abstrakt

UV-LED-Lichtquelle, im Vergleich zu den traditionellen UV-Lichtquelle, hat die Vorteile des Umweltschutzes, geringer Stromverbrauch und Bandauswahl. Die Anwendung von UV-LED in der Druckindustrie hat immer viele Herausforderungen, besonders das Problem der Zuverlässigkeit. Die organischen Materialien haben die Eigenschaften einer schlechten UV-Beständigkeit und einer hohen Permeabilität, wodurch die Verschlechterung ihrer Leistung die Zuverlässigkeit von UV-LEDs stark verringert. basierend auf CMH Verpackung Technologie, anorganische UV-LED ist 100% verwendet anorganische Materialien Verpackung, mit guter Luftdichtheit, hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und geringe thermische Beständigkeit. Da das Modell von cob und dob von verkapseltem Material und Herstellungstechnik verschieden ist, gibt es einen großen Unterschied zwischen der Leistung und der Zuverlässigkeit der beiden. der thermische Widerstand der Isolationsschicht des Substrats hat einen großen Anteil an dem gesamten thermischen Widerstand von Cob, und der thermische Widerstand der Schweißzwischenschicht hat großen Einfluss auf den Dob.

Ⅰ, Einführung

in den 1860er Jahren erschien die erste UV-härtende Tinte. mit der schnellen Entwicklung der UV-Härtung Technologie, die Druckindustrie wie Digitaldruck, Schablonendruck, Plattendruck, Adagio-Druck und Tiefdruck, etc., wurde weit verbreitet UV-härtende Tinten, die Anpassung der UV-Härtung Lichtquellen in der traditionellen Lichtquelle wie eine Quecksilberlampe. Die traditionelle UV-Lichtquelle wurde jedoch aufgrund des Umweltschutzes von immer mehr Ländern eingeschränkt, wodurch der Markt für ultraviolette Leuchtdioden (UV-LED) schnell wächst.

im Vergleich zu herkömmlichen UV-Lichtquelle, UV-LED hat viele Vorteile wie Energieeinsparung und Umweltschutz, Lebensdauer, geringer Stromverbrauch und optionale Wellenlänge. entsprechend der Wellenlänge des Lichtes, uv geführt wird in uva (315 ~ 400nm), uvb (280 ~ 315nm), uvc (200 ~ 280nm) geteilt. allgemein ausgedrückt ist eine Lumineszenzwellenlänge von mehr als 300 nm nahe UV, weniger als 300 nm der Lumineszenzwellenlänge ist tiefe UV. Entsprechend dem Unterschied von Verpackung und Integration Ebene, UV-LED ist in diskrete Teil und Integrationsmodus unterteilt. In diesem Teil ist der Integrationsmodus in Cob (Chip on Board) und Dob (Device on Board) unterteilt. Allerdings ist Cob Lot direkt auf einem Substrat mit einer Anzahl von LED-Chip, während dob ist der erste, um den LED-Chip in der Vorrichtung und anschließend mehrere Geräte auf ein Substrat zu verschweißen.

als neues Produkt, hat UV-LED auch alle Arten von Herausforderungen in der Druckindustrie. organisches Material wird der UV-Energie ausgesetzt, um einen Photoabbau zu erzeugen. übermäßige Belichtung von UV-härtender Tinte führt zu einer perfekten Beherrschung der Oberfläche von Tinte, oder unzureichende Belichtung von UV-härtender Tinte hat schlechte Hafteigenschaften. Schadstoffe durchdringen die UV-Lichtquelle und führen zum Ausfall der Lichtquelle. sowie andere Herausforderungen sind die Anpassung der UV-Härtung Lichtquelle und UV-härtende Tinte, UV-Härtung Lichtquelle Gleichförmigkeit der Lichtemission, Lebensdauer, Stabilität, Zuverlässigkeit der UV-Härtung Lichtquelle. heutzutage hat unterschiedliches geführtes Verpackungsunternehmen unterschiedliche Technik. so die Art, die Qualität und der Preis der UV-Lichtquelle ist vielfältig, das macht Lieferanten oder Verbraucher den Verlust leiden, weil Anwendung Client oft durch verschiedene Zuverlässigkeitsprobleme verursacht wird. Daher wird der Artikel untersucht und diskutiert uv geführt diskreten Teil und UV-LED-Integrationsmodus in der Zuverlässigkeit der Druckindustrie Anwendung.

