abstracto

La fuente de luz UV uv, en comparación con la fuente de luz ultravioleta tradicional, tiene las ventajas de protección ambiental, bajo consumo de energía y selección de banda. la aplicación de uv led en la industria de la impresión siempre tiene muchos desafíos, su problema de fiabilidad es particularmente grave. los materiales orgánicos tienen las propiedades de resistencia uv pobre y alta permeabilidad, que el deterioro de su rendimiento reducirá en gran medida la fiabilidad de UV led. basado en la tecnología de embalaje cmh, inorgánico uv led es 100% utilizado embalaje de materiales inorgánicos, con buena estanqueidad al aire, alta fiabilidad, larga vida y baja resistencia térmica. Debido a que el modelo de mazorca y dob es diferente del material encapsulado y la técnica de fabricación, existe una gran diferencia entre el rendimiento y la fiabilidad de los dos. la resistencia térmica de la capa de aislamiento del sustrato tiene una gran proporción con la resistencia térmica total de la mazorca, y la resistencia térmica de la capa intermedia de soldadura tiene una gran influencia en el dob.

Ⅰ, introducción

en la década de 1860, apareció la primera tinta de curado uv. con el rápido desarrollo de la tecnología de curado uv, la industria de la impresión como la impresión digital, stencil, placa, impresión adagio e huecograbado, etc., ha sido ampliamente utilizada en tintas de curado, haciendo coincidir las fuentes de luz de curado uv en el tradicional fuente de luz como la lámpara de mercurio ultravioleta. sin embargo, la fuente de luz ultravioleta tradicional ha sido restringida por más y más países debido a la protección del medio ambiente, que hace que el mercado de diodos emisores de luz ultravioleta (ultravioleta) crezca rápidamente.

en comparación con la fuente de luz ultravioleta tradicional, uv led tiene muchas ventajas tales como ahorro de energía y protección del medio ambiente, vida útil, bajo consumo de energía y longitud de onda opcional. de acuerdo con la longitud de onda de la luz, el led uv se divide en uva (315 ~ 400nm), uvb (280 ~ 315nm), uvc (200 ~ 280nm). en términos generales, más de 300 nm de longitud de onda luminiscente se encuentra cerca de la luz ultravioleta, menos de 300 nm de longitud de onda luminiscente es profunda uv. de acuerdo con los diferentes niveles de embalaje e integración, uv led se divide en partes discretas y modo de integración. en esta parte, el modo de integración se divide en cob (chip on board) y dob (device on board). sin embargo, cob se suelda directamente sobre un sustrato con una cantidad de chips liderados, mientras que dob es el primero en encapsular el chip led en el dispositivo y luego soldar múltiples dispositivos en un sustrato.

como nuevo producto, uv led también tiene todo tipo de desafíos en la industria de la impresión. el material orgánico está expuesto a la energía ultravioleta para producir fotodegradación. la exposición excesiva de la tinta de curado ultravioleta conduce a tener un dominio perfecto de la superficie de la tinta, o la exposición insuficiente de la tinta de curado ultravioleta tiene una propiedad adhesiva deficiente. Las sustancias nocivas penetran la fuente de luz de curado ultravioleta y hacen que la fuente de luz falle. así como otros desafíos son la coincidencia de la fuente de luz de curado uv y la tinta de curado UV, la uniformidad de la fuente de luz de curado UV de la emisión de luz, la vida útil, la estabilidad, la fiabilidad de la fuente de luz de curado UV. hoy en día, diferentes empresas de embalaje led tiene una técnica diferente. por lo que el tipo, la calidad y el precio de la fuente de luz ultravioleta son diversos, lo que hace que los proveedores o consumidores sufran la pérdida debido a que el cliente de la aplicación a menudo es causado por varios problemas de confiabilidad. por lo tanto, el artículo es estudiado y discutido uv led parte discreta y uv led modo de integración en la confiabilidad de la aplicación de la industria de impresión.

Ⅱ, uv llevó parte discreta

según el diverso material encapsulado, la parte discreta llevada uv se divide en el embalaje orgánico del material llevado uv y el material inorgánico que embala el uv llevado. embalaje de material orgánico uv led todavía se utiliza el embalaje del dispositivo led de luz visible. uv led chip estará recubierto de material orgánico encapsulado, como resina epoxi, silicona orgánica, etc. Por otro lado, el producto utilizará material orgánico como una taza de luz de dispositivo led uv, como la serie emc de productos en el mercado. sin embargo, el material uv de embalaje de material inorgánico ha mejorado, apunte a la cerámica como luz, vidrio o vidrio metálico como cubierta. en las propiedades del material, el material orgánico y el material inorgánico tienen la gran diferencia. ambos se usan en embalaje led ultravioleta. pero para las propiedades, la vida útil y la confiabilidad de todo el dispositivo tienen una gran influencia. para facilitar la discusión, los materiales orgánicos están representados por gel de sílice orgánico, y los materiales inorgánicos están representados por vidrio, y los dos se comparan en los siguientes aspectos.

