Elektronik dünyasında minyatürleştirmeye yönelik eğilim devam etmektedir ve tüketicinin taşınabilirlik arzusunun yanı sıra geliştirilmiş verimlilik ve maliyetlerdeki azalma gibi çeşitli faktörler tarafından desteklenmektedir. Son birkaç yılda, özellikle LED (Işık Yayan Diyot) teknolojisi, özellikle aydınlatma ve genel aydınlatma pazarlarındaki devrim nedeniyle muazzam bir büyüme kaydetti. LED'lere olan bu artan ilgi, askeri, tıbbi ve makine görüşü dahil olmak üzere çeşitli diğer pazarlara da yayılmıştır. LED'ler bu pazarlar için yeni olmasa da, daha küçük, daha yüksek çözünürlüklü ve tek tip kaynaklara olan talepleri artmaya devam ediyor. Esasen LED ortamında bileşenlerin üç temel kategorisi vardır. Bunlar, Açık Delikten, Yüzeye Montaj ve COB'dir (Chip-On-Board). Bu pazarlardaki uygulamalar için LED'lerin tasarımı ve kullanımına ilişkin minyatürleştirme sürecini anlamaya yardımcı olmak için bunları gözden geçireceğiz. Delikten geçen LED'ler 1960'lardan beri ticari olarak mevcuttur. Çeşitli gövde tiplerinde bulunurlar, ancak tipik olarak 3 mm – 10 mm çap aralığındadırlar (Bkz. şekil 1).
ŞEKİL 1)
Bu cihazlar, optoelektronik ve teknoloji sektörlerine 20 yıldan fazla bir süre hakim oldu. Bugün hala geniş dijital ekranlar ve VMS'den (Değişken Mesaj İşaretleri) tüketici veya endüstriyel elektronik için standart göstergelere kadar çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu LED türleri, en son teknolojik gelişmelere kıyasla boyut olarak daha büyük olmasına rağmen, entegre optikler, üretim kolaylığı ve düşük maliyet gibi açık delikli cihazların kullanılmasının hala avantajları vardır. Ayrıca, birçok ekran veya VMS tipi uygulama, tam renkli görüntüleme için yüksek çözünürlüklü grafikler veya kapsamlı renk karıştırma gerektirmez. 1980'lerde ve 90'larda cep telefonu ve bilgisayar endüstrileri her tüketicinin evine hızlı bir şekilde yükselmeye başladığında, minyatürleşmeye yönelik baskı başlamamıştı. Yüzeye montaj bileşenleri, aslında 1960'larda geliştirilmiş olmasına rağmen, 1980'lerin sonundan itibaren hızla delikten geçen cihazların yerini almaya başladı. Bu teknoloji sadece çok daha yüksek devre yoğunluklarına izin vererek boyutu önemli ölçüde azaltmakla kalmadı, aynı zamanda otomatik montajı da mümkün kıldı. El lehimleme giderek daha az gerekli hale geldi. Yüzey Montaj Cihazları, bileşenlerin yalnızca bir tarafa değil, PCB'nin veya Baskılı Devre Kartının her iki tarafına monte edilmesine izin verir. (Bkz. Şekil 2A – 2B）
Şekil (2A) – Açık Delikten Ön Taraf Doldurulmuş, Arka Taraf – sadece lehimleme, bileşen yok Şekil (2B) – PCB'nin önünde ve arkasında Yüzeye Montaj Bileşenleri Bunun sırayla azaltılmış üretim maliyetleri, iyileştirilmiş termal özellikler gibi başka avantajları da vardı. , artan güvenilirlik ve montajların daha hızlı geri dönüş süresi. Buna ek olarak, kırmızı, yeşil ve mavi LED'leri kullanarak yüksek çözünürlüklü ekranların yanı sıra tam renkli değişken mesaj işaretleri oluşturmak mümkün oldu. Mavi LED'ler ayrıca 1990'larda yüzeye monte bileşenlerin geniş kullanımıyla çok iyi örtüşen ticari olarak uygulanabilir hale geldi. Yüzeye monte cihazlar günümüzde çoğu elektronik tasarım uygulaması için tercih edilen ürün kategorisi haline geldi ve çeşitli paket türleri ve boyutlarıyla geldi. LED dünyasında en yaygın olanlardan bazıları, yüksek güçlü cihazlar için daha büyük boyutlarla birlikte, .04" x .02", 1210 veya .12" x .10" değerine eşit olan 0402'den boyut aralığına sahiptir. (Bkz. şekil 3)
