稍差。本项目操纵的CSP器件是操纵荧光胶压合的制备工艺制备而成,具有如图1(①)所示的机闭(器件无外加封胶),通过对荧光胶的矫正与修设,调控csp的侧面与顶部的荧光层厚度,改正了色温不类似而导致的光斑题目[3]。

  本文采用操纵自立研发的CSP免封装产物实行1000h的85℃,85%湿度的高温高湿加快老化试验,试验结果如图13、14所示:

  本文以自立研发的CSP免封装产物为例,实行了CSP免封装器件的光品格与性赖性探讨,比拟了CSP免封装器件与古板2835 SMD白光器件的光效与光类似性,并实行了一系列的境况信托性与光衰老化的试验,探究并阐发了试验的结果,终末对CSP免封装产物常睹的失效景况实行阐发,获得了以下结论:

  LED照明动作新起的照明光源,最大的上风除了正在于节能环保外,高光效与高光品格也是侦察LED室内照明灯具的紧要准绳,而除了色温、显指等一系列光职能的目标外,光的类似性也是必要侦察的首要目标。当LED器件的光的类似性差时,行使到灯具上容易展示色差,影响灯具的光品格。

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  正在对CSP器件实行境况信托性的探讨进程中,器件与基板之间的焊接失效也是常睹的一种失效景况,焊接失效的情由紧要有虚焊以及玄虚率大,如图17所示,样品1(第一张图)的失效景况属于虚焊,剥离的芯片电极能够显明的窥察到,电极完满的景况,讲明虚焊的景况比拟紧要。样品2(第4张图)的失效景况则属于玄虚率大,从图中能够窥察到没有显明虚焊的地步,可是有显明的玄虚,玄虚不只会形成焊接失效,同时也是散热不良的紧要情由。

  因为通例老化必要奢侈的岁月较长,而实践研发的周期并不应允正在老化上消磨太众岁月,于是除了通例寿命老化外,加快老化也是一种LED常用的信托性测试手段,紧要有逾额定电流老化,高温老化,高湿老化等等。基于CSP免封装器件与古板SMD LED器件的行使区别,CSP器件与基板通过锡膏键合后,假若不加以爱惜,正在高温高湿境况下,芯片等于败露正在高湿的氛围中,于是本文的高温高湿老化试验,正在将CSP器件贴到基板后,会再覆上一层环氧胶水实行爱惜(如图所示)。

  正在老化试验的进程中,除了对csp样品实行老化评估,对芯片也必要评估,正在芯片的评估进程中,笔者挖掘形成芯片失效的景况,紧要能够归类为两种:①芯片受损类型(如烧坏,应力受损等),全体出现正在老化初期,就展示电压上升、流明值神速消浸的地步;②芯片pn结老化,全体出现正在老化初期及后期,电压都相对安静,但流明值正在安静一段岁月后,初步慢慢消浸。

  基于以上,本文拟从CSP器件的光品格与信托性动身,通过比拟CSP器件与常用贴片白光照明器件的光谱、光型、光散布景况,探讨CSP器件正在高品格照明用处上的上风;通过对CSP器件各项信托性的探讨,从实质上治理CSP器件正在代替现有贴片白光照明器件上的可行性。

  本文采用自立研发的CSP器件与古板2835白光照明器件实行光效的比拟,测试器械为远方机台与积分球;为确保测试光源的前提类似,本文将自立研发的CSP器件通过回流焊的格式固定于倒装2835支架上,同时操纵制备CSP器件的同款倒装芯片,胶水与荧光粉实行封装,并比拟它们的光电数据;数据结果如外1所示:

  本文辩论了自立研发的CSP免封装器件与古板白光2835LED器件的光色类似性,采用了寻常坐蓐的1k pcs古板2835白光器件,并随机挑选10pcs实行分光分色,采用了同批次坐蓐的1k pcs CSP免封装器件,从如图5的5个区域中,随机取10PCS实行测试,对它们的色坐标散布实行比拟,全体景况如图6所示。

  CSP免封装器件与古板SMD器件的构成区别,失效景况也不尽类似,正在实践行使中,CSP器件除了芯片、荧光胶失效外,更众的失效存正在与行使端维系的规模,如与基板的焊接等;目前CSP的固焊手段与倒装芯片一律,紧要有共金焊与锡膏焊两种格式,这两种格式各有各的优差错以及工艺难闭。本文的CSP器件紧要操纵锡膏焊的固晶格式,锡膏焊是一种相对成熟、工艺轻松的固焊工艺(如图),正在贴片规模遍及行使,但锡膏焊行使于csp器件仍存正在不少技巧难闭,如玄虚率高,焊接失效以及焊策应力等等[9].

