Entwicklung einer tiefen, ultravioletten LED -Verpackung

Abstrakt

Das Deep UV-LED-Paket ist ein Hotspot von wachsenden Sorge für Forschungswissenschaftler. Durch die LED-Halbleiter-Leuchttätigkeitsgeräte werden UVC-Bande-Ultraviolett (typische Wellenlänge 260 ~ 280 nm) ausgestrahlt. Im Vergleich zu traditionellen UV-Lichtquellen ist eine neue Art von gesunder künstlicher Lichtquelle, und das traditionelle UV-Licht-Mercury-Mercury-Lampen, das Tiefe-uv-LED-LED-LED-LED-LED-LED-A-Waveleng von wagelg. Aufgrund der energiestarken UV-Strahlungsfähigkeit hat es einen starken bakteriziden und inaktivierten Effekt auf Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen. In den letzten Jahren wurden mit dem kontinuierlichen Fortschritt der tiefen Verpackungstechnologie die optische Effizienz und Zuverlässigkeit von tiefen UV -LEDs erheblich verbessert. Dieses Papier fasst die Schlüsseltechnologien der Deep-Ultraviolett-Verpackung, die Leistung von Deep-Ultraviolett-LEDs und die Anwendung von Deep-Ultraviolett-LEDs zusammen. Durch das Verständnis der Verpackungsmaterialien, der Verpackungsstruktur, des Verpackungsprozesses usw., um die Leistung von Deep-Ultraviolett-LEDs zu verbessern, so dass es besser ist, sich auf den Markt anzuwenden, was zu erkennen ist, dass die Deep-Ultraviolett-LEDs eine große Aussicht auf die Entwicklung haben.

Insgesamt sind Kapselungstechnologie und Materialauswahl für tiefe Ultraviolette lichtemittierende Dioden (DUVs) für die Verbesserung der Lichtleistung und der optischen Leistung von entscheidender Bedeutung. Amorphe Fluorharzfilmkapselung und Fluor-Harzkapselung sind zwei vielversprechende Einkapselungsmethoden zur Verbesserung der Lichtextraktion und der optischen Leistung. Weitere Forschungen und Verbesserungen sind jedoch weiterhin erforderlich, um die Probleme der Fluorose wie Zerfall und hohen Kosten zu lösen.

2.2. Optimierung von Verpackungsmaterialien

Fluoropolymere sind ein Kandidatenverkapselungsmaterial, bei dem amorphe Fluoropolymere eine hohe UV -Transparenz und UV -Resistenz aufweisen. Reine Fluoropolymere verringern jedoch die Lichtextraktionseffizienz von DUV-LEDs. Um die Effizienz der Lichtextraktion zu verbessern, schlugen die Forscher einen neuen Ansatz vor, der auf Fluoropolymer -Einkapselungsschichten mit Aluminiumnitrid dotiert wurde. Es wurden Ergebnisse erzielt, um zu zeigen, dass die Methode tatsächlich eine verbesserte Lichtextraktionseffizienz und langfristige optische Stabilität von DUV-geführten COB-Modulen erzielen kann. [11]. Ein anderer Forscher schlug eine Aluminium-Nitrid-Kapselungsmethode (Dotierende, mit Silica gefüllte Chip-Seite) vor, bei der experimentell gezeigt wurde, dass sie den Seitenlichtverlust verringert und die Strahlungseffizienz von tiefen Ultraviolett-Lichtdioden (DUV-LEDS) verbessert [12].

Darüber hinaus untersuchten die Forscher für die Verpackung von tief-ultravioletten LEDs auf Algan-basierten LEDs die Hauptkettenstruktur von optisch isotropen amorphen Fluorharzen. Es wurde festgestellt, dass für Harze mit zwei Sauerstoffatomen im Ring die sichtbare Schädigung der Elektrode und der signifikante Anstieg des Leckstroms durch Photolyse des durch tiefen UV -Lichtbestrahlung induzierten Rings verursacht werden. Im Gegensatz dazu wurden bei Harzen mit einem einzelnen Sauerstoffring keine Elektrodenschäden und eine erhöhte Leckage beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass die monooxygenierten Harze besser zur Einkapselung von DUV-LEDS geeignet sind. [13].

Darüber hinaus schlugen einige Forschungswissenschaftler eine Mikromachining-Methode für Quarzlinsen vor, die gleichzeitig die inneren und äußeren Oberflächen der Linsen entwerfen kann, um den optischen Weg und eine gleichmäßige Beleuchtung von Lichtdioden (LEDs) besser zu kontrollieren. Sie verwendeten die Monte -Carlo -Methode, um das UV -Licht zu verfolgen, und führten numerische Simulationen durch, um den Effekt verschiedener Array -Mikroprozessungsstrukturen auf das UV -Licht unter Verwendung einer strengen Methode für gekoppelte Wellen zu analysieren [14].

