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發(fā)光二極管的發(fā)展歷史

發(fā)布時間:

2024-06-25 10:17


LED顯示器件封裝的發(fā)展歷程
LED顯示屏器件封裝技術的進步,可以說是LED顯示屏技術發(fā)展的關鍵之一。從20世紀80年代的點陣模塊封裝,到90年代的直插式封裝,再到21世紀初的亞表貼和表貼三合一封裝,LED顯示屏器件的封裝技術不斷發(fā)展,逐步提升了顯示效果和可靠性。

在早期的點陣模塊封裝中,LED顯示屏的分辨率較低,色彩表現(xiàn)單一,主要用于簡單的戶外顯示。而到了90年代,直插式封裝技術的出現(xiàn),使得LED顯示屏的色彩和分辨率有了顯著提升,開始廣泛應用于戶外廣告和大型顯示屏。

進入21世紀,亞表貼和表貼三合一封裝技術的興起,使得LED顯示屏的亮度、一致性和可靠性進一步提高,顯示效果更加出色。這些技術的發(fā)展,為LED顯示屏在更多領域的應用奠定了基礎。

主流封裝技術
直插引腳式封裝(Lamp)

直插引腳式封裝(Lamp)是最早成功研發(fā)并投放市場的LED產(chǎn)品之一。這種技術的制造工藝相對簡單,成本低,具有較高的市場占有率。直插式LED主要用于戶外大屏幕顯示,如點間距在P10以上的大屏,其亮度和可靠性表現(xiàn)尤為突出。然而,隨著戶外點間距朝著高密度方向發(fā)展,直插式LED逐漸被SMD器件所替代。

Lamp
直插引腳式封裝技術雖然簡單,但其單色發(fā)光應用較多,主要用于大屏幕點陣顯示和指示燈等領域。近年來,RGB三合一Lamp LED器件也在研發(fā)中,以滿足高亮度、高分辨率的拼接需求。這種封裝方式在戶外大屏中依然具有優(yōu)勢,但在更高密度的應用中,其限制逐漸顯現(xiàn)。

表貼三合一(SMD)封裝

表貼三合一(SMD)LED于2002年興起,并迅速占據(jù)市場份額。SMD封裝技術的引入,使LED顯示屏的亮度、一致性、可靠性和視角都有了顯著提升。SMD LED體積小、重量輕,適合回流焊接,廣泛應用于戶內(nèi)、外全彩顯示屏。


SMD 貼片燈
SMD封裝技術的優(yōu)勢在于其自動化程度高,制造工藝精細,能夠在小體積內(nèi)實現(xiàn)高亮度和高一致性的顯示效果。這使得SMD LED在戶內(nèi)小間距顯示屏中得到了廣泛應用。近年來,SMD LED器件封裝正朝著小尺寸發(fā)展,以滿足高分辨率顯示屏市場的需求。

新興封裝技術
小間距技術的興起

隨著LED芯片封裝技術、顯示屏驅(qū)動控制技術及顯示屏組裝制造工藝的進步,LED顯示屏的分辨率得到了大幅提升。小間距顯示技術的興起,使得LED顯示屏逐漸與傳統(tǒng)顯示技術形成了競爭,并在商用顯示、指揮控制中心等領域得到廣泛應用。

小間距LED顯示屏技術不僅提升了顯示效果,還降低了制造成本。隨著技術的不斷進步,LED顯示屏的像素間距不斷縮小,顯示效果更加細膩,色彩表現(xiàn)更加豐富。這使得小間距LED顯示屏在商用顯示、指揮控制中心等高端顯示領域得到了廣泛應用。

COB封裝技術

COB封裝技術(Chip on Board)通過將多顆LED芯片直接安裝在散熱PCB基板上,省去了單顆LED器件封裝后再貼片的工藝,顯著提高了制造效率。COB封裝不僅降低了芯片熱阻,還能夠減少支架成本,并簡化LED屏的制造工藝。然而,COB封裝技術仍面臨封裝一次通過率不高、對比度低和維護成本高等挑戰(zhàn)。

 

COB封裝技術的優(yōu)勢在于其高密度集成和良好的散熱性能,使得LED顯示屏的分辨率和亮度得到了顯著提升。盡管目前COB封裝技術在大規(guī)模量產(chǎn)上仍面臨一些挑戰(zhàn),但其在高端顯示領域的應用前景十分廣闊。