  图6古板2835 SMD白光器件(左)与CSP免封装器件坐蓐样品(右)的色坐标打靶景况

  古板SMD LED器件是由芯片,支架,固晶底胶、金线和环氧树脂或硅胶等众品种型、热膨胀系数各异的质料复合制备而成,而个中除了芯片以外,要数支架(紧要质料日常为聚邻苯二甲酰胺,即PPA)和封装胶水对LED器件的光效与牢靠性影响较大;而CSP免封装器件是由芯片、荧光胶组合而成,除了芯片自己以外,仅有荧光胶会影响器件的光效与牢靠性。

  从图6能够看到,正在坐蓐的1k pcs2835白光器件中挑选的10 pcs样品,通过色坐标打靶,挖掘色坐标的散布是沿着必定的斜率散布,且散布的间距较大,假若依据7步麦克·亚当椭圆的准绳,则有相当个人的样品必要通过分光的格式消除,这会给坐蓐的品格与本钱形成必定的掌管;形成这种地步紧要由于古板的SMD白光器件的制备是通过点胶工艺制备,正在点胶的进程中胶量不匀称,荧光粉浸淀等等,工艺上目前尚无法做到十足避免。而正在1k pcs CSP器件中挑选出的10PCS样品,则能够窥察到,色坐标的散布相当集合,基础都适宜7步麦克·亚当椭圆的准绳,这是由于CSP免封装器件的覆膜工艺,是通过制备好荧光膜,正在实行压合切割,通过高精度的相符,避免了荧光胶量不匀称和荧光粉浸淀导致的色坐标漂移的地步,坐蓐出来的样品具有高度的光类似性.

  从图13中,能够看到,正在500h前CSP器件的光衰跟着老化岁月的增众基础褂讪,正在老化岁月抵达1000h后,CSP器件的光衰初步增大,并抵达4%,这讲明CSP器件正在高温、高湿的办事前提下,信托性出现较差;CSP器件的正在苛刻的境况下,老化速率快速增众,正在随后的老化中很大约率会形成死灯。加快老化的结果进一步讲明,正在苛刻的操纵境况中,芯片更容易受到境况复称身分的影响而形成失效,针对这一地步,正在不影响CSP器件的光学职能和光学特点的景况下,寻找手段使其省略受境况的影响,是升高CSP器件信托性的闭节身分。

  正在对颜色类似性的央求方面,古板光源的做法日常都是以麦克•亚当椭圆为轨则的,是基于麦克•亚当对人眼对颜色的辨认所做的一系列实习的根源上总结出的一个畛域;目前LED行业最遍及行使的准绳是美邦Ansi C78.377-2008准绳,这个准绳也是美邦能源之星所援用的准绳。此准绳的央求是以大约与7步麦克•亚当椭圆相当的8个四边形为畛域(如图4)[6]。

  跟着LED照明的兴盛,越来越众良莠不齐的LED产物进入市集,对煽动LED行业的成长形成了极大的晦气影响;何如设置起行业标准团结的LED器件信托性评议准绳,是目前急需治理的庞大题目。上文已提及,古板SMD LED器件是由芯片,支架,固晶底胶、金线和环氧树脂或硅胶等众品种型、热膨胀系数各异的质料复合制备而成,区别的热膨胀系数会导致LED器件正在操纵的进程中发作百般各样的失效景况;基于古板SMD LED器件的构成机闭,其失效机制日常可归为以下几种:1.芯片失效,电荷迁徙阻挠,芯片击穿;2.封装支架质料老化,硫化等;3.封装胶老化失效、荧光粉失效等;4.金线键合失效等;而CSP免封装器件区别于古板SMD LED器件,少了支架与金线键合的失效身分,但同时也众了行使端的焊接失效等身分;基于市情上对待CSP免封装产物的信托性都只限于LM-80及联系的器件寿命,本文参考古板的SMD LED器件,对自立研发的CSP器件实行了更众样化的境况信托性外征,以考据目前CSP免封装产物正在实践行使端与古板SMD LED器件的差异[7]。

