Tren miniaturisasi di dunia elektronik sedang berlangsung dan didorong oleh berbagai faktor termasuk keinginan konsumen akan portabilitas serta peningkatan efisiensi dan pengurangan biaya. Selama beberapa tahun terakhir, teknologi LED (Light Emitting Diode) secara khusus, telah mengalami pertumbuhan yang luar biasa, terutama karena revolusi di pasar penerangan dan penerangan umum. Peningkatan minat pada LED ini juga telah meluas ke berbagai pasar lain termasuk visi militer, medis, dan mesin. Meskipun LED bukanlah hal baru di pasar ini, permintaan mereka untuk sumber yang lebih kecil, resolusi lebih tinggi, dan seragam terus meningkat. Pada dasarnya ada tiga kategori dasar komponen di lingkungan LED. Ini adalah Through-Hole, Surface Mount dan COB (Chip-On-Board). Kami akan meninjau ini untuk membantu memahami proses miniaturisasi mengenai desain dan penggunaan LED untuk aplikasi di pasar ini. LED melalui lubang telah tersedia secara komersial sejak tahun 1960-an. Mereka datang dalam berbagai tipe tubuh tetapi biasanya berkisar dari diameter 3mm – 10mm (Lihat gambar 1).
GAMBAR 1)
Perangkat ini mendominasi sektor optoelektronik dan teknologi selama lebih dari 20 tahun. Mereka masih banyak digunakan saat ini dalam berbagai aplikasi mulai dari tampilan digital besar dan VMS (Variable Message Signs) hingga indikator standar untuk elektronik konsumen atau industri. Meskipun jenis LED ini berukuran lebih besar dibandingkan dengan perkembangan teknologi terbaru, masih ada keuntungan menggunakan perangkat lubang seperti optik terintegrasi, kemudahan pembuatan dan biaya rendah. Selain itu, banyak aplikasi jenis layar atau VMS tidak memerlukan grafis resolusi tinggi atau pencampuran warna yang ekstensif untuk tampilan penuh warna. Tidak sampai tahun 1980-an dan 90-an ketika industri telepon seluler dan komputer mulai berkembang pesat ke rumah setiap konsumen, dorongan untuk miniaturisasi dimulai. Komponen pemasangan permukaan, meskipun sebenarnya dikembangkan pada 1960-an, dengan cepat menggantikan perangkat lubang-lubang mulai akhir 1980-an. Teknologi ini tidak hanya memungkinkan kepadatan sirkuit yang jauh lebih tinggi, sehingga secara signifikan mengurangi ukuran, tetapi juga memungkinkan perakitan otomatis. Solder tangan menjadi semakin tidak diperlukan. Perangkat Pemasangan Permukaan memungkinkan pemasangan komponen di kedua sisi PCB atau Papan Sirkuit Tercetak sebagai lawan hanya satu sisi. (Lihat Gambar 2A – 2B）
Gambar (2A) – Sisi Depan Lubang-Lubang Terisi, Sisi Belakang – hanya penyolderan, tanpa komponen Gambar (2B) – Pemasangan di Permukaan Komponen di depan dan belakang PCB Pada gilirannya ini memiliki keunggulan lain yang mencakup pengurangan biaya produksi, peningkatan sifat termal , peningkatan keandalan dan waktu penyelesaian rakitan yang lebih cepat. Selain itu, kemudian dimungkinkan untuk membuat tampilan resolusi tinggi serta tanda pesan variabel penuh warna menggunakan LED merah, hijau dan biru. LED biru juga menjadi layak secara komersial pada 1990-an bertepatan dengan sangat baik dengan penggunaan luas komponen pemasangan permukaan. Perangkat pemasangan permukaan saat ini telah menjadi kategori produk pilihan untuk sebagian besar aplikasi desain elektronik dan tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran paket. Beberapa yang paling umum di dunia LED berkisar dalam ukuran dari 0402 yang setara dengan .04″ x .02″, hingga 1210 atau .12″ x .10″ dengan ukuran yang lebih besar untuk perangkat bertenaga tinggi. (Lihat gambar 3)
GAMBAR (3)
Pada akhir tahun 2000-an, dorongan untuk efisiensi yang lebih besar dan peningkatan kepadatan LED terjadi, sekali lagi, terutama didorong oleh pasar penerangan dan penerangan umum. Hal ini mengakibatkan pengenalan dan penggunaan teknologi COB (Chip-On-Board) secara luas. COB adalah teknologi semikonduktor di mana "chip" juga disebut sebagai "die" dipasang langsung pada papan sirkuit tercetak menggunakan prosedur yang disebut die attach atau die bonding. Mati individu ditempatkan pada PCB dengan menggunakan pasta konduktif atau metode penyolderan (Eutectic) dan kemudian diikat dengan kawat. (Lihat gambar 4) Teknologi ini hampir menghilangkan kebutuhan akan kemasan tambahan seperti rangka timah dan rumahan yang memungkinkan kualitas disipatif termal yang lebih besar, ukuran yang lebih kecil, dan kepadatan LED yang meningkat (jika diperlukan).
