표면 실장형 LED | 디스플레이 기술 전체 가이드

SMD LED는 PCB 표면에 부착되는 외부 솔더 접점을 가지고 있습니다. 반도체 칩은 패키지 내부에 내장되어 있으며, 일반적으로 디스플레이 보드에 직접 장착되는 베어칩 형태가 아닙니다.

SMD와 스루홀은 서로 다른 실장 방식을 나타냅니다. 스루홀 LED는 PCB 기판의 구멍을 통해 리드를 삽입하는 방식입니다. SMD 패키지는 표면 패드를 사용하며 자동 실장 및 리플로우 솔더링을 지원합니다. 하지만 어느 실장 방식도 단독으로는 더 높은 효율, 더 긴 수명 또는 더 나은 방열 성능을 보장하지 않습니다.

패키지는 발광 다이, 전기 연결부, 지지 구조 및 광학 보호 장치를 결합한 것입니다. 다음 부분에서는 일반적인 구조를 설명하며, 세라믹, 칩 스케일 및 플립칩 설계에서는 다른 재료를 사용하거나 일부 기능을 생략할 수 있습니다.

반도체 다이는 접합부에 전류가 흐를 때 빛을 방출합니다. 일반적인 재료 시스템은 다음과 같습니다.

• 인듐 갈륨 질화물(InGaN): 많은 청색 및 녹색 발광체에 사용됩니다. 백색광은 일반적으로 파장 변환 또는 색 혼합이 필요합니다.
• 알루미늄 갈륨 인듐 인화물(AlInGaP): 많은 적색, 황색 및 황색 발광체에 사용됩니다.

구체적인 파란색 예시로, Kingbright의 APG1608QBC/G 데이터시트에는 InGaN 소스가 사용되었다고 명시되어 있습니다.

많은 패키지가 금속 리드 프레임을 사용하지만, 다른 패키지는 다른 기판을 사용합니다. 리드 프레임의 기능은 다음과 같습니다.

• 다이와 외부 접점 사이의 전기적 연결을 지원합니다.
• 납땜 접합부와 PCB 쪽으로 열을 전달하는 경로를 제공하며, 경우에 따라 전용 열 패드를 통해 열을 전달합니다.

실제 열 전달 경로는 패키지 구조에 따라 달라집니다.

와이어 본딩 패키지는 가는 와이어를 사용하여 다이 접점을 패키지 단자에 연결합니다. 금은 사용 가능한 재료 중 하나이지만, 반드시 필요한 것은 아닙니다. 일부 플립칩 설계에서는 와이어 본딩을 생략하기도 합니다. OSRAM의 OSLON PURE 1010 애플리케이션 노트에는 와이어 본딩을 사용하지 않은 예시가 나와 있습니다.

실리콘 캡슐화는 다이를 보호하고 광 분포를 제어하는 ​​데 도움이 될 수 있습니다. 패키지에는 돔형, 평면형, 에폭시 또는 기타 광학 구조가 사용될 수 있습니다. 실리콘도 손상이나 노화에 취약하므로 제조업체의 취급, 세척, 온도 및 재료 호환성 지침을 준수해야 합니다.

많은 백색 LED는 청색 발광체와 일부 빛을 더 긴 파장으로 변환하는 형광체를 결합하여 만들어집니다. 이렇게 만들어진 스펙트럼이 혼합되어 백색으로 나타나며, 형광체의 종류에 따라 색온도와 색 재현성이 달라집니다. RGB LED 또한 여러 색을 혼합하여 백색을 생성할 수 있으며, 이는 미국 에너지부의 LED 기본 설명에서 확인할 수 있습니다.

아래 공정 도표는 별도로 패키징된 SMD 이미터를 디스플레이 PCB에 리플로우하는 방식과 COB 다이를 공통 기판에 직접 조립하는 방식을 비교합니다. 이는 단순화된 예시이며, 모든 설계에 본드 와이어가 사용되는 것은 아닙니다.

SMD 패키징은 소형 조립과 반복 생산을 지원합니다. 이러한 이점은 선택된 부품, PCB, 드라이버, 광학 부품 및 작동 조건에 따라 달라집니다.

표면 실장 방식은 픽앤플레이스 조립 및 리플로우 솔더링을 지원합니다. 수작업 조립을 줄일 수 있지만, 회로 부품 수를 자동으로 줄여주는 것은 아닙니다. 드라이버, 전류 제한, 보호 장치 및 열 설계는 여전히 적용 분야에 맞춰야 합니다.

소형 패키지 덕분에 LED 소자를 촘촘하게 배치할 수 있습니다. 직접 시청 디스플레이에서 해상도는 패키지 라벨뿐만 아니라 픽셀 피치와 화면 크기에 따라 결정됩니다. 픽셀 피치는 인접한 픽셀 중심 사이의 거리이며, LED 패키지의 물리적 너비와는 다릅니다.