  图9、图10为CSP免封装器件实行冷热打击、以及湿热存储的示图谋,试验结果证据,按照抽样检测的准绳,都能够抵达失结果小于等于1‰的效益。试验的结果进一步证据了,省略体例中存正在的失效危机(如金线、支架等),能够有用的升高器件的牢靠性,比拟古板的SMD器件,具有更少的失效身分的CSP器件能够具有更高的牢靠性。

  冷热打击与湿热存储是评议LED器件信托性的两项首要测试,目前通用的LED器件按照坐蓐制作厂家的央求,城市有区别前提的测试手段。本文按照GB/T2423.22的邦度境况试验准绳实行冷热打击试验,试验手段是-40℃保留15分钟,转换成100℃保留15分钟,转换岁月不越过0.5分钟,轮回300回合;湿热存储则采用温度=80℃、湿度=80%RH的前提,试验岁月为1000h。

  LED白光灯具的光源有一个特定的光强散布特点,即配光弧线,LED灯珠组合的进程叫一次光学安排。大大都景况下,LED光源的配光弧线为朗伯型,即发光强度随角度改变呈余弦散布(如图7(1))。但正在实践行使中,一次光学安排的出光角度和光强散布不行知足特点格况下的行使前提,这时期能够通过增众透镜(既二次配光)来改造光源的光芒输出,来抵达实践的行使央求(如图7(2))。从二次配光的顺序能够看出,配光的闭节正在于增大LED光源的发光角度,使光强更为匀称的散布正在灯具辐射面畛域内。

  从图11中能够看到,正在1000h前CSP器件的光衰跟着老化岁月的增众,映现轻细的上升,正在老化岁月抵达1000h后,CSP器件的光衰初步跟着老化岁月的增众,逐步增大,终末正在3000h时抵达0.98%。3000h老化均匀光衰不越过1%,讲明CSP器件正在常温、额定办事电流前提下,信托性出现优异;CSP器件的老化顺序与蓝光芯片的老化顺序类似,正在1000h后才初步展示流明值消浸的景况,且映现一个迟缓的消浸趋向,因为老化岁月相对还比拟短,且CSP器件尚有胶水与荧光粉的同化影响,无法粗略操纵Bt=B0e(-t/i)公式评估器件的寿命,该办事将会留于老化岁月实行越过6000h后实行评估。图12显示,跟着老化的实行,器件会发作色温的漂移,这或者是由于蓝色倒装芯片发作了强度改变,也或者是老化进程中荧光胶也有了必定水准的老化导致,因为选用样品色温较高,色漂展示的情由相对较众,3000h的色漂不越过500k仍属于可应允的改变畛域。

  ①CSP免封装器件动作一种尺寸更小的封装器件,正在类似测试境况前提下,能够抵达类似功率的古板2835 SMD白光器件的光效秤谌,同光阴谱与配色也具有类似特点,能够正在发光职能上代替古板2835SMD白光器件。

  5.吕植成. 基于硅基板的大功率 LED 封装探讨[D].华中科技大学, 2013.

  ④通过对CSP器件实行失效阐发,得出CSP器件的紧要失效情由,依旧正在操纵的倒装芯片和行使于基板的工艺上,惟有通过升高倒装芯片的质地与改正焊接的工艺,才华从基本上治理CSP器件面向市集执行的困难。

  ③对自立研发的CSP免封装器件实行了冷热打击、高温高湿存储、常温老化以及高温高湿老化等境况信托性试验,试验证据,擢升芯片的质地和完竣器件的行使工艺是确保CSP免封装器件产物信托性的闭节身分,同时CSP免封装器件正在进一步的改正后,希望抵达乃至超越古板SMD器件的信托性。