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Intensität von 265-nm-UVC-LEDs durch Verwendung von Mikromatherin-Arrays signifikant verbessert werden kann. Mit zunehmender Größe der internen Quarzmikromachination nimmt der Verbesserungseffekt der Linse auf das UV -Licht zu. Darüber hinaus kann die Mikromachinierung die Lichtkonzentration verbessern und die Intensität des UV -Lichts effektiv erhöhen. Simulations- und Rechenergebnisse zeigen, dass die Erleuchtungsgleichmäßigkeit erheblich verbessert werden kann und der minimale Fresnelverlust von nur 7,67% durch dieses Design mit freien Formlinsen erreicht werden kann [14].

Es kann der Schluss gezogen werden, dass die Forscher durch die Mikromaschiningmethode der Freiform-Linsen eine bessere Lichtpfadregelung und ein gleichmäßiger Beleuchtungseffekt erreicht haben. Dies ist von großer Bedeutung für die Entwicklung hochwertiger UV-LED-Beleuchtung und bringt neue Möglichkeiten für die Beleuchtungsbranche. Diese Forschung sind jedoch nur numerische Simulations- und Simulationsergebnisse, und es sind weitere experimentelle Überprüfungs- und technische Anwendungen erforderlich. Wie in Abbildung 2 gezeigt.

Abbildung 2 (a) Siliziumdioxid-Glasstruktur für externe Mikroprozessor-Arrays (b) Interne Mikroprozessor-Arrays

3.1. Das Design der Paketstruktur verbessert die tiefe thermische UV -Leistung

Trotz des erheblichen Fortschritts und der Kommerzialisierung von tiefen UV -LEDs bleiben viele Herausforderungen [24]. Zum Beispiel ist die Light Extraction Efficiency (LEE) von DUV -LEDs recht niedrig und die Effizienz ist immer noch viel niedriger als die von blauen LEDs [25]. Lichtextraktionseffizienz ist eine wichtige Herausforderung bei der Entwicklung von DUV-LEDs mit hoher Leistung, während auch die thermische Leistung verbessert werden muss [26]. Dies war ein Katalysator für die laufende Forschung.

Um die Wärmeableitungseigenschaften von LED-Paketen zu verbessern, haben mehrere Forscher verschiedene Ansätze verfolgt. In einer der Studien wurden keramische Barriererippen zwischen den LED-Chips eingeführt, die mit einer FLIR T-250-Infrarotkamera gemessen wurden und nachweislich die Oberflächentemperatur des Gehäuses und die Verbindungstemperatur senkten und so die Wärmeableitung verbesserten [27]. In einer anderen Studie wurde der Einsatz von Flüssigkeitseinkapselungsstrukturen untersucht, um die Effizienz der Lichtextraktion zu verbessern und den Wärmewiderstand zu verringern. In der Studie wurde Silikonöl als Verkapselungsmaterial verwendet und Experimente mit planaren und linsenförmigen 281-nm-LEDs im tiefen Ultraviolett durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Flüssigkeitseinkapselung die optische Leistung deutlich erhöhen kann und für LEDs im tiefen Ultraviolett mit unterschiedlichen Wellenlängen gilt. Darüber hinaus kann die Flüssigkeitseinkapselungsstruktur den Wärmewiderstand verringern und die Leistung der LEDs weiter verbessern [28]. Aufgrund der Unausgereiftheit der aktuellen Technologie kann die Flüssigkeitseinkapselung jedoch einen gewissen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Geräteabdichtung haben. Bei Hochleistungslichtquellen kann auch deren Lebensdauer in gewissem Maße beeinträchtigt werden.

Zusätzlich zur Verbesserung der thermischen Leistung wurden viele Anstrengungen unternommen, um Lee in den letzten Jahrzehnten zu verbessern, darunter die Nanostruktur -Strukturierung einer der am häufigsten untersuchten und angewandten Techniken [29]. Eine spezifische Studie wurde vorgeschlagen, um die Lichtextraktionseffizienz von DUV-LEDs mithilfe einer NPA-Verpackungsmethode (Doppelschicht-Nanoperated-Array) zu verbessern. Diese Methode moduliert das Grenzflächenlichtfeld, um die Lichtextraktion von LEDs signifikant zu verbessern, indem hochwertige Polymermaterialien und Nanoarray-Strukturen kombiniert werden. Der physikalische Mechanismus wurde durch theoretische Simulationen für Finite -Elemente -Analysen verifiziert, und es wurde nachgewiesen, dass bei der Methode die Vorteile von niedrigen Kosten, direkten Prozessen und eine effektive Verbesserung der Effizienz der Lichtextraktion aufweist [30]. Einige Forscher und Wissenschaftler haben auch herausgefunden, dass Aluminium (Aluminium) ein Material mit guten reflektierenden Eigenschaften ist, um die Lichtextraktionseffizienz der tiefen UV -LED zu verbessern, und das Reflexionsvermögen im gesamten UV -Spektralbereich liegt bei etwa 0,92. Durch die Optimierung der charakteristischen Dimensionen des Reflektors wie Winkel, Höhe und innerer Radius kann der Lichtextraktionseffekt der Seitenwandemission der DUV-LEDs verbessert werden. Die Forscher etablierten ein optisches Modell der DUV-LEDS und ferabierten optimierte Reflektoren mit unterschiedlichen Reflexionsfunktionen, die dann auf die Verpackung der DUV-LEDS angewendet wurden. Wie in Abbildung 4 gezeigt [31]