렌즈 또는 캡슐화재는 내부 부품을 보호하고 출력 형태를 결정하지만 모든 물리적 손상을 방지할 수는 없습니다. 아래 그림은 칩, 형광체, 본드 와이어, 광학 커버, 열 구조 및 PCB로 구성된 백색 LED를 보여줍니다. 이는 특정 구조를 나타낸 것이며 모든 SMD LED의 구조를 의미하는 것은 아닙니다.

시야각은 부품 및 제조업체의 측정 정의에 따라 다릅니다. 예를 들어, Kingbright는 APG1608QBC/G에 대해 절반 밝기에서 130도의 전체 시야각을 명시합니다 . 구성 요소의 각도별 밝기 곡선이 디스플레이 전체에 걸쳐 균일한 색상을 보장하는 것은 아니며, 확산판이나 보조 광학 장치가 여전히 필요할 수 있습니다.

멀티 다이 패키지는 RGB 이미터, 여러 개의 백색 이미터 또는 기타 조합을 포함할 수 있습니다. 크리 LED의 CLY6D-FKC 는 풀컬러 사이니지용으로 설계된 3색 SMD의 예입니다. 아래 그림은 COB 조명 소스와 여러 개의 개별 SMD 이미터가 포함된 보드를 비교한 것으로, 하나의 SMD 패키지 안에 여러 개의 칩이 있는 것을 보여주지는 않습니다.

LED는 움직이는 부품 없이 빛을 발생시키지만, 납땜 접합부, 밀봉재 및 내부 연결부는 충격, 기판의 굴곡 또는 열 순환으로 인해 손상될 수 있습니다. 신뢰성을 확보하려면 적절한 조립 및 작동 조건이 필요합니다.

아래 그림은 SMD 구성 요소가 아닌 모바일 광고 형식을 비교하는 것입니다. 비교 대상에는 인쇄형 트럭 패널, 디지털 LED 트럭 또는 트레일러, 견인식 광고판, 자전거/배낭형 디스플레이, 랩핑 차량 등이 포함됩니다. 디지털 콘텐츠는 전자적으로 변경할 수 있지만, 인쇄된 그래픽은 물리적으로 교체해야 합니다. 그림에 제시된 가시성, 비용 순위 및 세금 관련 내용은 일반적인 주장일 뿐이며, SMD 스크린의 검증된 사양이나 가격을 나타내는 것은 아닙니다.

작업에 맞는 광원을 선택하십시오. 표시등, 백색 백라이트, RGB 디스플레이 픽셀 및 적외선 광원은 모두 표면 실장형으로 사용되더라도 서로 다른 제품입니다.

스마트 폰 :

• 해당 기능이 포함된 모델의 상태 표시기.
• 카메라 플래시 또는 손전등 조명.
• LCD가 장착된 모델에는 백라이트가 필요하지만, OLED 화면은 LED 백라이트가 필요하지 않습니다.

텔레비전 및 모니터: QLED 모델을 포함한 LED 백라이트 LCD 제품은 LCD 패널 뒤에 LED를 광원으로 사용합니다. 이는 직접 시청 방식의 LED 비디오 월과는 다릅니다.

웨어러블:

• 지표.
• LCD 설계에 필요한 경우에만 백라이트를 사용합니다.
• 피트니스 트래커에서 특정 광학 감지 기능을 위한 발광체.

게임: RGB 조명은 다음과 같은 곳에서 나타날 수 있습니다.

• 키보드.
• 쥐.
• 괄호.
• PC 부품.

원예 분야: 제조업체들은 다양한 재배 용도에 맞는 스펙트럼 옵션을 제공하며, 루미레즈(Lumileds)의 원예용 제품군은 특수 설계된 패키지를 포함합니다.

의료기기: 특수 방출기는 다음과 같은 용도로 사용될 수 있습니다.

• 수술용 조명.
• 검사용 조명.
• 특수 제작된 광선 치료 장비.

UV 경화: 적합한 자외선 광원을 사용하면 다음과 같은 호환성을 경화할 수 있습니다.

• 잉크.
• 수지.
• 접착제.

적외선 응용 분야:

• 카메라 조명.
• 원격 제어 신호.

파장, 출력 및 장치 요구 사항은 용도에 따라 다르며, 일반 RGB 디스플레이 LED는 대체품이 아닙니다. 루미레즈의 전문 분야 개요에서는 카메라 플래시, 디스플레이, 적외선(IR) 및 자외선(UV) 제품을 구분하여 설명합니다.

SMD LED 크기 코드는 유용한 단서가 되지만, 완전한 사양은 아닙니다.

