10- إن الاتجاه نحو التصغير في عالم الإلكترونيات مستمر، وهو مدعوم بمجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك رغبة المستهلك في قابلية النقل، فضلا عن تحسين الكفاءة وخفض التكاليف. على مدى السنوات القليلة الماضية، LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) التكنولوجيا على وجه التحديد، شهدت نموا هائلا، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى الثورة في الإضاءة وأسواق الإضاءة العامة. وقد امتد هذا الاهتمام المتزايد في المصابيح أيضا إلى مجموعة متنوعة من الأسواق الأخرى بما في ذلك الرؤية العسكرية والطبية والآلية. وعلى الرغم من أن مصابيح LED ليست جديدة على هذه الأسواق، إلا أن طلبها على مصادر أصغر وأعلى دقة وموحدة لا يزال ينمو. أساسا هناك ثلاث فئات أساسية من المكونات في بيئة الصمام. هذه هي من خلال ثقب، جبل السطح و COB (رقاقة على متن الطائرة). سنراجع هذه النماذج للمساعدة في فهم عملية التصغير فيما يتعلق بتصميم واستخدام مصابيح LED للتطبيقات في هذه الأسواق. وقد تم من خلال ثقب المصابيح المتاحة تجاريا منذ 1960s. أنها تأتي في مجموعة متنوعة من أنواع الجسم ولكن عادة ما تتراوح في الحجم من 3mm - 10mm في القطر (انظر الشكل 1).
الشكل (1)
سيطرت هذه الأجهزة على قطاعات الإلكترونيات البصرية والتكنولوجيا لأكثر من 20 عاما. وهي لا تزال تستخدم على نطاق واسع اليوم في مجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتراوح بين شاشات العرض الرقمية الكبيرة وVMS (علامات الرسائل المتغيرة) إلى المؤشرات القياسية للإلكترونيات الاستهلاكية أو الصناعية. على الرغم من أن هذه الأنواع من الصمام هي أكبر في الحجم مقارنة مع أحدث التطورات التكنولوجية، لا تزال هناك مزايا لاستخدام الأجهزة من خلال ثقب مثل البصريات المتكاملة، وسهولة التصنيع وانخفاض التكلفة. بالإضافة إلى ذلك، العديد من تطبيقات نوع العرض أو VMS لا تتطلب رسومات عالية الدقة أو خلط ألوان شاملة لعرض الألوان بالكامل. لم يكن حتى 1980s و 90s عندما بدأت صناعات الهاتف الخليوي والكمبيوتر تصعيدها السريع في منازل كل مستهلك، أن الضغط من أجل التصغير بدأت. وعلى الرغم من أن مكونات تركيب السطح قد تطورت بالفعل في الستينات، فإنها كانت تحل بسرعة محل الأجهزة من خلال الفتحات ابتداء من أواخر الثمانينات. هذه التكنولوجيا لم تسمح فقط لكثافات الدوائر أعلى من ذلك بكثير، وبالتالي خفض حجم كبير، ولكن أيضا جعل التجميع الآلي ممكن. أصبح لحام اليد أقل وأقل ضرورة. سمحت أجهزة Surface Mount بتركيب المكونات على جانبي PCB أو لوحة الدوائر المطبوعة بدلا من جانب واحد فقط. (انظر الأرقام 2A – 2B)
الشكل (2A) – من خلال ثقب الجانب الأمامي المأهولة, الجانب الخلفي – لحام فقط, لا مكونات الشكل (2B) – مكونات جبل سطح على الجبهة والخلف من PCB هذا بدوره كان مزايا أخرى والتي شملت خفض تكاليف التصنيع, تحسين الخصائص الحرارية, زيادة الموثوقية وأسرع بدوره حول الوقت من التجميعات. بالإضافة إلى ذلك ، كان من الممكن إنشاء شاشات عرض عالية الدقة بالإضافة إلى علامات الرسائل المتغيرة بالألوان الكاملة باستخدام المصابيح الحمراء والخضراء والزرقاء. كما أصبحت المصابيح الزرقاء قابلة للتطبيق تجاريا في التسعينيات بالتزامن بشكل جيد للغاية مع الاستخدام الواسع لمكونات الجبين السطحي. أصبحت أجهزة تركيب السطح اليوم فئة المنتجات المفضلة لمعظم تطبيقات التصميم الإلكتروني وتأتي في مجموعة متنوعة من أنواع الحزم والأحجام. بعض من الأكثر شيوعا في العالم LED تتراوح في الحجم من 0402 الذي يعادل 0.04 "x.02" ، إلى 1210 أو .12 "x.10" مع أحجام أكبر للأجهزة عالية الطاقة. (انظر الشكل 3)
