Trend ke arah miniaturisasi dalam dunia elektronik sedang berjalan dan didorong oleh pelbagai faktor termasuk keinginan pengguna untuk kemudahalihan serta kecekapan dan pengurangan kos yang lebih baik. Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi LED (Light Emitting Dio) khususnya, telah menyaksikan pertumbuhan yang luar biasa, terutamanya disebabkan oleh revolusi dalam pasaran pencahayaan dan pencahayaan umum. Peningkatan minat dalam LED juga telah diperluaskan ke pelbagai pasaran lain termasuk visi ketenteraan, perubatan dan mesin. Walaupun LED bukan baru kepada pasaran ini, permintaan mereka untuk resolusi yang lebih kecil, lebih tinggi dan sumber seragam terus berkembang. Pada dasarnya terdapat tiga kategori asas komponen dalam persekitaran LED. Ini adalah Through-Hole, Surface Mount dan COB (Chip-On-Board). Kami akan mengkaji semula ini untuk membantu memahami proses miniaturisasi mengenai reka bentuk dan penggunaan LED untuk aplikasi di pasaran ini. LED melalui lubang telah tersedia secara komersial sejak tahun 1960-an. Mereka datang dalam pelbagai jenis badan tetapi biasanya pelbagai saiz dari diameter 3mm - 10mm (Lihat angka 1).
RAJAH (1)
Peranti ini menguasai sektor optoelektronik dan teknologi selama lebih dari 20 tahun. Mereka masih digunakan secara meluas hari ini dalam pelbagai aplikasi dari paparan digital yang besar dan VMS (Tanda Mesej Pembolehubah) kepada petunjuk standard untuk elektronik pengguna atau industri. Walaupun jenis LED ini lebih besar berbanding dengan perkembangan teknologi terkini, masih terdapat kelebihan untuk menggunakan peranti melalui lubang seperti optik bersepadu, kemudahan pembuatan dan kos rendah. Di samping itu, banyak aplikasi jenis paparan atau VMS tidak memerlukan grafik resolusi tinggi atau pencampuran warna yang luas untuk paparan warna penuh. Ia tidak sehingga tahun 1980-an dan 90-an apabila telefon bimbit dan industri komputer memulakan peningkatan pesat mereka ke rumah setiap pengguna, bahawa dorongan untuk miniaturisasi bermula. Komponen pemasangan permukaan, walaupun sebenarnya dibangunkan pada tahun 1960-an, dengan cepat menggantikan peranti melalui lubang bermula pada akhir 1980-an. Teknologi ini bukan sahaja membenarkan kepadatan litar yang lebih tinggi, dengan itu mengurangkan saiz dengan ketara, tetapi ia juga menjadikan pemasangan automatik mungkin. Pematerian tangan menjadi kurang dan kurang diperlukan. Peranti Gunung Surface dibenarkan untuk pemasangan komponen di kedua-dua belah PCB atau Papan Litar Bercetak berbanding hanya satu sisi. (Lihat Angka 2A – 2B)
Rajah (2A) – Bahagian Depan Melalui Lubang Diisi, Bahagian Belakang - pematerian sahaja, tiada komponen Rajah (2B) - Komponen Surface Mount di hadapan dan belakang PCB Seterusnya mempunyai kelebihan lain yang termasuk mengurangkan kos pembuatan, sifat terma yang lebih baik, peningkatan kebolehpercayaan dan masa pusingan yang lebih cepat perhimpunan. Di samping itu, ia kemudiannya mungkin untuk membuat paparan resolusi tinggi serta tanda-tanda mesej pembolehubah warna penuh menggunakan LED merah, hijau dan biru. LED biru juga menjadi berdaya maju secara komersial pada tahun 1990-an bertepatan dengan baik dengan penggunaan luas komponen permukaan gunung. Peranti pemasangan Surface hari ini telah menjadi kategori produk pilihan untuk kebanyakan aplikasi reka bentuk elektronik dan datang dalam pelbagai jenis dan saiz pakej. Beberapa yang paling biasa dalam julat dunia LED dalam saiz dari 0402 yang bersamaan dengan .04" x .02", kepada 1210 atau .12" x .10" dengan saiz yang lebih besar untuk peranti berkuasa tinggi. (Lihat rajah 3)
RAJAH (3)
Pada akhir tahun 2000-an, dorongan untuk kecekapan yang lebih besar dan peningkatan ketumpatan untuk LED telah berlaku, sekali lagi, terutamanya didorong oleh pencahayaan dan pasaran pencahayaan umum. Ini mengakibatkan pengenalan dan penggunaan teknologi COB (Chip-On-Board) yang meluas. COB adalah teknologi semikonduktor di mana "cip" juga disebut sebagai "mati" dipasang terus di papan litar bercetak menggunakan prosedur yang dipanggil die attach atau die bonding. Individu mati diletakkan di PCB sama ada menggunakan kaedah pes konduktif atau pematerian (Eutectic) dan kemudian wayar terikat. (Lihat rajah 4) Teknologi ini hampir menghapuskan keperluan untuk pembungkusan tambahan seperti bingkai plumbum dan perumahan yang membolehkan kualiti disipatif terma yang lebih besar, saiz yang dikurangkan dan ketumpatan LED yang meningkat (jika diperlukan).