Abbildung 5 Eine schematische Darstellung einer typischen Flip-Chip-CSP-Anordnung mit (a) isometrischen und (b) planaren Ansichten, wobei die verschiedenen Komponenten in der planaren Ansicht identifiziert sind

3.3. Hohlräume auflösen

Als SMT zum ersten Mal entwickelt wurde, war die Dampfphase -Lötung aufgrund seiner hervorragenden Wärmeübertragungsfähigkeit die bevorzugte Reflow -Löttechnik. VPS ist keine neu entwickelte Lötmethode; Es wurde in den 1970er Jahren erfunden. Seitdem haben sich der Prozess und die Geräte verbessert. In der Vergangenheit verwendeten VPS gefährliche Chemikalien als Wärmeübertragungsgase, aber mit der Einführung von Galden-Flüssigkeit (dh Perfluoropolyether, PFPE), das auch als nicht hazierendes, inerter Material angesehen wird, das nicht korrover, nicht toxisch und nicht flammbar ist. (z. B. Perfluoropolyether) sind nicht so gefährlich, wie sie auch sein könnten. und die verwendeten Chemikalien (Galden) sind harmlos und umweltfreundlich [40].

Einzigartig für die VPS -Methode ist die Verwendung der Einkapselung einer Dampfphase einer speziellen Wärmeübertragungsflüssigkeit, um die Lötung von gedruckten Leiterplatten (PCBs) zu vervollständigen. Die Wärmeerzeugung und -übertragung des Reflow -Prozesses wird durch die latente Wärme des Kondensates dieser Flüssigkeit erreicht. Die Hauptvorteile dieser Methode sind die Beseitigung von Überhitzung, die Verhinderung von Schatteneffekten (insbesondere in großen Komponenten) und die Einschränkung der Inzidenz von Hohlräumen in Lötverbeinen [41].

Das heutige Dampfphase-Schweißen verwendet eine sauerstofffreie Umgebung und beseitigt die Möglichkeit einer Überhitzung und Vakuumanwendung, eine Methode, die höherwertige Gelenke gewährleistet und Hohlräume innerhalb des Lötens minimiert [42]. Das Schweißen des Vakuumdampfphasen wird unter Verwendung des Prinzips der Kondensationswärmeübertragung erreicht. Der erste Schritt besteht darin, die vorbereitete Komponente in den Ofen zu platzieren und dann den Boden mit einer Dampfflüssigkeit zu füllen. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Heizung zu arbeiten und die Wasserdampfflüssigkeit ist verdunstet und steigt. Bis der Wasserdampf mit den kalten Leiterplattenkomponenten und den Kühlrohre in Kontakt kommt, wird viel Wasserdampf erzeugt, was das Phänomen der Kondensation ist. Das Löten schmilzt wegen der Freisetzung von latenter Wärme. Ein schematisches Diagramm der Vakuumdampfphase -Lötung ist in Abbildung 6 dargestellt [43].

4. Deep UV -LED -Anwendungsmarkt

Tiefe UV -LEDs (UVC -LEDs) sind LEDs, die bei Wellenlängen im Bereich von 200 bis 280 nm arbeiten. Sie können eine energiereiche Tiefe-UV-Strahlung ausgeben, die eine starke bakterizide und inaktivierende Wirkung auf Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen aufweist. Das Folgende ist die Anwendungsgeschichte von tiefen UV -LEDs [48]:

Die Sterilisation von Luft, Wasser und Oberflächen bleibt eine herausragende Herausforderung bei der Bewältigung aktueller Krisen, der Bekämpfung zukünftiger Epidemien und der Verbesserung der allgemeinen Gesundheit [49]. Wasser und Luft sind die effizientesten Medien für die Ausbreitung von Bakterien, und die Fähigkeit zur Reduzierung der Bakterienwerte ist für ein sicheres Trinken für Millionen von Menschen weltweit von entscheidender Bedeutung [50]. Tiefe UV -LEDs werden in Wasser- und Luftreinigungssystemen häufig eingesetzt. Sie werden verwendet, um Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen abzutöten, um saubereres Wasser und Luft bereitzustellen.

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