FİGÜR 3)
2000'lerin sonlarında, bir kez daha, öncelikle aydınlatma ve genel aydınlatma pazarı tarafından yönlendirilen, LED'ler için daha da fazla verimlilik ve artan yoğunluk için bir baskı meydana geldi. Bu, COB (Chip-On-Board) teknolojisinin yaygın olarak tanıtılması ve kullanılmasıyla sonuçlandı. COB, "kalıp" olarak da adlandırılan "çipin", kalıp takma veya kalıp bağlama adı verilen bir prosedür kullanılarak doğrudan baskılı devre kartına monte edildiği bir yarı iletken teknolojisidir. Bireysel kalıplar, iletken bir macun veya lehimleme (Eutectic) yöntemi kullanılarak PCB üzerine yerleştirilir ve ardından tel yapıştırılır. (Şekil 4'e bakın) Bu teknoloji, daha fazla termal dağıtma kalitesine, küçültülmüş boyuta ve artırılmış LED yoğunluğuna (gerekirse) izin veren kurşun çerçeveler ve muhafazalar gibi ek ambalaj ihtiyacını neredeyse ortadan kaldırır.
ŞEKİL 4)
1 inç kareden daha küçük bir alana paketlenmiş 140 adet LED çipi, özellikle üretim açısından COB teknolojisini kullanırken hala zorluklar var. Bunlardan bazıları; (A) Sermaye gideri – Gerekli ekipman genellikle çok özel ve pahalıdır (B) Tekdüzelik ve tutarlılık birçok COB uygulamasında kritik öneme sahiptir, bu nedenle çıplak Kalıp / Çip, PCB'ye yerleştirmeden önce dikkatlice seçilmeli ve test edilmelidir. Bu işlem aynı zamanda çok özel ekipman gerektirir ve buna ek olarak, uygun maliyetli bir cihaz sağlamak için verimler dikkate alınmalıdır. (C) Halihazırda kapsüllenmişse COB düzeneklerinin yeniden çalışması zor olabilir. Bazı durumlarda, ürünün tamamı atılmalıdır. Ürün yeniden işlenebiliyorsa, tipik olarak, yalnızca fabrikada gerçekleştirilebilir. Tersine, cihaz kapsüllü değilse, yeniden çalışmanın gerçekleştirilmesi delik ve SMT teknolojisine kıyasla nispeten kolaydır ve daha az maliyetlidir. (D) PCB'nin kalitesi, tekdüzeliği ve türü, uygun kalıp bağlantısı ve kablo bağı bütünlüğünü sağlamak için kritik öneme sahiptir. Saf, telle bağlanabilen altın genellikle gereklidir. COB teknolojisi artık hemen hemen her büyük LED üreticisi tarafından, özellikle genel aydınlatma ve aydınlatma pazarında kullanılmaktadır. Akkor, halojen ve benzeri eski teknolojilere yönelik enerji verimli çözümlere yönelik artan talep, COB LED arenasında hızlı bir büyümeye olanak sağlıyor. Bu teknoloji gelişmeye devam ettikçe ve maliyetler düştükçe, COB LED montaj pazarının önümüzdeki birkaç yıl içinde genel standart LED pazarını aşması bekleniyor. Çoğu üretici genel aydınlatma için enerji verimli çözümlere odaklanmış olsa da, COB teknolojisinin birçok avantajını askeri, tıbbi, makine görüşü ve güvenlik gibi daha niş, son derece özel uygulamalarda kullanan birkaç seçkin LED üreticisi var. Verimliliği daha da artıran ve minyatürleştirme için daha da büyük bir fırsat sağlayan COB teknolojisinin bir dalı, Doğrudan Bağlantı ve Flip Chip montaj yöntemleridir. Her iki yöntem de tel bağlama gerektirmez, bu nedenle performansı artırırken daha düşük profilli bir COB montajına izin verir. Şu anda, sınırlı sayıda LED üreticisi bu tip kalıp yapısını sağlamaktadır. Ek olarak, bu tip kalıbı düzgün şekilde monte edebilen daha az sayıda montajcı bile vardır. DA kalıbının ana tedarikçisi Cree, Inc'dir. DA tipi yongalarından birinin bir örneği şekil 5'te gösterilmiştir.