많은 조명 패키지 이름은 공칭 치수를 1/10밀리미터 단위로 표시합니다. 다른 제품군은 인치 기반 코드를 사용합니다. 항상 패키지 도면과 권장 솔더 패드 패턴을 확인하십시오. 외부 치수가 일치한다고 해서 풋프린트나 극성이 호환되는 것은 아닙니다.

일반적인 측정 지표의 예는 다음과 같습니다.

• 3528 : 크기는 약 3.5 × 2.8 mm입니다.
• 5050 : 크기는 약 5.0 × 5.0 mm입니다.
• 2016 : 크기는 약 2.0 × 1.6 mm입니다.

반면, 인치 단위의 0603 패키지는 Kingbright의 0603 제품군 에 나와 있는 것처럼 대략 1.6 × 0.8 mm입니다 . 명명 체계를 확인하지 않고 0.6 × 0.3 mm로 읽지 마십시오.

범주는 겹치는 부분이 있습니다. 상단 발광 패키지는 고출력이거나 여러 개의 다이를 포함할 수도 있습니다. 발광 방향, 패키지 재질, 크기 및 전기 정격은 서로 다른 특성을 나타냅니다. 아래에는 패키지형 SMD 장치와의 비교를 위해 COB가 포함되어 있습니다.

일반적인 상단 발광 LED는 기판에서 빛을 멀리 향하게 합니다. 일부는 플라스틱 리드 칩 캐리어(PLCC)를 사용하고, 다른 일부는 칩형 또는 세라믹 구조를 사용합니다. 광학 표면이 평평할 수 있으므로 SMD LED 부품이 되기 위해 눈에 보이는 돔이 필수적인 것은 아닙니다.

"탑뷰"는 PCB를 기준으로 한 주요 방출 방향을 나타냅니다. 모든 탑뷰 패키지가 동일한 빔을 생성한다고 가정하기보다는 데이터시트의 방사 패턴을 사용하여 각도별 출력을 평가하십시오.

일반적인 크기 및 용도:

• 0201 / 0402 / 0603 : 소형 지시계 제품군; 공급업체가 인치 기반 코드를 사용하는지 확인하십시오.
• 0805 / 1206 : 시제품 제작 과정에서 다루기 쉬운 대형 칩형 인디케이터.
• 3528 : 표시등 및 조명 제품에 사용되며, 정격은 다양합니다.
• 5050 : RGB 또는 흰색일 수 있습니다. 루미레즈의 룩세온 5050 이는 백색광 제품군이므로 해당 코드는 "RGB 칩 3개"를 의미하는 것이 아닙니다.
• 5630 : 조명 설치 공간을 확인하고 실제 출력과 정격 전류를 비교하십시오.
• 5730 : 또 다른 흔적일 뿐, 5630보다 효능이 더 좋다는 증거는 아닙니다.

보존된 그림은 2835, 5730, 3030, 3535 및 5050 패키지의 라벨을 나타냅니다. 이는 축척 도면이나 성능 순위표가 아닙니다.

측면 발광 LED는 주 출력을 PCB에 수직이 아닌 거의 평행하게 향하게 합니다. 이러한 광학적 구조는 에지 조명 및 제한된 공간의 조립에 적합합니다. 외부 패키지는 내부 다이의 정확한 방향을 결정하지 않습니다.

빛의 방향:

• 보드 평면을 따라 정상면에서 약 90도 각도로 기울어져 있습니다.
• 에지라이트 방식의 광섬유 도파관에 빛을 결합하는 데 유용합니다.

크기 및 종류:

• 크기와 부품 코드는 제품마다 다릅니다. QT Brightek의 QBLP615 시리즈 이는 문서로 기록된 측면도 예시 중 하나입니다.

응용 프로그램은 다음과 같습니다.

• 호환 가능한 LCD 백라이트 디자인.
• 계산기 조명.
• 대시보드 표시등 또는 광 안내선.
• 기타 소형 전자제품.

측면 방출은 고출력을 의미하거나 금속 코어 PCB를 필요로 하는 것은 아닙니다. 보드와 방열판은 패키지의 방열 성능, 열 저항, 주변 온도 및 전류를 고려하여 선택해야 합니다. 고출력 설계의 경우 방출 방향과 관계없이 열 평가를 수행해야 합니다.

빛의 방향: 많은 고출력 장치는 위쪽으로 빛을 방출합니다. 보조 광학 장치는 선택 사항이며 용도에 따라 다릅니다.

패키지형 SMD LED

• 하나 이상의 다이와 전용 열 패드가 포함될 수 있습니다.
• 패키지 코드는 전력 등급을 결정하지 않습니다. 2835 및 3030 제품군에는 중간 전력 등급의 장치도 포함됩니다.
• 적합한 모델은 조명기구 및 자동차 조명에 사용됩니다.