Micro LED封裝技術

Micro LED顯示技術因其LED結構的薄膜化、微小化與陣列化,具備了超高分辨率、低功耗、高亮度等優(yōu)點,被視為新一代顯示技術。Micro LED封裝技術的核心在于解決LED芯片在巨量轉移過程中的高良率和轉移率問題。盡管技術難度大,但Micro LED顯示技術的前景十分廣闊。

Micro LED顯示技術通過將LED芯片微型化,使每一個像素點都能夠單獨驅(qū)動發(fā)光,從而實現(xiàn)超高分辨率和色彩表現(xiàn)。這種技術不僅在小尺寸可穿戴設備中具有廣闊的應用前景,還將在中大型顯示屏中展現(xiàn)出巨大的潛力。

封裝技術面臨的挑戰(zhàn)
LED顯示屏器件封裝在朝著小型化、集成化和高可靠性發(fā)展的過程中,面臨著諸多挑戰(zhàn)。隨著LED顯示屏市場應用環(huán)境的細分,封裝技術需要不斷創(chuàng)新,以滿足不同應用場景的需求。例如,高防水、高亮度、抗紫外的戶外LED顯示屏,以及追求高對比度和高分辨率的戶內(nèi)顯示屏,都對封裝技術提出了更高的要求。

在小型化和高密度集成的過程中,封裝工藝的精度和穩(wěn)定性尤為關鍵。例如,在COB封裝技術中,如何提高一次通過率和顯示均勻性是一個重要的技術難題。而在Micro LED封裝技術中,如何實現(xiàn)高良率的巨量轉移則是技術發(fā)展的關鍵。

結論
LED顯示屏器件封裝技術的發(fā)展,不僅提升了顯示效果和可靠性,也推動了顯示技術的不斷革新。未來,隨著COB封裝、Micro LED封裝技術的進一步成熟,LED顯示屏將在更多領域得到廣泛應用,帶來更高品質(zhì)的視覺體驗。面對挑戰(zhàn),封裝技術需要持續(xù)創(chuàng)新,以應對市場需求的變化和

 

COB封裝,LED封裝,SMD封裝,直插式,燈珠

資訊推薦

2023.11.15

LED光源的種類很多,不同的LED燈,內(nèi)部結構所用的燈珠也會有細微差別。今天,小編為大家全面、系統(tǒng)地科普一下LED燈珠的常見類型,供大家參考使用。 1引腳插入型(DIP) 這種LED燈珠是結構最簡單的發(fā)光二極管,因為燈珠下面有兩根形似“腳”的細絲,可以直接穿接在電路板上,所以稱之為引腳插入式的燈珠。 ? ? 使用特點: 它的安全性好、性能穩(wěn)定,在低電壓的情況下就可以發(fā)光,并且低損耗、效能高、壽命長,還可以進行多色彩調(diào)光。 ? 常見形狀: 這種燈珠可以有各種不同的形狀,像圓形、橢圓形、方形、甚至是異形等。雖然粗略地看上去,形狀、大小都沒有太大的區(qū)別,但是不同形狀燈珠的橫截面是不一樣的。 ? ? 發(fā)光類型: 如果你仔細地去觀察不同燈珠,會發(fā)現(xiàn)有些燈珠“引腳”的數(shù)量是不同的,這些“引腳”可以使發(fā)光二極管產(chǎn)生不同顏色的光。 ? ? 應用領域: 在照明領域里,幾乎不使用引腳插入式燈珠;一般多用做車燈、指示燈、顯示屏等。 ? 2小功率表面貼裝型(SMD) 這種燈珠光源是將發(fā)光二極管焊接在電路板表面,而不是穿過電路板。它的體積小,有的甚至比引腳插入式的燈珠還小上許多。 ? 常見型號: 這類燈珠的型號有很多,最常用的有2835(PCT)、4014、3528、3014等,每個型號數(shù)字的前兩位表示寬“x.x毫米”,后兩位則表示長“x.x毫米”。比如2835代表寬2.8毫米、長3.5毫米。 表面涂有黃色熒光粉的燈珠,發(fā)出白光 ? 應用領域: 這類小功率表貼燈珠的使用范圍非常廣泛,由于它體積很小,隨便貼哪兒都可以使用,所以各種LED燈內(nèi)都可以貼上它,并且數(shù)量可以根據(jù)需求調(diào)整更改。 ? ? 3大功率表面貼裝型 第三種燈珠也是表貼型,它與小功率表貼在本質(zhì)上很類似,只不過大功率、體積都大一點;在細微結構上,多了一個透鏡,可以將光線更好地匯聚在一起。 ? ? 常見類型: 大功率表貼燈珠的類型也有很多種: ? ? 這里告訴大家一個小竅門:如果燈珠表面顏色偏黃,一般是低色溫;如果表面顏色偏綠,一般是高色溫;如果沒有熒光粉、燈珠呈無色透明,一般是彩光的。 ? 應用領域: 這種燈珠一般會套上透鏡后使用(方便光線匯聚或分散),常做成射燈、投光燈。 ? ? 4集成封裝型(COB) 最后一類是集成封裝型燈珠,它是將很多燈珠芯片封裝在同一塊板上,大小與5毛錢硬幣的直徑一致。 ? ? 常見形狀: 一般有圓形、長條形和方形,長條形集成板常用做臺燈。 ? ? 應用領域: 集成封裝型LED燈逐漸應用地越來越多,在室內(nèi)照明和戶外照明均有使用。 ?