Ⅱ, führte diskreten Teil

nach verschiedenen verkapselten material, uv led diskreten teil ist in organische material verpackung uv geführt und anorganische material verpackung uv geführt. organische material verpackung uv led ist noch verwendet sichtbares licht führte gerät verpackung. UV-LED-Chip wird beschichtetes organisches verkapseltes Material, wie Epoxidharz, organisches Silikon, usw. sein. Auf der anderen Seite wird das Produkt organisches Material als leichte Schale von UV-LED-Gerät, wie EMC-Serie von Produkten auf dem Markt verwenden. jedoch hat das anorganische materielle Verpacken, das geführt wird, verbessert, Keramik als Licht, Glas oder Metallglas als Abdeckplatte zielen. In den Materialeigenschaften haben das organische Material und das anorganische Material den großen Unterschied. beide werden in UV-LED-Verpackung verwendet. aber für die Eigenschaften hat die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des gesamten Geräts einen großen Einflussunterschied. Um die Diskussion zu erleichtern, werden organische Materialien durch organisches Silicagel und die anorganischen Materialien durch Glas repräsentiert, und die beiden werden in den folgenden Aspekten verglichen.

(1) Durchlässigkeit

die Durchlässigkeit des eingekapselten Materials auf dem optischen Pfad des Chips beeinflusst direkt die optische Ausgabe der UV-LED. Je höher die Durchlässigkeit des Materials im UV-Band ist, desto höher ist die UV-Lichtleistung. Aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften kann die Transmission verschiedener Materialien im selben UV-Band sehr unterschiedlich sein. Wie wir sehen können, hat die anfängliche Durchlässigkeit von organischem Silikon (Methylsilikon und Phenylsilikon) keinen Vorteil gegenüber Glas bei allen Wellenlängen der Ultraviolettbande. Mit der Abnahme der Wellenlänge nimmt jedoch auch die anfängliche Penetrationsrate von organischem Kieselgel und Glas in unterschiedlichem Maße ab. Im Vergleich zu Glas sinkt die anfängliche Penetrationsrate von organischen Materialien viel schneller als die von Glas. bei 300 nm beträgt die anfängliche Penetrationsrate von Methylsilicon weniger als 85%, was einen großen Einfluss auf die optische Ausgabe des Chips hat, so dass Methylsilicon nicht für die untere Ultraviolettbande der Bande geeignet ist. andernfalls wurde die Penetrationsrate von organischem Kieselgel im UV-Band 24 Stunden später 365 nm UV-Licht ausgesetzt, während die Penetrationsrate von Glas sich nicht verändert hat. Es ist zu erkennen, dass im UV-Band die anfängliche Lichtdurchlässigkeit von Glas und die Durchlässigkeit von UV-Licht besser sind als die von organischem Silikon.

(2) thermische Eigenschaften

Für die UV-Leitung von organischen Materialien werden die organischen Materialien nicht nur dem ultravioletten Licht des Chips ausgesetzt, sondern auch von der Hitze, die durch den Chip erzeugt wird, beeinflusst. insbesondere organisches Material der direkten Beschichtung auf der Oberfläche des Chips, hohe Wärmemenge in Form von Wärmeübertragung auf der Oberfläche des Chips direkt auf organische Materialien ergeben sich für lange Zeit in Hochtemperatur-Arbeitsbedingung. Hochtemperatur beschleunigt organisches Material thermische Alterung. wenn das organische Material der hitzebeständigen Leistung schlecht ist, wird es leicht ein Vergilben Phänomen erscheinen, ernst kann erscheinen, sogar Karbid (schwarz) oder Risse und andere Anomalien. wenn das Gerät in einem Zustand des Schalters oder Hoch-und Tieftemperatur-Zyklus für eine lange Zeit ist, weil der Chip mit organischem Material Wärmeausdehnungskoeffizienten (Cte, Wärmeausdehnungskoeffizient) nicht übereinstimmen, Chips und organisches Material des Sticks ist leicht abnormales Abziehen zu erzeugen. Anomalien wie Vergilben und Abblättern können die optische Leistung und die Zuverlässigkeit des Geräts verringern.