(1) transmitancia

la transmitancia del material encapsulado en la trayectoria óptica del chip afecta directamente a la salida óptica del led uv. cuanto mayor sea la transmitancia del material en la banda ultravioleta, mayor será la salida de luz ultravioleta. debido a las diferentes propiedades del material, la transmitancia de diferentes materiales en la misma banda ultravioleta puede ser muy diferente. como podemos ver, la transmitancia inicial de la silicona orgánica (metil silicona y fenil silicona) no tiene ninguna ventaja sobre el vidrio en todas las longitudes de onda de la banda ultravioleta. pero también, con la disminución de la longitud de onda, la tasa de penetración inicial de gel de sílice orgánico y vidrio disminuirá en un grado diferente. en comparación con el vidrio, la tasa de penetración inicial de los materiales orgánicos disminuirá mucho más rápido que la del vidrio. cuando 300nm, la tasa de penetración inicial de metil silicona es inferior al 85%, lo que tiene una gran influencia en la salida óptica del chip, por lo que la metil silicona no es adecuada para la banda ultravioleta inferior de la banda. de lo contrario, expuesta a 365 nm de luz ultravioleta 24 horas después, la tasa de penetración del gel de sílice orgánico en la banda ultravioleta ha disminuido significativamente, mientras que la tasa de penetración del vidrio no ha cambiado. se puede ver que, en la banda ultravioleta, la transmitancia inicial del vidrio y la transmitancia del envejecimiento UV son mejores que las de la silicona orgánica.

(2) propiedades térmicas

para el led ultravioleta de materiales orgánicos, los materiales orgánicos no solo están expuestos a la luz ultravioleta del chip, sino que también se ven afectados por el calor generado por el chip. especialmente material orgánico del recubrimiento directo en la superficie del chip, una gran cantidad de calor en forma de transferencia de calor sobre la superficie del chip directamente a los materiales orgánicos da como resultado durante un largo tiempo en condiciones de trabajo a alta temperatura. la alta temperatura acelerará el envejecimiento térmico del material orgánico. si el material orgánico de rendimiento resistente al calor es pobre, aparecerá un fenómeno de amarilleo fácil, grave puede aparecer incluso carburo (negro) o grietas y otras anomalías. si el dispositivo se encuentra en un estado de interruptor o ciclo de alta y baja temperatura durante mucho tiempo, debido a que el chip con material orgánico no coincide con el coeficiente de expansión térmica (cte, coeficiente de expansión térmica), las astillas y el material orgánico fácil de producir extracción anormal. anomalías como el amarillamiento y la descamación pueden reducir la salida óptica y la confiabilidad del dispositivo.

con el fin de investigar el rendimiento térmico de materiales orgánicos y materiales inorgánicos, metil silicona, fenil silicona y vidrio al mismo tiempo en el horno de 260 ℃ para hornear. La inspección del aspecto encontró que la silicona fenílica encontrada en el tercer día de la cocción amarillenta, la cocción de silicona metílica en el séptimo día, aunque no encontró una etiolación obvia, sino que aparecieron anomalías de grietas y cristales sin aparente anomalía. el color amarillento del gel de sílice fenilo se debe a la oxidación del fenilo de su cadena ramificada en ambientes de alta temperatura y oxígeno, mientras que el craqueo del gel de sílice metilo se debe a la alta temperatura que conduce a la unión rota. debido a que el componente principal del vidrio es el dióxido de silicio, su estabilidad química es excelente. se puede ver que, en comparación con el gel de sílice orgánico, la resistencia al calor del vidrio tiene una gran ventaja.

(3) confiabilidad

Investigando hallazgos, el material orgánico durante mucho tiempo ocurrirá bajo la degradación de la luz por irradiación UV (oxidación de la luz distribuida del ambiente aeróbico), aparecerá el envejecimiento y el fenómeno de amarilleo, graves e incluso grietas. hace una disminución significativa en la eficiencia fotosintética y la fiabilidad del dispositivo, y finalmente conduce a la falla, este fenómeno es particularmente grave en la banda ultravioleta profunda. Con el fin de evaluar el nivel de confiabilidad del led uv o el rendimiento anti-uv de los materiales encapsulados, generalmente se llevan a cabo una serie de pruebas de confiabilidad. en la prueba de envejecimiento a temperatura normal, bajo la condición de temperatura ambiente, al mismo tiempo enciende la banda de luz ultravioleta a 395 nm (chip) de la encapsulación de vidrio y encapsulación de metil silicona, un flujo de radiación y observación del aspecto por 48 h.