RAJAH (4)
140pcs cip LED dibungkus ke kawasan kurang daripada 1 inci persegi Masih terdapat cabaran dengan menggunakan teknologi COB terutamanya dari sudut pembuatan. Sebahagian daripadanya termasuk; (A) Perbelanjaan modal - Peralatan yang diperlukan sering sangat khusus dan mahal (B) Keseragaman dan konsistensi adalah penting dalam banyak aplikasi COB, oleh itu, Die / Chip yang terdedah mesti dipilih dengan teliti dan diuji sebelum penempatan pada PCB. Proses ini juga memerlukan peralatan yang sangat khusus dan di samping itu, hasil mesti dipertimbangkan untuk mengekalkan peranti yang kos efektif. (C) Kerja semula perhimpunan COB boleh menjadi sukar jika sudah termaktub. Dalam sesetengah kes, keseluruhan produk mesti dibuang. Sekiranya produk dapat bekerja semula, biasanya, ia hanya boleh dilakukan di kilang. Sebaliknya, jika peranti tidak dirangsang, kerja semula agak mudah dilakukan berbanding dengan teknologi melalui lubang dan SMT dan kurang mahal. (D) Kualiti, keseragaman dan jenis PCB adalah penting untuk memastikan mati melampirkan yang betul dan integriti bon wayar. Emas tulen, terikat wayar sering diperlukan. Teknologi COB kini digunakan oleh hampir setiap pengeluar LED utama, terutamanya dalam pasaran pencahayaan dan pencahayaan umum. Permintaan yang semakin meningkat untuk penyelesaian cekap tenaga untuk incandescent, halogen dan teknologi kuno yang serupa membolehkan pertumbuhan pesat dalam arena LED COB. Oleh kerana teknologi ini terus bertambah baik dan kos menurun, pasaran pemasangan LED COB dijangka melebihi pasaran LED standard keseluruhan dalam beberapa tahun akan datang. Walaupun kebanyakan pengeluar memberi tumpuan kepada penyelesaian cekap tenaga untuk pencahayaan umum, terdapat beberapa pengeluar LED terpilih yang menggunakan banyak kelebihan teknologi COB dalam aplikasi yang lebih khusus seperti ketenteraan, perubatan, visi mesin dan keselamatan. Cabang teknologi COB yang meningkatkan lagi kecekapan dan memberikan peluang yang lebih besar untuk miniaturisasi adalah kaedah pemasangan Direct Attach dan Flip Chip. Kedua-dua kaedah ini tidak memerlukan ikatan wayar sekali gus membolehkan pemasangan COB berprofil rendah sambil meningkatkan prestasi. Pada masa ini, bilangan pembuatan LED yang terhad menyediakan jenis struktur mati ini. Di samping itu, terdapat sebilangan kecil pemasangan yang mampu memasang jenis mati jenis ini dengan betul. Pembekal utama DA mati ialah Cree, Inc. Contoh salah satu cip jenis DA mereka ditunjukkan dalam rajah 5.
Rajah (5) DA pandangan atas dan bawah
Teknik Direct Attach menggunakan proses ikatan eutektik fluks yang menghapuskan keperluan untuk pes solder, preform atau pelekat konduktif. Fluks dan PCB yang sesuai adalah semua yang diperlukan untuk mencapai ikatan berkualiti tinggi semasa proses aliran semula. Contoh perhimpunan yang dibuat dengan teknologi COB standard berbanding ikatan DA ditunjukkan dalam angka 6A - 6B.
Rajah (6A) Perhimpunan COB Standard (Ikatan Wayar Diperlukan)
Rajah (6B) Pemasangan Atasan Langsung (Tiada Ikatan Wayar Diperlukan)
Teknologi cip flip membalikkan LED dalam orientasi menghadap ke bawah dan meletakkan elektrod dalam hubungan langsung dengan PCB. Seperti proses Direct Attach, teknologi ini memberikan kelebihan cip LED yang merangkumi kawasan pemancar cahaya yang lebih besar, pelesapan haba yang lebih baik, bersama dengan menghapuskan langkah ikatan wayar dan ikatan wayar yang membayangi. Kaedah ikatan untuk flip chip mati menggunakan apa yang dipanggil solder "lebam". Proses lampiran terdiri daripada menggunakan jenis fluks yang sesuai (seperti dalam kaedah DA) ke kawasan benjolan solder ini dan kemudian melakukan proses aliran semula. Oleh kerana CTE (Pekali Pengembangan Haba) tidak sepadan antara cip flip dan PCB, biasanya tidak disyorkan untuk menggunakan bahan FR-4 tetapi substrat MC (Metal Core) seramik atau dioptimumkan. Pembekal utama jenis cip flip mati adalah Philips LumiLED. (Lihat Rajah 7)
Rajah (7) Pandangan atas Flip Chip, pandangan bawah dan lebam sebelah w / solder
Kedua-dua teknologi ini agak baru kepada LED tetapi mula membuat inroads besar ke dalam pencahayaan umum dan pasaran khusus yang disebutkan sebelumnya. Sebagai tambahan kepada beberapa kelebihan yang diterangkan sebelum ini, pengurangan rintangan haba dari peranti melalui lubang ke COB (lihat angka 8) akan menghasilkan peningkatan yang ketara dalam jangka hayat dan prestasi produk.
Rajah (8) Perbandingan Rintangan Haba (Persimpangan ke Pad)
Seperti mana-mana teknologi baru, adalah penting untuk memastikan anda bekerja dengan organisasi yang berpengalaman dalam optoelektronik, menyedari kelebihan dan kekurangan lubang, SMT atau COB dan mampu menyediakan pilihan terbaik untuk permohonan anda. Vincent adalah Ketua Pegawai Teknologi Marktech Optoelektronik di Latham, New York. Beliau telah berada dalam bidang optoelektronik selama hampir 30 tahun dan telah mengarang atau mengarang bersama beberapa artikel yang berkaitan dengan teknologi LED. Banyak peningkatan ketara kepada LED dan aplikasi mereka secara langsung disebabkan oleh input Vincent dan pengalaman hands-on.