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2023.11.15

LED 即為發(fā)光二極管,是一種將電能轉化為光能的半導體固體發(fā)光器件,其核心是 PN 結,它除了具有一般 PN 結的正向?qū)ā⒎聪蚪刂购蛽舸┨匦酝?,在一定條件下,它還具有發(fā)光特性 。其結構主要包含以下幾個部分:引線、支架、封裝膠、鍵合絲、LED 芯片、固晶膠和熒光粉。LED 燈珠變色失效與其材料、結構、封裝工藝和使用條件密切相關,以下將通過具體的案例來對其變色原因進行分析。 ????封裝膠原因 ?1??封裝膠中殘留外來異物? 失效燈珠的外觀呈現(xiàn)局部變色發(fā)黑,如圖 2 所 示。揭開封裝膠,發(fā)現(xiàn)有一個黑色異物夾雜在封裝膠內(nèi),用掃描電鏡及能譜儀 (SEM&EDS) 對異物進行成分分析,確認其主成分為鋁(Al)、碳(C)、氧 (O)元素, 還含有少量的雜質(zhì)元素,測試結果如圖 3 所示。結合用戶反饋的失效背景可知,該異物是在封裝過程中引入的。 ?2??封裝膠受化學物質(zhì)侵蝕發(fā)生膠體變色? 失效品為玻璃光管燈,內(nèi)部的 LED 燈帶使用單組份室溫固化硅橡膠粘結固定在玻璃管上,固膠部位燈帶上的 LED 燈珠出現(xiàn)發(fā)黃變暗現(xiàn)象。失效燈珠封裝膠的材質(zhì)為硅橡膠,使用 SEM&EDS 測試封裝膠的元素成分,發(fā)現(xiàn)其比正常燈珠封裝膠成分多檢出了硫(S)元素。 通常硫磺、有機二硫化物和多硫化物等含硫物質(zhì)可以作為硫化劑,使橡膠發(fā)生硫化交聯(lián)反應,從而使橡膠的結構改變,呈現(xiàn)出顏色發(fā)黃變暗、熱分解溫度升高的現(xiàn)象。通過 TGA 測試燈珠封裝膠體的熱分解溫度可知,失效燈珠封裝膠在失重 2%、5%、10%、15%和 20%時的溫度均比同批次良品封裝膠相同失重量的溫度高出 25 ℃以上,封裝膠熱分解曲線如圖 5 所示,證實了封裝膠因發(fā)生硫化交聯(lián)導致其熱分解溫度升高的現(xiàn)象。使用 ICPOES 進一步對起固定作用的單組份固化硅橡膠進行化學成分分析,檢出其中含有約 400ppm 的硫(S)元素。 由此可知,LED 燈珠發(fā)黃變暗的原因為玻璃燈管內(nèi)粘結固定用的單組份室溫固化硅橡膠在固化過程中揮發(fā)出的含硫(S)的氣體侵入到了 LED 封裝膠中,使封裝膠發(fā)生了進一步的硫化交聯(lián)反應, 而再次硫化交聯(lián)導致封裝膠體變黃變暗。后續(xù)用戶改用未使用單組份固化硅橡膠的塑料燈管則未出現(xiàn)燈珠變色的現(xiàn)象。因此,LED 生產(chǎn)方在產(chǎn)品設計選材和制造時應考慮產(chǎn)品各部件所用不同材料相互間的匹配性,避免因材料的不兼容而導致后續(xù)出現(xiàn)可靠性問題。 ????熒光粉沉降 燈珠裝配成 LED 燈具后在倉庫儲存時,發(fā)生了色溫漂移失效,失效 LED 燈珠的封裝膠由橙色變?yōu)闇\黃色,對其進行 I-V 特性測試,發(fā)現(xiàn)燈珠可以正常點亮,且 I-V 曲線正常,只是出光亮度發(fā)生改變。取一些失效燈珠,以機械開封方式取出封裝膠,發(fā)現(xiàn)支架表面均殘留有透明顆粒物,使用 SEM&EDS 測試顆粒物成分,結果顯示其含有高含量的鍶(Sr)元素,如圖 6 所示;而封裝膠與支架接觸面也檢出了高含量的鍶(Sr)元素和鋇(Ba)元素。 與之相比,良品燈珠開封后,支架表面較干凈,表面主成分為銀(Ag)和少量的碳(C)元素,未檢出鍶(Sr)元素, 且在其封裝膠與支架的接觸面上也未檢出鍶(Sr)和鋇(Ba)元素。通過測試失效品和良品燈珠封裝膠的截面成分得知,二者所用的熒光粉的成分相 同,均為釔鋁石榴石(主要成分為氧 (O) 、鋁(Al)和釔(Y))與硅酸鍶鋇(主要成分為碳(C)、氧(O)、 硅(Si)、鍶(Sr)、鋇(Ba)和鈣(Ca))混合熒光粉。 