Um die Wärmeleistung von organischen Materialien und anorganischen Materialien zu untersuchen, werden Methylsilikon, Phenylsilikon und Glas gleichzeitig im Ofen bei 260 ° C zum Backen verwendet. Aussehen Inspektion gefunden, dass die Phenyl-Silikon am dritten Tag des Backens Vergilbung gefunden, Methyl-Silikon-Backen in der siebten Tag, obwohl keine offensichtliche Etiolation gefunden, sondern erschien Risse Anomalien und Glas ohne offensichtliche Anomalie. die Vergilbung von Phenylsilicagel erfolgt aufgrund der Oxidation des Phenyls seiner verzweigten Kette in einer Hochtemperatur- und Sauerstoffumgebung, während das Cracken von Methylsilicagel durch die hohe Temperatur zu der gebrochenen Bindung führt. Weil die Hauptkomponente von Glas Siliziumdioxid ist, ist seine chemische Stabilität ausgezeichnet. Man kann sehen, dass im Vergleich zu organischem Kieselgel die Wärmebeständigkeit von Glas einen sehr großen Vorteil hat.

(3) Zuverlässigkeit

Suche nach, organische Material für eine lange Zeit wird unter UV-Bestrahlung Lichtabbau (aerobe Umwelt verteilte Licht Oxidation) passieren, erscheinen Alterung und Vergilbung Phänomen, ernsthafte und sogar Risse. es führt zu einer signifikanten Abnahme der photosynthetischen Effizienz und Zuverlässigkeit der Vorrichtung und führt schließlich zu einem Ausfall, wobei dieses Phänomen im tiefen Ultraviolettband besonders ernst ist. Um das Zuverlässigkeitsniveau von UV-LED oder die Anti-UV-Leistung von eingekapselten Materialien zu bewerten, werden in der Regel eine Reihe von Zuverlässigkeitstests durchgeführt. in der Normaltemperatur Alterungstest, unter der Bedingung von in der Umgebungstemperatur, gleichzeitig Beleuchtung UV-LED-Lichtband bei 395nm (Chip) der Glasverkapselung und Methyl-Silikon-Verkapselung, ein Strahlungsfluss und Aussehen Beobachtung pro 48 h.

der Strahlungsfluß von Glas, der UV eingeschlossen wurde, nahm allmählich mit der Zunahme der Alternzeit ab, und der Strahlungsfluß bei 528h war ungefähr 93.1% vor Altern und keine offensichtliche Änderung im Aussehen. aber Methylsilikon eingekapselt uv führte von Strahlungsfluss war, um am Anfang des alternden Schlitzes anzufangen, und fand keine offensichtliche Anomalie in der Erscheinung. der Hauptgrund ist, dass sinkende Durchlässigkeit und Alterungseigenschaft von Methylsilikon (anfängliche Strahlungsflüsse verringerte sich schnell Alterung). Mit der Zunahme der Alterungszeit wurde die niedrigere Rate des Strahlungsflusses kleiner, der Aussehenstest fand heraus, dass Silikagel innerhalb von Rissen erschienen ist (hauptsächlich in der Nähe eines Chips verteilt), und eine Silicagel- und Chipbindungsgrenzfläche ist erschienen. das Auftreten von Methylsilikonriß zeigt an, daß die gebrochene Bindung aufgetreten ist, und die Abtragungsanomalie ist auf die fehlende Übereinstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Silicagels und des Chips zurückzuführen. Zu Beginn des Alterns 336h war die Abnahmerate des Strahlungsflusses der UV-Leitung, die durch Methylsilicon eingekapselt war, signifikant erhöht, und der Strahlungsfluß bei 528h betrug vor der Alterung etwa 63,4%. Zu dieser Zeit fand der Aussehenstest heraus, dass das Silicagel auf der Oberseite des Chips offensichtlich gebrochen war, was der Hauptgrund für den beschleunigten Rückgang des Strahlungsflusses ist. Wenn die Lebensdauer der UV-LED als der Zeitpunkt definiert wird, zu dem der Strahlungsfluss auf 70% des Anfangswerts abfällt, ist die Lebensdauer der UV-LED, die durch das Silicagel abgedichtet ist, viel kürzer als die der UV-LED.

