LEDパッケージの主要原材料は何ですか？

LEDパッケージは、LEDディスプレイの性能、信頼性、そして寿命を決定づける上で極めて重要な役割を果たします。パッケージング工程で使用される原材料は、最終的なLEDコンポーネントの電気的、熱的、光学的、そして機械的な特性に直接影響を与えます。LEDパッケージに使用される主要な原材料をご存知ですか？本日、Doitvisionは、それぞれの要素が高品質なLEDソリューションの構築にどのように貢献するかについてご案内します。

LEDリードフレーム

LEDリードフレームは、LEDチップの機械的基盤と電気的インターフェースです。優れた電気伝導性と熱伝導性のため、主に銅で作られています。しかし、熱的特性や構造特性が異なるため、特定の用途では鉄、アルミニウム、セラミックなどの他の材料も使用されます。

リードフレームには、チップの電極と電気的に接触するための内部導電路（リード）があります。LEDが完全にパッケージングされると、チップはリードフレームから取り外すことができます。その後、モジュールやLEDディスプレイに組み込まれます。残った「脚」または端子は正極と負極です。そのため、回路基板や照明器具へのはんだ付けが容易です。

リードフレームの分類

リードフレームは、さまざまなパラメータに基づいて分類できます。

製品タイプ別：

• SMD リード フレーム: PCB 上の表面実装用に設計されています。
• スルーホールまたは DIP フレーム: スルーホールはんだ付けに使用されます。
• フィラメント型フレーム: LED フィラメント電球用に設計されています。
• PCB基板: 取り付け・接続ベースとして直接使用する場合。

素材別:

• 銅フレーム: 高い伝導性と放熱性。
• 鉄製フレーム: コスト効率は良いが、導電性は低い。
• アルミニウムおよびセラミック基板: 熱安定性が高く、高出力 LED や自動車用 LED によく使用されます。
• ビスマレイミドトリアジン基板: 高周波または高信頼性アプリケーションに使用されます。

メッキによる：

リードフレームの表面仕上げは、はんだ付け性と耐腐食性に影響します。

• 一般的な仕上げは次のとおりです。
• 銅・ニッケル・銀
• ニッケル金（電気メッキまたは無電解メッキ）
• ワイヤーボンディング用ソフトゴールド
• ニッケル・パラジウム・金
• 化学処理またはOSP処理

メッキの厚さは、多くの場合マイクロインチ (uin または µin) で測定され、1 µin ≈ 0.0254 µm となります。

LEDチップ

LEDチップ（発光ダイとも呼ばれる）は、発光を担う半導体デバイスの中心です。化合物半導体からなるPN接合を基盤として動作します。一般的にはガリウム系材料が用いられますが、支持構造としてシリコン基板が使用される場合もあります。

LEDチップに電流が流れると、N型領域の電子がP型領域の正孔と再結合します。この電子と正孔の再結合により、光子の形でエネルギーが放出されます。

主要なLEDチップパラメータ

各 LED チップには、一連の電気的仕様と光学的仕様が付属しています。

• タイプ: チップファミリーまたはシリーズ

• 波長（WLD）：ナノメートル（nm）で表されます
• 光度（LV）：ミリカンデラ（mcd）またはミリワット（mW）で測定されます
• 順方向電圧（VF）：最小値、標準値（平均）、最大値が記載されています
• 標準偏差: 明るさや色のばらつき

LEDチップの分類

色別（波長範囲）:

• 赤（R）：620～760 nm
• 緑（G）：492～577 nm
• 青（B）：435～480 nm

チップ形状別:

• 丸型チップ（ウエハース状）
• スクエアチップ（個別形式）

構造別:

• 垂直構造: 底部に単一の電極があり、放熱性が向上します。
• 横型または水平構造: 同じ平面にある電極。中出力 LED によく使用されます。

サイズ別（ミル）:

• レッドチップ：通常3.2万、3.5万、4.2万
• 青/緑のチップ: 45 ミル、46 ミル、56 ミル、最大 810 ミル (注: 1 ミル ≈ 25.4 µm)
• チップのサイズと構造は、明るさ、熱管理、全体的な信頼性に影響します。

ダイアタッチ接着剤

ダイアタッチ接着剤は、LED チップをリードフレームに固定し、機械的な固定と熱/電気伝導という 2 つの役割を果たします。

主にXNUMXつのタイプがあります。

• 導電性接着剤：垂直構造LED（例：赤色LED）によく使用されます。これらの接着剤には銀などの導電性フィラーが含まれており、低抵抗の電流経路を提供します。
• 絶縁接着剤: 水平構造の LED (青色 LED、緑色 LED など) に使用されます。

