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LIGHTING 8 - maggio 2015 IX
PACKAGE LED
Una variante dei chip COB è rappresentata dal “Multiple
Chip On Board” o MCOB (Fig. 9), molto simile al chip
COB nella loro applicazione con impiego principale nelle
situazioni a basso wattaggio. I wireless bonded LED (Flip
Chip) offrono una maggiore superficie per la dissipazio-
ne del calore e sono più avversi a urti e vibrazioni. Nel
2013, i dispositivi LED basati sulla tecnologia Flip
Chip hanno rappresentato l’11% (in volume) del
mercato complessivo ad alta potenza; tale quota di
mercato dovrebbe raggiungere il 24% entro il 2020,
secondo un rapporto di (“LED
Packaging 2014”). Il LED flip chip ha tre principali
vantaggi: 1) elettrodi sul flip chip direttamente a con-
tatto con il substrato ceramico, omettendo la neces-
sità di substrato di zaffiro utilizzato nella dissipazione
del calore. Pertanto, il chip può essere utilizzato in
correnti elevate; 2) progettazione ottica è più facile;
3) miglioramenti nella dissipazione di calore, che a
sua volta estende la durata del chip.
Gestione termica nei package LED
Per mantenere una bassa temperatura di giunzione
e quindi buone prestazioni, dovrebbe essere preso in
considerazione ogni metodo per rimuovere il calore dal
LED. Conduzione, convezione e irraggiamento sono le
tre possibilità di trasferimento del calore. Tipicamente, i
LED sono incapsulati in una resina trasparente, che è un
cattivo conduttore termico. Quasi tutto il calore prodotto
è condotto attraverso il lato posteriore del chip. Il calore
viene prodotto dalla giunzione PN, che non è stata in gra-
do di convertirla in luce utile, condotto successivamente a
un ambiente esterno attraverso un lungo percorso, dallo
svincolo al punto di saldatura, per il dissipatore di calore e
quindi in atmosfera. Per quanto riguarda le caratteristiche
termiche dei componenti LED, la resistenza di giunzione
(o temperatura di giunzione) è la metrica più appropriata
per LED packaged, perché caratterizza il percorso di flus-
so di calore dal punto di generazione alla giunzione PN
fino all’atmosfera.
I materiali di interfaccia termica sono progettati per mi-
nimizzare la resistenza termica tra i componenti LED e il
loro dissipatore associato.
La temperatura della giunzione ha un profondo effetto
sulle prestazioni ottiche e l’affidabilità del sistema. L’espo-
sizione prolungata a temperature elevate potrebbe anche
causare la degradazione dei contatti ohmici o del coating
di fosforo. La degradazione di solito porta a un progres-
sivo decadimento della efficienza luminosa che causa, in
gran parte, un calo dell’efficienza quantica interna.
Il mercato dei package LED
Il packaging LED è un mercato che richiede materiali
altamente affidabili, in accordo con i requisiti di applica-
zione. Per quanto riguarda i substrati, l’elevata densità di
potenza dei dispositivi induce l’utilizzo di materiali cera-
mici. Secondo l’ultimo report di analisi di Yole Développe-
ment, il mercato dei materiali è stato di circa 300 milioni
di dollari nel 2013 e dovrebbe raggiungere 700 milioni di
Fig. 5 – Esempi di package LED, Through-hole (a),
SMD Mid-power (b), SMD High-power (c) e COB (d)
Fig. 6 – Package Flip Chip (FC)
Fig. 7 – Package SMD