GAMBAR (4)
140pcs chip LED yang dikemas ke dalam area kurang dari 1 inci persegi Masih ada tantangan dengan menggunakan teknologi COB terutama dari sudut pandang manufaktur. Beberapa di antaranya adalah; (A) Pengeluaran modal – Peralatan yang dibutuhkan seringkali sangat khusus dan mahal (B) Keseragaman dan konsistensi sangat penting dalam banyak aplikasi COB, oleh karena itu, Die / Chip yang telanjang harus dipilih dan diuji dengan cermat sebelum ditempatkan pada PCB. Proses ini juga membutuhkan peralatan yang sangat khusus dan di samping itu, hasil harus dipertimbangkan untuk mempertahankan perangkat yang hemat biaya. (C) Pengerjaan ulang rakitan COB bisa sulit jika sudah dienkapsulasi. Dalam beberapa kasus, seluruh produk harus dibuang. Jika produk dapat dikerjakan ulang, biasanya hanya dapat dilakukan di pabrik. Sebaliknya, jika perangkat tidak dienkapsulasi, pengerjaan ulang relatif mudah dilakukan dibandingkan dengan teknologi through-hole dan SMT dan lebih murah. (D) Kualitas, keseragaman, dan jenis PCB sangat penting untuk memastikan pengikatan mati yang tepat dan integritas ikatan kawat. Emas murni yang dapat diikat dengan kawat sering kali dibutuhkan. Teknologi COB sekarang digunakan oleh hampir setiap produsen LED besar, terutama di pasar penerangan dan penerangan umum. Meningkatnya permintaan akan solusi hemat energi untuk lampu pijar, halogen, dan teknologi kuno serupa memungkinkan pertumbuhan pesat di arena LED COB. Karena teknologi ini terus meningkat dan biaya berkurang, pasar perakitan LED COB diperkirakan akan melampaui pasar LED standar keseluruhan dalam beberapa tahun ke depan. Meskipun sebagian besar produsen berfokus pada solusi hemat energi untuk penerangan umum, ada beberapa produsen LED terpilih yang menggunakan banyak keunggulan teknologi COB di lebih banyak ceruk, aplikasi yang sangat khusus seperti militer, medis, visi mesin, dan keamanan. Sebuah cabang dari teknologi COB yang selanjutnya meningkatkan efisiensi dan memberikan kesempatan yang lebih besar untuk miniaturisasi adalah metode perakitan Direct Attach dan Flip Chip. Kedua metode tidak memerlukan ikatan kawat sehingga memungkinkan perakitan COB profil lebih rendah sambil meningkatkan kinerja. Saat ini, sejumlah kecil manufaktur LED menyediakan struktur die jenis ini. Selain itu, bahkan ada lebih sedikit assembler yang mampu memasang die jenis ini dengan benar. Pemasok utama DA die adalah Cree, Inc. Contoh salah satu chip tipe DA mereka ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar (5) Tampilan atas dan bawah DA
Teknik Direct Attach menggunakan proses ikatan eutektik fluks yang menghilangkan kebutuhan akan pasta solder, bentuk awal atau perekat konduktif. Fluks dan PCB yang sesuai adalah semua yang diperlukan untuk mencapai ikatan berkualitas tinggi selama proses aliran ulang. Contoh perakitan yang dibuat dengan teknologi standar COB versus ikatan DA ditunjukkan pada gambar 6A – 6B.
Gambar (6A) Rakitan COB Standar (Diperlukan Ikatan Kawat)
Gambar (6B) Rakitan Pasang Langsung (Tidak Perlu Ikatan Kawat)
Teknologi chip flip membalik LED dalam orientasi menghadap ke bawah dan menempatkan elektroda dalam kontak langsung dengan PCB. Seperti proses Direct Attach, teknologi ini memberikan keunggulan chip LED yang mencakup area pemancar cahaya yang lebih besar, pembuangan panas yang lebih baik, serta menghilangkan langkah ikatan kawat dan bayangan ikatan kawat. Metode ikatan untuk flip chip die menggunakan apa yang disebut "benjolan" solder. Proses pemasangan terdiri dari penerapan jenis fluks yang sesuai (seperti dalam metode DA) ke area tonjolan solder ini dan kemudian melakukan proses reflow. Karena ketidakcocokan CTE (Coefficient of Thermal Expansion) antara chip flip dan PCB, biasanya tidak disarankan untuk menggunakan bahan FR-4 tetapi PCB substrat MC (Metal Core) keramik atau yang dioptimalkan. Pemasok utama die tipe chip flip adalah Philips LumiLED. (Lihat Gambar 7)
Gambar (7) Tampilan atas Flip Chip, tampilan bawah dan tampilan samping dengan tonjolan solder
Kedua teknologi ini relatif baru untuk LED tetapi mulai membuat terobosan besar ke penerangan umum dan pasar khusus yang disebutkan sebelumnya. Selain beberapa keuntungan yang dijelaskan sebelumnya, pengurangan resistansi termal dari perangkat lubang tembus ke COB (lihat gambar 8) akan menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam masa pakai dan kinerja produk.
Gambar (8) Perbandingan Resistansi Termal (Persimpangan ke Pad)
Seperti halnya teknologi baru lainnya, sangat penting untuk memastikan Anda bekerja dengan organisasi yang berpengalaman dalam optoelektronika, menyadari kelebihan dan kekurangan lubang tembus, SMT atau COB dan mampu memberikan pilihan terbaik untuk aplikasi Anda. Vincent adalah Chief Technology Officer Marktech Optoelectronics di Latham, New York. Dia telah berkecimpung di bidang optoelektronik selama hampir 30 tahun dan telah menulis atau ikut menulis beberapa artikel yang berkaitan dengan teknologi LED. Banyak peningkatan signifikan pada LED dan aplikasinya secara langsung dihasilkan dari masukan dan pengalaman langsung Vincent.