(4) Luftdichtheit

Die Luftdichtheit von UV-LED-Geräten unterliegt der Penetrations-Sauerstoffrate und dem Verpackungsprozess des Verpackungsmaterials. Das Einkapselungsmaterial hat eine hohe Penetrations-Sauerstoffrate und die Luftdichtigkeit der Vorrichtung ist schlecht und die schädlichen Substanzen in der äußeren Umgebung können leicht in das Innere der Vorrichtung eindringen und ein Versagen der Vorrichtung verursachen. Die Luftdichtigkeit des Geräts kann zu verschiedenen Zuverlässigkeitsproblemen führen, wie z. B. Korrosion und Versilberung.

Die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit von organischem Verkapselungsmaterial ist höher als die von Glas in der Luft, beispielsweise beträgt die Sauerstoffübertragungsrate von Methylsilikon typischerweise 20000 bis 30000 cm³ / m² * 24 h * (atm), Phenylsilikon beträgt im allgemeinen 300 bis 3000 cm³ / m² * 24 h * (atm). Gas und Wasser können das organische Silikagel drinnen durchdringen. Glas ist jedoch ein anorganisches Material mit hoher Dichte und sein intermolekularer Spalt ist kleiner als Wasser, so dass Gas und Wasser nicht in Glas eindringen können. Infolgedessen ist Glas leichter einzukapseln als organisches Silikon.

(5) elektrische Eigenschaft

Organische Materialien wie Organosilicone enthalten normalerweise eine bestimmte Menge an Na +, K + und Cl-Plasma, und organische Materialien werden mit kleinen Molekülen in mehr oder weniger Zeit freigesetzt. Die Beschichtung mit organischem Material auf der Chipoberfläche, das Material innerhalb des Ions oder die übermäßige Freisetzung von kleinen Molekülen kann ein gewisses Maß an Beschädigung der Chipleistung verursachen, wie z. B. einen erhöhten Chip- und Rückwärtskriechstrom. aber Glas zeigt diese Anomalie nicht.

Zusammenfassend sind die Eigenschaften anorganischer Materialien organischen Materialien überlegen. organisches Material entspricht oft ultraviolettem Band uv-LED-Chip zur Leistung und Zuverlässigkeit von Anlässen mit geringen Anforderungen, und in rauen Umgebungen wie hoher Luftfeuchtigkeit oder anderen Anlässen mit höheren Anforderungen an anorganisches Material für UV-LED sollte verwendet werden.

Ⅲ, führte UV-Integrationsmodule

Wie oben erwähnt, sind die gemeinsamen UV-LED-Integrationsmodule auf dem Markt hauptsächlich Cob und Dob. Die Unterschiede zwischen den beiden Modulen spiegeln sich hauptsächlich in folgenden Aspekten wider: 1, Verpackungsmaterialien; 2, Produktionsprozess; 3, Lichtleistung; 4, elektrische Leistung; 5, thermische Leistung.

(1) Verpackungsmaterialien

Der Hauptunterschied zwischen Cob und Dob in Verpackungsmaterialien ist Chip und Substrat. der Kolben des kreuzweisen Strukturchips und der Kolben des vertikalen Strukturchips sind auf dem Markt üblich, während der Dob den vertikalen Strukturchip verwendet. Es gibt zwei Haupttypen von Substrat für UV-LED-integrierte Module, Kupfer-Substrat und Aln-Keramik-Substrat. Der Unterschied zwischen den beiden Arten von Substraten spiegelt sich in den folgenden Aspekten wider:

1. preis. Aluminiumnitridkeramiksubstrat ist teurer als Kupfersubstrat.

2. Struktur. Die Struktur des Kupfersubstrats ist im Allgemeinen die Schaltungsschicht (Kupferschicht), die Isolationsschicht (BT-Harz) und die Kupferschicht, während das Aluminiumnitrid-Keramiksubstrat im Allgemeinen die Schaltungsschicht und die Keramikschicht ist.

3.mechanische Eigenschaften. Aluminiumnitridkeramiken sind spröde und können während der Herstellung und Installation leicht reißen oder reißen, und Kupfersubstrat im Allgemeinen nicht.

4. thermische Leistung. obwohl die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer höher ist als die von Aluminiumnitrid, enthält das Kupfersubstrat eine Schicht aus Isolierschicht, die die Wärmeableitung des Chips in gewissem Maße behindern kann.

