在白色
圖1:采用新工藝生產(chǎn)的LED模塊(a)以及凝膠狀樹(shù)脂片材(b)
通過(guò)組合使用藍(lán)色LED元件和黃色熒光材料來(lái)實(shí)現(xiàn)白色光。LED元件的封裝采用含有熒光材料的凝膠狀硅樹(shù)脂片材(日東電工制造)。
*1:實(shí)現(xiàn)白色光的方式還包括組合使用光的三原色——紅色、綠色和藍(lán)色的LED元件。不過(guò),其用途多為顯示器的光源。在照明用途中,偽白色LED模塊是主流。
圖2中是傳統(tǒng)工藝與新工藝之間的比較*2。傳統(tǒng)工藝通過(guò)含有熒光材料的液狀樹(shù)脂來(lái)封裝LED元件。首先,在基板上的LED元件周圍形成用來(lái)阻擋樹(shù)脂流出的“壩”,并使其硬化。然后,攪拌液狀樹(shù)脂與熒光材料、澆注到基板上的壩內(nèi)。最后,對(duì)澆注的樹(shù)脂進(jìn)行熱硬化處理。整個(gè)封裝工序所需要的時(shí)間約為六個(gè)小時(shí)。
圖2:傳統(tǒng)工藝與新工藝在封裝工序上的比較
傳統(tǒng)工藝在整個(gè)封裝工序上(形成壩并使其硬化、攪拌樹(shù)脂和熒光材料、澆注液狀樹(shù)脂并使其硬化)需要花費(fèi)約六個(gè)小時(shí)。新工藝只需將凝膠狀片材貼在LED元件上進(jìn)行硬化即可,因此僅需40分鐘。由本刊根據(jù)愛(ài)德克的資料制作。
*2:此外,還有通過(guò)含有熒光材料的固體樹(shù)脂片材來(lái)封裝LED元件的制造工藝。該制造工藝容易穩(wěn)定質(zhì)量,不過(guò)無(wú)法單獨(dú)通過(guò)固體樹(shù)脂片材進(jìn)行封裝,需要另外使用液體樹(shù)脂進(jìn)行封裝,因此生產(chǎn)效率較低。
但在這種制造工藝中,存在樹(shù)脂和熒光材料未均勻混合、熒光體在樹(shù)脂中沉淀、澆注的樹(shù)脂量多少不一等諸多會(huì)造成品質(zhì)不穩(wěn)定的問(wèn)題,難以維持質(zhì)量。如果封裝工序的品質(zhì)不均,就會(huì)產(chǎn)生色度偏差,可能會(huì)影響LED模塊的性能。
而新工藝則是在基板上的LED元件上粘貼凝膠狀的樹(shù)脂片材、加熱至約150℃,經(jīng)過(guò)約40分鐘后片材硬化,由此完成封裝,因此可大幅縮短所需要的時(shí)間。而且,凝膠狀樹(shù)脂片材基本上不會(huì)出現(xiàn)熒光材料沉淀等會(huì)導(dǎo)致封裝工序質(zhì)量不均的因素,因此可以輕松提高作為L(zhǎng)ED模塊的性能。比如,關(guān)于前面提到的色度偏差,與傳統(tǒng)工藝相比,新工藝可將偏差降至一半左右。而且,直至完成封裝的工序數(shù)量也很少,因此生產(chǎn)設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化。
另外新工藝還改善了熱循環(huán)特性,雖然愛(ài)德克原本并沒(méi)有這方面的打算。以分別在低溫環(huán)境下(-55℃)和高溫環(huán)境下(85℃)暴露30分鐘為一個(gè)循環(huán)開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),采用傳統(tǒng)工藝法生產(chǎn)的模塊在約200次循環(huán)后開(kāi)始出現(xiàn)故障,而采用新工藝生產(chǎn)的模塊在2000多次循環(huán)后也沒(méi)有出現(xiàn)故障。
改進(jìn)分子構(gòu)造保持凝膠狀
凝膠狀樹(shù)脂片材由日東電工開(kāi)發(fā)。作為基礎(chǔ)材料的硅樹(shù)脂本來(lái)難以保持凝膠狀態(tài),普通環(huán)境下只能以液體或固體狀態(tài)存在。但是,愛(ài)德克通過(guò)改進(jìn)硅樹(shù)脂自身的分子構(gòu)造,使其保持了凝膠狀態(tài)。
在封裝工序中,會(huì)從通過(guò)金屬線與基板連接的LED元件的上方開(kāi)始粘貼片材,因此需要防止金屬線出現(xiàn)損傷和斷線等(圖3)。關(guān)于這一點(diǎn),可通過(guò)改進(jìn)分子構(gòu)造以調(diào)整凝膠特性(彈性率等)來(lái)加以應(yīng)對(duì)。
圖3:對(duì)金屬線的影響
連接LED元件電極和基板電極的金屬線,在通過(guò)凝膠狀片材封裝LED元件前后幾乎沒(méi)有變形,不會(huì)造成損傷等不良影響。由本刊根據(jù)日東電工的資料制作。
愛(ài)德克從2012年7月開(kāi)始推進(jìn)確立采用該片材的新工藝試制白色LED模塊。該公司此前曾在多家日本國(guó)內(nèi)工廠生產(chǎn)照明用白色LED模塊,不過(guò)在開(kāi)發(fā)新工藝的時(shí)候,愛(ài)德克以提高生產(chǎn)效率和投資效率為目的,將照明用白色LED模塊的生產(chǎn)集中到了濱松工廠。今后將加速開(kāi)發(fā)和導(dǎo)入支持新工藝的生產(chǎn)設(shè)備,在2013年度內(nèi)使所有模塊的生產(chǎn)都改用新工藝*3。
*3:愛(ài)德克將新工藝稱作“EX-PRESS工法”(EX-PRESS是Extreme Prehardened Sheet Sealed的簡(jiǎn)稱),將采用新工法制造的LED模塊稱作“SS-COB”(Sheet Sealed-Chip on Board的簡(jiǎn)稱)。
另外,不僅限于愛(ài)德克,日東電工將廣泛地銷售凝膠狀樹(shù)脂片材。兩家公司之間并沒(méi)有特別設(shè)立關(guān)于經(jīng)銷商和銷售時(shí)間的限制。
雙方開(kāi)展合作的契機(jī)是雙方均參與策劃了以光技術(shù)創(chuàng)新等為目的設(shè)立的大阪大學(xué)光子學(xué)中心。愛(ài)德克常務(wù)執(zhí)行董事、技術(shù)戰(zhàn)略負(fù)責(zé)人藤田俊弘表示,“此次成果是雙方合作的第一步”,今后還將在與光技術(shù)相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展合作。
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