el flujo radiante del led ultravioleta encapsulado en vidrio disminuyó gradualmente con el aumento del tiempo de envejecimiento, y el flujo de radiación a 528 h fue de aproximadamente el 93.1% antes del envejecimiento, y no hubo un cambio obvio en la apariencia. pero el cable uv encapsulado en siliconas de metilo del flujo de radiación debía comenzar al comienzo de la barra de envejecimiento, y no encontró ninguna anomalía obvia en la apariencia. la razón principal es que la caída de la transmitancia y el envejecimiento característicos de la silicona de metilo (los flujos de radiación iniciales disminuyeron rápidamente el envejecimiento). Con el aumento del tiempo de envejecimiento, la tasa más baja de flujo de radiación se redujo, la prueba de apariencia descubrió que había aparecido gel de sílice en el interior de las grietas (distribuidas principalmente cerca de un chip) y apareció una interfaz de gel de sílice y chips. la aparición de grietas de silicona metílica indica que se ha producido la ruptura de la unión, y la anomalía de desprendimiento se debe a la falta de coincidencia del coeficiente de expansión térmica del gel de sílice y el chip. al comienzo del envejecimiento 336 h, la tasa de disminución del flujo de radiación del led ultravioleta encapsulado por metil silicona se incrementó significativamente, y el flujo de radiación a 528 h fue aproximadamente 63,4% antes del envejecimiento. en este momento, la prueba de apariencia descubrió que el gel de sílice en la parte superior del chip obviamente se había agrietado, que es la razón principal de la disminución acelerada del flujo radiante. Si la duración del LED ultravioleta se define como el momento en que el flujo de radiación cae al 70% del valor inicial, entonces la vida del LED ultravioleta sellado por el gel de sílice es mucho más corto que el del LED encapsulado uv.

(4) hermeticidad

la hermeticidad del dispositivo led uv está sujeta a la tasa de oxígeno de penetración y al nivel del proceso de empaquetado de los materiales de empaque. el material de encapsulación tiene una tasa de oxígeno de alta penetración, y la hermeticidad del dispositivo es pobre, y las sustancias nocivas en el entorno externo pueden penetrar fácilmente en el interior del dispositivo y hacer que el dispositivo falle. la hermeticidad del dispositivo puede provocar diversos problemas de fiabilidad, como la corrosión de las virutas y el plateado.

la permeabilidad a la humedad del material de encapsulación orgánica es más alta que el vidrio en el aire; por ejemplo, la tasa de transmisión de oxígeno de metil silicona es típicamente de 20000 ~ 30000 cm3 / m2 * 24 h * (atm), la fenil silicona generalmente es de 300 ~ 3000 cm3 / m2 * 24 h * (atm). el gas y el agua pueden penetrar el gel de sílice orgánico en el interior. sin embargo, el vidrio es una materia inorgánica de alta densidad, y su espacio intermolecular es más pequeño que el agua, por lo que el gas y el agua no pueden penetrar el vidrio. como resultado, el vidrio es más fácil de encapsular que la silicona orgánica.

(5) propiedad eléctrica

los materiales orgánicos como la organosilicona generalmente contienen una cierta cantidad de na +, k + y cl plasma, y ​​los materiales orgánicos se liberan con moléculas pequeñas en más o menos tiempo. el recubrimiento de material orgánico en la superficie del chip, el material dentro del ion o la liberación excesiva de moléculas pequeñas pueden causar un cierto grado de daño al rendimiento del chip, como el aumento de la corriente de fuga inversa y de la viruta. pero el vidrio no muestra esta anomalía.

En resumen, las propiedades de los materiales inorgánicos son superiores a los materiales orgánicos. el material orgánico a menudo coincide con cerca del chip ultravioleta uv led para el rendimiento y la confiabilidad de las ocasiones con requisitos bajos, y en entornos hostiles como alta humedad u otras ocasiones con mayores requisitos de material inorgánico para ultravioleta led debe ser utilizado.

Ⅲ, módulos de integración led uv

como se mencionó anteriormente, los módulos comunes de integración led uv en el mercado son principalmente cob y dob. las diferencias entre los dos módulos se reflejan principalmente en los siguientes aspectos: 1, materiales de embalaje; 2, proceso de producción; 3, rendimiento ligero; 4, rendimiento eléctrico; 5, rendimiento térmico.