注意：

両方の電極は上部にあり、導電性基板は必要ありません。

性能要件

高品質のダイアタッチ接着剤には、次の条件を満たす必要があります。

• 強力な接着力とせん断強度
• 高い熱伝導率
• 低吸湿
• 化学的および紫外線安定性
• 経年劣化による黄ばみへの耐性

Nationstar や Kinglight と同様に、トップクラスの LED パッケージング メーカーは、信頼性と長寿命を確保するためにプレミアムグレードの接着剤を使用しています。

ボンディングワイヤー

ボンディングワイヤ（またはインターコネクトワイヤ）は、LEDチップの電極をリードフレームに接続する極細導体です。電気伝送に使用され、LEDパッケージの性能と歩留まりの両方に影響を与えます。

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ボンディングワイヤの種類

素材別:

金（Au）線：導電性と耐腐食性に優れていますが、高価です。

• 銀（Ag）線：導電性に優れ、金よりもコストが低い。
• 銅 (Cu) 線: コスト効率が高く、強度が高いですが、酸化しやすいです。
• パラジウムコーティング銅 (PCC) 線: 導電性と耐腐食性を兼ね備えています。
• アルミニウム (Al) 線: パワーエレクトロニクスで使用されます。
• 合金ワイヤ: 特定の機械的または熱的要件向け。

直径別:

一般的な直径は0.7ミル、0.8ミル、0.9ミル、1.0ミル（1ミル≒25.4µm）です。

ワイヤの材質と厚さは、ボンディング プロセスのパラメータ、電気抵抗、および熱挙動に影響します。

カプセル化材料

封止（モールディング）は、LED内部構造を外部からのダメージから保護し、光抽出率を向上させます。防水性、防塵性、紫外線カットに重要な役割を果たすだけでなく、光の形状制御と色の安定性にも貢献します。

封止材料の種類

エポキシ樹脂

• 利点：高い光透過率、強力な接着力、優れた機械的特性、低コスト
• デメリット: 紫外線耐性が低く、高温で黄ばみやすい

シリコーン樹脂

• 利点: 優れた透明性、紫外線耐性、熱安定性。屋外や高出力LEDに最適
• デメリット: エポキシに比べてリードフレームへの接着力が低い

改質樹脂システム

これらのハイブリッド材料は、エポキシとシリコンの利点を組み合わせるために使用されます。

• 物理ブレンド：エポキシおよびシリコーンプレポリマーと硬化剤を混合したもの。コスト効率は高いものの、相溶性の問題や材料分離の問題があります。
• 化学修飾：シリコーン分子にエポキシ基を導入し、接着力と機械的強度を高めます。
• 封止材により、特に屋外や高湿度の用途において LED の寿命を延ばすことができます。

材料の選択が重要な理由

LEDパッケージの性能は、その最も弱い材料の強度によって決まります。ダイアタッチの熱伝導率が低いと、チップが過熱する可能性があります。封止材が早期に黄ばむと、輝度と色の均一性が低下します。また、ボンディングワイヤが酸化しやすいと、長期的な信頼性が低下します。

エンジニア、サプライヤー、またはメーカーとしての目標は、屋内の看板、自動車の照明、または大規模な屋外 LED ビデオ ウォールに適した材料を常に選択することです。

LEDパッケージング材料のトレンドとイノベーション

LED技術の進歩に伴い、LEDパッケージング材料も進化を続けています。注目すべきトレンドがいくつかあります。

小型化: ミニ LED とマイクロ LED の登場により、材料の許容範囲が狭くなり、熱効率がさらに重要になります。

高熱伝導性材料: より高い電力密度に対応するために、新しいセラミックおよびアルミニウム基板が注目を集めています。

環境に優しい封止材: 特にヨーロッパや北米では、低 VOC および鉛フリーの材料が好まれるようになっています。

フリップチップおよび COB テクノロジー: これらには、高いリフロー温度に耐え、強力な機械的サポートを提供する高度な接着剤と封止材が必要です。

結論

LEDパッケージの原材料についてご案内しました。プロフェッショナルなLEDディスプレイメーカーとして、当社は常に高品質な部品を厳選し、高品質なLEDディスプレイを製造しています。LEDディスプレイプロジェクトをお持ちの方は、ぜひお問い合わせください。