5. Designvielfalt. verglichen mit Keramiksubstrat ist das Kupfersubstrat leichter in Form und Größe zu ändern.

Die Auswahl der Verpackungsmaterialien ist unterschiedlich, und die Leistung und Zuverlässigkeit des Geräts sind unterschiedlich.

(2) Produktionsprozess

Dies spiegelt sich hauptsächlich in den folgenden zwei Aspekten wider:

1.cob gehört im Allgemeinen zu kundenspezifischen Produkten, und es ist schwierig, Standardisierung oder Massenproduktion zu erreichen, während dob durch UV-LED-Geräte, die standardisierte und groß angelegte Produktion haben, an das Substrat gebunden ist.

2. der Herstellungsprozess von Cob ist schwieriger als dob. Sobald der Herstellungsfehler auftritt, wie beispielsweise die Zusammenbruchlinie, wird der gesamte Kolben verschrottet, während der Kolben nur ein Gerät verliert.

Darüber hinaus kann der Kolben in dem Prozess der Verwendung nur die gesamte Lichtquelle ersetzen, sobald die Lichtquelle versagt, und der Tropfen muss nur die fehlerhafte Vorrichtung ersetzen.

(3) Lichtleistung

da der horizontale Strukturchip üblicherweise Saphir als Substrat verwendet, ist seine Wärmeableitungsleistung schlechter als die des Chips mit vertikaler Struktur. daher ist der maximale Vorwärtsstrom und die optische Leistungsdichte, die der Vertikalstrukturchip passieren kann, größer als die des Transversalstrukturchips. der Pfeiler des transversalen Struktur-uv-LED-Chips wird wegen seiner Chip-Eigenschaften oft für geringe Leistung (unter Dutzenden von Watt) verwendet.

(4) elektrische Leistung

Gegenwärtig wird der antistatische Schutz von UV-LED hauptsächlich durch die Art des Hinzufügens von Zener realisiert. Infolgedessen kann Cob nicht den antistatischen Schutz jedes Chips tun, während dob kann. Daher ist die antistatische Leistung von Cob sehr viel schlechter als dob. Darüber hinaus können Dob-Module entworfen werden, um Test- und Leckstromprüfungen einzelner Geräte durch das Schaltungsdesign des Substrats zu beleuchten, was für eine Fehleranalyse geeignet ist.

(5) thermische Leistung

allgemein gesagt, der Wärmeableitungspfad des uv geführten Geräts ist hauptsächlich drei: ① der Chip - Golddraht - Linie Schicht - heller Cup - Umwelt; ② Chip - äußeres Dichtmittel (Gas oder Luft) - Linse (Abdeckung) - Umgebung; ③ der Chip - feste Kristallschicht - Substrat - Umgebung. Weg ① und ② ist sehr begrenzt, Weg ③ ist der Hauptwärmeabfuhrweg. Dementsprechend sind die typische Struktur von Cob und Dob und der Hauptkühlweg gezeigt. wie oben erwähnt, ist die Wärmeableitungsleistung des Querstrukturchips selbst nicht gut. so kann im Vergleich zu vertikalen Struktur uv LED-Chip Cob und dob Kühlstrecke gefunden werden, dass dob auf dem Gerät mehr als zwei sehr dünne Schicht von Gold plattierte Schicht und eine Schicht aus Aluminiumnitridkeramik sowie zwischen Substrat und Gerät eine Lotschicht, aber weniger im Substrat eine Isolationsschicht. Die Berechnung des thermischen Widerstandes von Cob und Dob wird im idealen Zustand durchgeführt, ohne den thermischen Widerstand der Diffusion zu berücksichtigen. verglichen mit dob ​​ist der thermische Gesamtwiderstand von cob viel größer, weil der thermische Widerstand der isolationsschicht in cob-kupfersubstrat zu groß ist. für Dob, seine Schweißverbindungsschicht (einschließlich fester Kristallschicht und Lötpaste, etc.) der Gesamtwärmebeständigkeit von relativ großen, wenn die schlechte Schweißqualität von Verbindungen, wie unzureichendes Lot oder viel, seinen Einfluss auf die Gesamtmenge Wärmebeständigkeit wird größer sein.

(Fortsetzung folgt, bitte reed uv führte Zuverlässigkeitsforschung (Ⅱ))