(1) materiales de embalaje

la principal diferencia entre cob y dob en los materiales de embalaje es el chip y el sustrato. la mazorca del chip de estructura transversal y la mazorca del chip de estructura vertical son comunes en el mercado, mientras que el dob utiliza el chip de estructura vertical. hay dos tipos principales de sustrato para el módulo integrado led uv, sustrato de cobre y sustrato de cerámica aln. la diferencia entre los dos tipos de sustrato se refleja en los siguientes aspectos:

1. precio. el sustrato de cerámica de nitruro de aluminio es más costoso que el sustrato de cobre.

2.estructura. la estructura del sustrato de cobre es generalmente la capa del circuito (capa de cobre), la capa de aislamiento (resina bt) y la capa de cobre, mientras que el sustrato cerámico de nitruro de aluminio es generalmente la capa del circuito y la capa cerámica.

3. propiedades mecánicas. Las cerámicas de nitruro de aluminio son frágiles y se pueden agrietar o agrietar fácilmente durante la fabricación e instalación, y el sustrato de cobre generalmente no.

4. rendimiento térmico. aunque la conductividad térmica del cobre es más alta que la del nitruro de aluminio, el sustrato de cobre contiene una capa de capa aislante que puede obstaculizar la disipación de calor del chip hasta cierto punto.

5.diseño de la diversidad. en comparación con el sustrato cerámico, el sustrato de cobre es más fácil de cambiar en forma y tamaño.

la selección de materiales de embalaje es diferente, y el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo son diferentes.

(2) proceso de producción

se refleja principalmente en los siguientes dos aspectos:

1.cob generalmente pertenece a productos personalizados, y es difícil lograr la estandarización o la producción en masa, mientras que dob está unido al sustrato por dispositivos led que tienen producción estandarizada y de gran escala.

2.el proceso de fabricación de la mazorca es más difícil que dob. una vez que se produce el defecto de fabricación, como la línea de colapso, se descartará toda la mazorca, mientras que el dob solo perderá un dispositivo.

además, en el proceso de uso, la mazorca solo puede reemplazar toda la fuente de luz una vez que la fuente de luz falla, y el dob solo necesita reemplazar el dispositivo defectuoso.

(3) rendimiento ligero

Debido a que el chip de estructura horizontal generalmente usa zafiro como sustrato, su rendimiento de disipación de calor es peor que el del chip de estructura vertical. por lo tanto, la corriente de avance máxima y la densidad de potencia óptica que se puede permitir que pase el chip de estructura vertical son mayores que las del chip de estructura transversal. la mazorca de la estructura transversal uv led chip a menudo se utiliza para baja potencia (por debajo de decenas de vatios) debido a sus características de chip.

(4) rendimiento eléctrico

en la actualidad, la protección antiestática de uv led se realiza principalmente por la forma de agregar zener. como resultado, cob no puede hacer la protección antiestática de cada chip, mientras que dob puede hacerlo. por lo tanto, el rendimiento antiestático de cob es mucho peor que dob. además, los módulos dob pueden diseñarse para realizar pruebas de luz y detectar la prueba de corriente de un solo dispositivo a través del diseño del circuito del sustrato, que es conveniente para el análisis de fallas.

(5) rendimiento térmico

en términos generales, la ruta de disipación de calor del dispositivo led uv es principalmente tres: ① el chip - cable de oro - capa de línea - taza de luz - entorno; ② chip - sellador exterior (gas o aire) - lente (cubierta) - entorno; ③ el chip - capa de cristal sólido - sustrato - entorno. la ruta ① y ② es muy limitada, la ruta ③ es la ruta principal de disipación de calor. en consecuencia, se muestran la estructura típica de mazorca y dob y la ruta principal de enfriamiento. como se mencionó anteriormente, el rendimiento de disipación de calor del chip de estructura transversal en sí mismo no es bueno. por lo tanto, en comparación con la estructura vertical ultravioleta y la ruta de enfriamiento dob se puede encontrar que dob en el dispositivo más de dos capas muy delgadas de la capa dorada y una capa de cerámica de nitruro de aluminio, así como entre el sustrato y el dispositivo una capa de soldadura, pero menos en el sustrato una capa de aislamiento. el cálculo de la resistencia térmica de cob y dob se lleva a cabo en el estado ideal sin considerar la resistencia térmica de la difusión. en comparación con dob, la resistencia térmica total de la mazorca es mucho mayor, ya que la resistencia térmica de la capa de aislamiento en el sustrato de cobre mazorca es demasiado grande. para dob, su capa de interconexión de soldadura (incluyendo capa de cristal sólido y pasta de soldadura, etc.) de la resistencia térmica total de relativamente grande, si la mala calidad de soldadura de las interconexiones, como la soldadura insuficiente o vaciar mucho, su influencia en el total la resistencia térmica será mayor.

(Continuará, por favor diríjase a la investigación de fiabilidad (Ⅱ))