  ②比拟了CSP免封装器件与古板2835 SMD白光器件坐蓐产物的光类似性和配光弧线,挖掘操纵压膜切割格式的CSP免封装器件正在光类似性上具有庞杂的上风,能够省略器件坐蓐端分光带来的题目,升高行使端灯具的光品格;同时CSP免封装器件具有更大的半强光度角,有助于一次配光安排成型并省略二次透镜的开垦本钱,相对古板2835 SMD白光器件具有庞杂的上风。

  LED发光亮度跟着办事岁月的寻常,会展示光强或者光亮度的衰减地步。LED的老化水准凡是与外加恒流电源的巨细相闭,能够描写为Bt=B0e(-t/i),Bt为t岁月后的亮度,B0为初始亮度。凡是把亮度降到Bt=1/2B0所通过的岁月t称为LED的寿命。通过Bt=B0e(-t/i),公式的猜想,能够获得LED的寿命景况[8]。正在这里,本文正在室温前提下,操纵额定电流,正在老化台上对CSP器件实行了3000h的老化实习,器件的光衰景况如图11所示:

  芯片失效除了自己的安静(能够通过筛选采购样品改正)外,行使端的准确操纵是确保信托性的闭节身分,如图16所示,当芯片发作失效时,能够窥察到芯片展示了受损或者毁灭的景况,情由或者有:①芯片焊接时发作应力,芯片受损所致;②芯片焊接时,电极与锡膏接触面玄虚率大,散热不佳,导致芯片毁灭(如图17右所示)。于是,治理焊策应力以及散热不佳形成的芯片失效,是左右CSP器件行使失结果的首要途径。

  LED器件的制作,从上逛的芯片,到中逛的荧光粉搭配、封装,每一步城市影响最终的光色。LED芯片的波长对最终的LED器件的光色有影响,假若类似性央求能抵达3 SDCM的LED灯珠,对芯片的央求是主波长畛域约正在2.5nm以内。然而因为工艺的局限,芯片的分bin很难做到主波长畛域都正在2.5nm以内,假若对芯片实行挑选,则有制品率不高,本钱高的题目。而正在器件封装端,荧光粉的选拔、荧光胶的胶度、荧光粉匀称度和与LED芯片主波长成亲的题目,城市影响LED器件的光色,于是LED器件的光色类似性相当难以左右。

  动作一种新的技巧,CSP免封装器件也面对很众的节制与寻事:最初,太甚依赖于倒装芯片技巧的擢升,如芯片本钱、光效、牢靠性以及芯片耐ESD的击穿才干;其次,荧光粉涂覆工艺及其匀称性央求精度高,这直接影响色温落Bin率及色空间散布;第三,CSP免封装器件因为体积小,对SMT贴片的精度央求更高;第四,回流焊工艺将影响到焊点的玄虚率,从而影响产物的散热及牢靠性;第五,与基板的热膨胀系数不同较大容易形成应力,将直接影响芯片的信托性;于是,确保CSP免封装器件正在竣工优异光效的同时,确保器件的信托性是其正在行使端成长的闭节身分[4]。

  本文自立研发的CSP免封装器件采用荧光胶压合的格式制备,按照操纵的倒装芯片的规格尺寸,通过提前安排好CSP器件样品的尺寸,操纵的特定的胶水与荧光粉实行必定比例的同化,先制备成一张特定尺寸的半固化荧光膜,与提前扩晶排布好的倒装芯片,实行压合后烘烤固化;终末依据安排好的CSP免封装产物尺寸实行切割,即可获得CSP免封装器件样品[5]。工艺的示图谋如图2所示。

  3.余珊. 大功率 LED 晶圆级封装荧光粉涂覆技巧探讨[D]. 华中科技大学, 2012.

  从外1能够看出,当色温调至类似时,操纵同款倒装芯片,胶水与荧光粉的2835倒装器件与CSP器件具有邻近的电压、流明值和光效,可是因为器件巨细区别,操纵的荧光胶胶量区别,导致CSP器件的光效高了逼近5个显指,这讲明,正在相称前提下,当左右色温与显指类似时,CSP器件能够正在类似测试境况中,得回更高的亮度评议,充沛显露了CSP器件lm/$的性价比上风。图3是CSP器件的光源光谱测试讲演,从测试光谱中,能够看到CSP光源的配光光谱与古板SMD白光器件的配光光谱一律,色坐标位于相应色区之间,能够抵达古板SMD白光器件的同样职能。

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