因此,LED 燈珠的失效原因為所使用的硅酸鹽熒光粉沉降到了封裝膠底部及支架表層,致使因光折射規(guī)律不一致而發(fā)生色散現(xiàn)象,導致色溫漂移,同時發(fā)生燈珠變色現(xiàn)象。 ????支架原因 ?1??異物污染支架? 失效燈珠一側變色,揭開封裝膠后可以看到變色部位的支架的表面覆蓋了一層異物,對異物進行元素成分測試,顯示其主成分為錫 (Sn) 、鉛(Pb)元素,測得的結果如圖 8 所示。揭開燈珠變色部位外圍的白色塑膠,在與白色塑膠接觸的支架 表面也檢出了錫 (Sn)、 鉛 (Pb) 成分。由于異物覆蓋部位的支架與燈珠一側的引腳相連,而引腳采用錫鉛焊接。 顯而易見,如果燈珠在進行表面貼裝時,引腳沾附了多余的錫膏,則在焊接時,熔化的焊料會沿著引腳爬升至與之相連的支架表面,形成覆蓋層。因此,此案例中 LED 燈珠失效的原因是LED燈珠在進行組裝焊接時,引腳焊接部位的焊料進入了支架表面,形成了覆蓋物,從而導致了燈珠變色。 ?2??支架腐蝕? 失效 LED 燈珠的中間部位變色發(fā)黑,開封后將其放在光學顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)整個支架的表面明顯地變黑,使用 SEM&EDS 測試發(fā)黑支架的成 分,結果顯示,除了正常的材質(zhì)成分外,發(fā)黑支架中還具有較高含量的腐蝕性硫 (S)元素,而支架表面鍍銀層局部也呈現(xiàn)出疏松的腐蝕形貌,如圖 9 所示。通常 LED 燈珠在生產(chǎn)過程中,由于材料自身不純或工藝過程污染等原因引入硫(S)、氯 (Cl)等腐蝕性元素時,在一定條件下(如高溫、水汽殘留等),其金屬支架極易發(fā)生腐蝕,導致燈珠出現(xiàn)變色、漏電等失效現(xiàn)象。 ?3??支架鍍層質(zhì)量差? LED 燈珠點亮老化后出現(xiàn)變色發(fā)黑現(xiàn)象,且失效率高達30%。去掉燈珠表面的封裝膠后,發(fā)現(xiàn)支架表層銀鍍層失去原有的光亮,呈現(xiàn)灰色。使用SEM 觀察支架表層微觀形貌,發(fā)現(xiàn)與未裝配的半成品支架相比,LED 失效燈珠的支架表面銀層疏松且有較多的孔洞。 將半成品支架和失效 LED 制作成切片, 觀察其截面鍍層質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)支架鍍層結構為銅鍍鎳再鍍銀,與半成品相比,失效品支架的鎳鍍層變薄,表層銀層變得疏松,且鎳銀鍍層界限變得模糊, 樣品的支架截面形貌如圖 10 所示。使用 AES 測試失效 LED 支架淺表層成分,發(fā)現(xiàn)其中會有鎳(Ni)元素, 測試結果如圖 11b 所示,很顯然,鎳鍍層擴散至了銀層表面。 由此得出,LED 燈珠變色的原因為所用的支架鍍層不良, 老化后銀層疏松產(chǎn)生孔洞、鎳層經(jīng)過銀層孔洞擴散到銀層表面,導致銀層發(fā)黑,燈珠變色。 在眾多的 LED 變色失效案例中,因支架變色或腐蝕導致的失效所占的比例是最高的。因 此,LED 或支架生產(chǎn)方應采取一些措施來預防產(chǎn)品失效。例如:選擇質(zhì)量良好的、耐蝕的支架基材;采取適宜的電鍍工藝條件,保證形成晶粒細膩、結構致密的鍍層,鍍層厚度均勻并達到防護要求;對于表層鍍層為銀的支架,選取有效的銀保護工藝,提高銀支架的防變色能力;在 LED 生產(chǎn)裝配的過程中,則應防止外來的污染或腐蝕性物質(zhì)的引入,確保LED 封裝嚴密,以降低因環(huán)境中的水汽和氧氣等的侵入而引發(fā)各種腐蝕的可能性。 以上分析了因封裝膠、熒光粉和支架構件異常導致 LED 燈珠變色失效的原因和機理,希望能為業(yè)界提供參考和指引,使 LED 生產(chǎn)方在選材及制造過程中采取有效的措施來預防這些失效現(xiàn)象的發(fā)生,進一步地提高 LED 成品的可靠性。