الشكل (3)
في أواخر عام 2000، كان هناك دفعة لزيادة الكفاءة وزيادة الكثافة للمصابيح، مرة أخرى، مدفوعة في المقام الأول بسوق الإضاءة والإضاءة العامة. وأدى ذلك إلى إدخال واستخدام تكنولوجيا COB (Chip-On-Board) على نطاق واسع. COB هي تقنية أشباه الموصلات حيث يتم تركيب "الشريحة" المشار إليها أيضا باسم "die" مباشرة على لوحة الدوائر المطبوعة باستخدام إجراء يسمى ربط الموت أو الموت. يتم وضع الفرد يموت على PCB إما باستخدام عجينة موصلة أو لحام (Eutectic) طريقة ومن ثم سلك المستعبدين. (انظر الشكل 4) هذه التكنولوجيا يلغي تقريبا الحاجة إلى التعبئة والتغليف إضافية مثل إطارات الرصاص والمساكن التي تسمح للمزيد من الصفات الحرارية تبديد، وانخفاض حجم وزيادة كثافة الصمام (إذا لزم الأمر).
الشكل (4)
140pcs من رقاقة LED تعبئتها في منطقة أقل من 1 بوصة مربعة لا تزال هناك تحديات مع استخدام تكنولوجيا COB وخاصة من وجهة نظر التصنيع. وتشمل بعض هذه الخطوات: (أ) النفقات الرأسمالية – المعدات المطلوبة غالبا ما تكون متخصصة جدا ومكلفة (ب) التوحيد والاتساق أمر بالغ الأهمية في العديد من التطبيقات COB، وبالتالي، يجب أن يتم اختيار عارية يموت / رقاقة بعناية واختبارها قبل التنسيب على PCB. وتتطلب هذه العملية أيضا معدات متخصصة جدا، وبالإضافة إلى ذلك، يجب النظر في الغلة للحفاظ على جهاز فعال من حيث التكلفة. (ج) يمكن أن تكون إعادة عمل تجميعات COB صعبة إذا تم تغليفها بالفعل. في بعض الحالات، يجب تجاهل المنتج بأكمله. إذا كان المنتج قادرا على إعادة العمل، عادة، فإنه لا يمكن إلا أن يؤديها في المصنع. وعلى العكس من ذلك، إذا لم يكن الجهاز مغلفا، فإن إعادة العمل سهلة الأداء نسبيا مقارنة بتقنية الفتحة وتكنولوجيا SMT وأقل تكلفة. (د) نوعية وتوحيد ونوع ثنائي الفينيل متعدد الكلور أمر بالغ الأهمية لضمان إرفاق الموت السليم وسلامة السندات السلكية. غالبا ما يكون الذهب النقي القابل للارتباط السلكي مطلوبا. يتم الآن استخدام تقنية COB من قبل كل مصنع LED رئيسي تقريبا ، في المقام الأول في سوق الإضاءة والإضاءة العامة. الطلب المتزايد على حلول كفاءة استخدام الطاقة لتقنيات المتوهجة والهالوجين والتكنولوجيات العتيقة المماثلة يسمح للنمو السريع في الساحة LED COB. ومع استمرار هذه التكنولوجيا في التحسن وانخفاض التكاليف، من المتوقع أن يتجاوز سوق تجميع LED COB سوق LED القياسي العام في السنوات القليلة القادمة. على الرغم من أن معظم الشركات المصنعة تركز على حلول كفاءة في استخدام الطاقة للإضاءة العامة ، هناك عدد قليل من مصنعي LED المختارين الذين يستخدمون العديد من مزايا تقنية COB في تطبيقات أكثر تخصصا مثل العسكرية والطبية والرؤية الآلية والأمن. فرع من تكنولوجيا COB التي تزيد من الكفاءة وتوفر فرصة أكبر للتصغير هي طرق إرفاق المباشر والوجه رقاقة التجميع. كلا الأسلوبين لا تتطلب الترابط الأسلاك مما يسمح لتجميع COB أقل مستوى مع تحسين الأداء. حاليا، عدد محدود من المصنوعات LED توفر هذا النوع من هيكل يموت. وبالإضافة إلى ذلك، هناك عدد أقل من المجمعات التي هي قادرة على تركيب بشكل صحيح هذا النوع من يموت. المورد الرئيسي للموت DA هو كري، وشركة يظهر مثال على إحدى رقائق نوع DA الخاصة بهم في الشكل 5.