COB(칩온보드)

• 여러 개의 다이가 공통 기판에 조립됩니다.
• 백색 조명용 COB는 일반적으로 형광체로 덮인 발광 영역을 공유하지만, 디스플레이용 COB는 별도의 제품입니다.
• 광학 및 열 설계는 사용 가능한 빔과 출력을 결정합니다.

MCOB

• 공급업체들은 이 용어를 멀티칩 또는 멀티COB 구성에 사용합니다.
• 이는 온도를 낮추거나 눈부심을 줄여준다는 표준화된 보장은 아닙니다.
• 실제 시공 상태, 열 데이터 및 광도 측정 결과를 비교하십시오.

빠른 비교를 위한 요약 표

아래 표는 제시된 그림을 더욱 명확하게 보여줍니다. 표의 범주들은 서로 중복되며, 포장 크기만으로는 출력이나 품질을 특정할 수 없습니다.

표면 실장형 LED는 데이터시트와 작동 조건을 고려하여 선택하십시오. 완벽한 디스플레이를 위해서는 모듈, 드라이버, 케이스 및 이미지 성능도 함께 평가해야 합니다.

• 광 출력: 동일한 전류 및 온도에서 광도(칸델라) 또는 광속(루멘)을 비교하십시오. 디스플레이 휘도(cd/m²)는 시스템 수준에서 측정하는 다른 값입니다.
• 각도보기 : 필요한 위치에서 밝기 곡선과 화면 색상 일관성을 확인하십시오.
• 색: RGB 파장을 지정하거나, 백색 조명의 경우 색온도(CCT) 및 색 재현 요구 사항을 지정하십시오.
• 발자국: 디스플레이의 크기, 극성, 패드 레이아웃 및 픽셀 피치를 확인하십시오.
• 전기 및 열 제한: 순방향 전압, 구동 전류, 펄스 듀티 사이클 및 냉각 상태를 확인하십시오. 크리 LED의 열 관리 지침 접합부에서 주변 환경으로의 열 전달 경로를 설명합니다.

EagerLED 당사는 LED 디스플레이 제품을 공급합니다. 완제품 스크린을 선택하는 것은 개별 LED 패키지를 구매하는 것과는 다릅니다. 설치 견적을 받으시려면 스크린 크기, 실내 또는 실외 사용 여부, 시청 거리, 서비스 접근성 및 콘텐츠 요구 사항을 알려주십시오. 주문 전에 모듈 샘플과 사양을 비교해 보시기 바랍니다. SMD와 COB 디스플레이 비교 가이드 비디오 월의 패키징 옵션에 대해 설명합니다.

SMD 패키징은 컴팩트한 RGB 픽셀과 자동화된 조립을 지원하기 때문에 디스플레이에 널리 사용됩니다. 하지만 이것이 시장 점유율의 절대적인 우위를 의미하는 것은 아닙니다. COB를 비롯한 다른 방식들도 디스플레이 애플리케이션에 사용되며, 적절한 선택은 픽셀 피치, 환경, 취급 및 유지 보수 요구 사항에 따라 달라집니다.

RGB 패키지는 세 가지 색상을 서로 가깝게 표현하지만, 색상 균일도는 캘리브레이션, 비닝, 드라이브 설정 및 광학 설계에 따라 달라집니다. 화면은 의도된 시야각에서 평가해야 합니다. 명시된 최대 시야각은 전체 범위에서 밝기와 색상이 변하지 않는다는 것을 보장하지 않습니다.

자동화된 배치 시스템은 반복 생산을 지원하지만, 조립 품질은 여전히 ​​중요합니다. "무연"은 재료 구성을 의미하며, 전기 단자가 없거나 진동에 대한 내성을 의미하는 것은 아닙니다. Kingbright의 SMD 애플리케이션 노트는 습기, 납땜, 기계적 스트레스 및 정전기 방전 관련 주의 사항을 다룹니다.

패키지 크기는 디자인에 영향을 미치지만, 캐비닛 깊이, 냉각, 전원 공급 장치 및 서비스 접근성이 최종 화면의 두께와 무게를 결정합니다. LED 백라이트 LCD TV와 직시형 RGB LED 사이니지는 동일한 디스플레이 아키텍처로 간주해서는 안 됩니다.

SMD는 LED 패키지의 장착 방식을 나타내며, 데이터시트는 해당 제품의 기능을 설명합니다.

용도에 맞는 크기, 광 출력, 구동 조건 및 열 요구 사항을 충족해야 합니다. 광고용 LED 스크린 의 경우 LED 패키지뿐만 아니라 모듈 전체와 캐비닛도 평가해야 합니다. 공급업체와 사양을 확인하고 패키지 코드만 보고 선택하기보다는 대표 샘플을 테스트해 보는 것이 좋습니다.