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2023.11.15

貼片LED燈珠的焊接方法有多種,下面是其中一種常用的方法,供參考。首先用電烙鐵在燈珠的正、負極焊盤上燙上一些焊錫(焊錫千萬不能多,否則,用熱風槍一加熱,正、負極的焊盤就會連在一起),然后用熱風槍同時加熱正、負極焊盤,待錫熔化后,用鑷子將燈珠的正負極放在對應的焊盤上即可。    該操作要快、要準,否則,熱風槍會把LED的塑封熔化而損壞。    在沒有熱風槍的情況下,按LED燈珠的結構和所用基板的不同也可用不同的焊接方法。貼片LED燈珠引腳有采用半塑封的,即燈珠兩邊外露一小部分引腳,如常用的5730、7020、4014等;也有采用全塑封的,即燈珠的正負極全部在芯片的底部,如3030等。對半塑封的燈珠如7020的焊接也比較容易,同樣在焊接前要先在焊盤上燙一點錫(燈珠的引腳不要燙錫),兩邊用鑷子把燈珠的正負極對應放在焊盤上,用手指或小改錐壓住燈珠,最后用電烙鐵迅速對外露的電極進行加熱,同時手指適當加力往下壓(加熱時,烙鐵不能來回搓動,手指的壓力也不要過大,否則會損壞燈珠)。      對于全塑封的燈珠(如3030),若燈條基板為普通的電路板,則先用刀片把燈珠焊盤周圍的漆刮干凈,露出銅線,然后在焊盤上燙少許錫,先焊焊盤大的電極,接著把電烙鐵放在新刮出的銅線上加熱(不能放到焊盤上),待焊盤上的錫熔化后,用鑷子把燈珠的對應極放在焊盤上略加壓即可,最后焊焊盤小的電極。必須先焊焊盤大的電極是因為所需的加熱時間長,若后焊此電極,燈珠易過熱而損壞。      若燈條基板為鋁基板,就不能用上述方法了,因為用鋁基板的線路都設計得很細。在焊接這類燈條的燈珠時,可利用熱傳導來焊接燈珠,對燈珠正負極焊盤的背面鋁板同時加熱,待焊盤上的錫熔化后,把燈珠放在焊盤上略加壓即可。加熱器可從淘寶上購買,也可用大功率電烙鐵(不小于100W的)來代替。      用電烙鐵焊接燈珠時,電烙鐵的外殼必須很好地接地,最好也戴上防靜電手環(huán),以防感應電和靜電損壞LED燈珠。另外,烙鐵頭要磨成馬蹄形的,以增大接觸面積,縮短焊接時間。

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