الشكل (5) DA أعلى وأسفل عرض
تقنية إرفاق المباشر يستخدم عملية الترابط eutectic تدفق الذي يلغي الحاجة إلى لصق لحام، النماذج المسبقة أو المواد اللاصقة موصل. التدفق المناسب و PCB هو كل ما هو مطلوب لتحقيق سندات عالية الجودة خلال عملية إعادة التدفق. مثال على تجميع مع معيار COB التكنولوجيا مقابل الترابط DA يظهر في الأرقام 6A - 6B.
الشكل (6A) تجميع COB القياسي (مطلوب ربط سلكي)
الشكل (6B) تجميع التعلق المباشر (بدون ربط سلكي مطلوب)
تقلب تقنية رقاقة الوجه على الصمام في اتجاه الوجه إلى الأسفل وتضع الأقطاب الكهربائية في اتصال مباشر مع PCB. مثل عملية إرفاق المباشر، وهذه التكنولوجيا يعطي مزايا رقائق LED التي تشمل أكبر منطقة تنبعث منها الضوء، وتبديد الحرارة أفضل، جنبا إلى جنب مع القضاء على خطوة الترابط الأسلاك والتظليل السندات الأسلاك. طريقة الترابط لشريحة الوجه يموت يستخدم ما يسمى لحام "المطبات". تتكون عملية التعلق من تطبيق النوع المناسب من التدفق (كما هو الحال في طريقة DA) على مناطق نتوء الحام هذه ومن ثم إجراء عملية إعادة التدفق. بسبب عدم تطابق CTE (معامل التوسع الحراري) بين الشريحة الوجه وPCB ، لا ينصح عادة باستخدام مادة FR-4 ولكن مادة خزفية أو محسنة MC (ميتال كور) ركيزة PCB. المورد الرئيسي لنوع رقاقة الوجه يموت هو فيليبس LumiLED. (انظر الشكل 7)
الشكل (7) الوجه رقاقة أعلى عرض، عرض أسفل وعرض الجانب ث / المطبات لحام
كل من هذه التكنولوجيات هي جديدة نسبيا على المصابيح ولكن بدأت في تحقيق نجاحات كبيرة في الإضاءة العامة والأسواق المتخصصة المذكورة سابقا. بالإضافة إلى بعض المزايا التي تم وصفها سابقا، فإن انخفاض المقاومة الحرارية من جهاز من خلال ثقب إلى COB (انظر الشكل 8) سيؤدي إلى تحسينات كبيرة في عمر وأداء المنتج.
الشكل (8) مقارنة المقاومة الحرارية (تقاطع إلى لوحة)
كما هو الحال مع أي تكنولوجيا جديدة، فمن الأهمية بمكان لضمان كنت تعمل مع منظمة من ذوي الخبرة في الإلكترونيات البصرية، ويدرك مزايا وعيوب من خلال ثقب، SMT أو COB وقادرة على توفير الخيار الأفضل للتطبيق الخاص بك. فنسنت هو الرئيس التنفيذي للتكنولوجيا في شركة ماركتيك للإلكترونيات البصرية في لاثام، نيويورك. وقد كان في مجال الإلكترونيات البصرية لما يقرب من 30 عاما، وقد ألف أو شارك في تأليف العديد من المقالات المتعلقة بتكنولوجيا LED. العديد من التحسينات الهامة على المصابيح وتطبيقاتها قد نتجت مباشرة عن مدخلات فنسنت والخبرة العملية.