Şekil (5) DA üstten ve alttan görünüm
Doğrudan Bağlantı tekniği, lehim pastası, ön kalıplar veya iletken yapıştırıcılara olan ihtiyacı ortadan kaldıran bir ötektik akı bağlama işlemi kullanır. Yeniden akış işlemi sırasında yüksek kaliteli bir bağ elde etmek için gereken tek şey uygun bir akı ve PCB. DA bağlamaya karşı standart COB teknolojisiyle yapılan bir montaj örneği, şekil 6A – 6B'de gösterilmektedir.
Şekil (6A) Standart COB montajı (Tel Bağlama Gerekli)
Şekil (6B) Doğrudan Bağlantı tertibatı (Tel Bağlama Gerekmez)
Flip chip teknolojisi, LED'i yüzü aşağı bakacak şekilde çevirir ve elektrotları PCB ile doğrudan temas halinde yerleştirir. Doğrudan Takma işlemi gibi, bu teknoloji de daha geniş bir ışık yayan alan, daha iyi ısı dağılımı ve kablo bağlama adımını ve kablo bağı gölgelemesini ortadan kaldıran LED çipleri avantajları sağlar. Flip chip kalıbı için yapıştırma yöntemi, lehim "çarpmaları" olarak adlandırılanları kullanır. Tutturma işlemi, bu lehim tampon alanlarına uygun tipte flux (DA yönteminde olduğu gibi) uygulanmasından ve ardından bir yeniden akış işleminin gerçekleştirilmesinden oluşur. Flip chip ve PCB arasındaki CTE (Termal Genleşme Katsayısı) uyumsuzluğu nedeniyle, tipik olarak FR-4 malzemesinin değil, seramik veya optimize edilmiş MC (Metal Core) substrat PCB kullanılması tavsiye edilir. Flip chip tipi kalıbın önemli bir tedarikçisi Philips LumiLED'dir. (Bkz. Şekil 7)
Şekil (7) Flip Chip'in üstten görünümü, alttan görünümü ve lehim çıkıntılı yandan görünümü
Bu teknolojilerin her ikisi de LED'ler için nispeten yenidir ancak daha önce bahsedilen genel aydınlatma ve niş pazarlarda büyük ilerlemeler sağlamaya başlıyor. Daha önce açıklanan bazı avantajlara ek olarak, bir açık delik cihazından COB'ye (bkz. şekil 8) giden termal direncin azalması, ürünün ömründe ve performansında önemli gelişmelere neden olacaktır.
Şekil (8) Termal Direnç Karşılaştırması (Pedle Bağlantı)
Her yeni teknolojide olduğu gibi, optoelektronik alanında deneyimli, açık delik, SMT veya COB'nin avantaj ve dezavantajlarının farkında olan ve uygulamanız için en iyi seçeneği sunabilen bir kuruluşla çalıştığınızdan emin olmanız çok önemlidir. Vincent, New York, Latham'daki Marktech Optoelectronics'in Teknolojiden Sorumlu Başkanıdır. Yaklaşık 30 yıldır optoelektronik alanındadır ve LED teknolojisi ile ilgili birçok makalenin yazarlığını veya ortak yazarlığını yapmıştır. LED'lerde ve uygulamalarında birçok önemli geliştirme, doğrudan Vincent'ın girdileri ve uygulamalı deneyiminden kaynaklanmaktadır.
