大功率led照明產(chǎn)品及散熱技術(shù)(已修改)
2025-03-01 13:04 本頁(yè)面
【正文】 大功率 LED技術(shù)、照明產(chǎn)品及其散熱技術(shù) 主要內(nèi)容功率型ＬＥＤ芯片技術(shù)原 理大功率ＬＥＤ技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功率型ＬＥＤ散熱技術(shù)結(jié)束語(yǔ)? LED的應(yīng)用面不斷擴(kuò)大，首先進(jìn)入特種 照明 的市場(chǎng)領(lǐng)域，并向普通照明市場(chǎng)邁進(jìn)。由于 LED芯片 輸入功率的不斷提高，對(duì)這些功率型 LED的封裝技術(shù)提出了更高的要求。功率型 LED封裝技術(shù)主要應(yīng)滿足以下兩點(diǎn)要求：? 一是封裝結(jié)構(gòu)要有高的取光效率；? 二是熱阻要盡可能低，這樣才能保證功率 LED的光電性能和可靠性。功率型ＬＥＤ芯片技術(shù)原理 大功率 LED廣義上說(shuō)就是單顆 LED光源功率大于(含 )的，擁有大額定工作電流的發(fā)光二極管。普通 LED功率一般為 、工作電流為 20mA，而大功率 LED可以達(dá)到 1W、 2W、甚至數(shù)十瓦，工作電流可以是幾十毫安到幾百毫安不等。由于目前大功率LED在光通量、轉(zhuǎn)換效率和成本等方面的制約，因此決定了大功率白光 LED短期內(nèi)的應(yīng)用主要是一些特殊領(lǐng)域的照明，中長(zhǎng)期目標(biāo)才是通用照明。何為大功率芯片 ?(1)加大尺寸法 : 通過(guò)增大單體 LED的有效發(fā)光面積和尺寸，促使流經(jīng) TCL層的電流均勻分布，以達(dá)到預(yù)期的光通量。但是，簡(jiǎn)單地增大發(fā)光面積無(wú)法解決散熱問(wèn)題和出光問(wèn)題，并不能達(dá)到預(yù)期的光通量和實(shí)際應(yīng)用效果。(2)硅底板倒裝法 : 首先制備出適合共晶焊接的大尺寸 LED芯片，同時(shí)制備出相應(yīng)尺寸的硅底板，并在硅底板上制作出供共晶焊接用的金導(dǎo)電層及引出導(dǎo)電層（超聲金絲球焊點(diǎn)），再利用共晶焊接設(shè)備將大尺寸 LED芯片與硅底板焊接在一起。這樣的結(jié)構(gòu)較為合理，既考慮了出光問(wèn)題又考慮到了散熱問(wèn)題，這是目前主流的大功率 LED的生產(chǎn)方式。LED大功率的實(shí)現(xiàn)方法美國(guó) Lumileds公司于 2023年研制出了 AlGaInN功率型倒裝芯片（ FCLED）結(jié)構(gòu)，其制造流程是： 首先在外延片頂部的 P型 GaN上淀積厚度大于 500A的NiAu層，用于歐姆接觸和背反射； 再采用掩模選擇刻蝕掉 P型層和多量子阱有源層，露出 N型層； 經(jīng)淀積、刻蝕形成 N型歐姆接觸層，芯片尺寸為1mm1mm,P型歐姆接觸為正方形， N型歐姆接觸以梳狀插入其中，這樣可縮短電流擴(kuò)展距離，把擴(kuò)展電阻降至最小； 然后將金屬化凸點(diǎn)的 AlGaInN芯片倒裝焊接在具有防靜電保護(hù)二極管（ ESD）的硅載體上。(3) 陶瓷底板倒裝法 : 先利用 LED晶片通用設(shè)備制備出具有適合共晶焊接電極結(jié)構(gòu)的大出光面積的 LED芯片和相應(yīng)的陶瓷底板，并在陶瓷底板上制作出共晶焊接導(dǎo)電層及引出導(dǎo)電層，然后利用共晶焊接設(shè)備將大尺寸 LED芯片與陶瓷底板焊接在一起。這樣的結(jié)構(gòu)既考慮了出光問(wèn)題也考慮到了散熱問(wèn)題，并且采用的陶瓷底板為高導(dǎo)熱陶瓷板，散熱效果非常理想，價(jià)格又相對(duì)較低，所以為目前較為適宜的底板材料，并可為將來(lái)的集成電路一體化封裝預(yù)留空間。(4)藍(lán)寶石襯底過(guò)渡法。按照傳統(tǒng)的 InGaN芯片制造方法在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)出 PN結(jié)后，將藍(lán)寶石襯底切除，再連接上傳統(tǒng)的四元材料，制造出上下電極結(jié)構(gòu)的大尺寸藍(lán)光 LED芯片。(5) AlGaInN碳化硅（ SiC）背面出光法。美國(guó) Cree公司是全球唯一采用 SiC襯底制造 AlGaInN超 高亮度 LED的廠家，幾年來(lái)其生產(chǎn)的 AlGaInN/SiCa芯片結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，亮度不斷提高。由于 P型和 N型電極分別位于芯片的底部和頂部，采用單引線鍵合，兼容性較好，使用方便，因而成為 AlGaInNLED發(fā)展的另一主流產(chǎn)品。? 半導(dǎo)體 LED若要作為照明光源，常規(guī)產(chǎn)品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源相比，距離甚遠(yuǎn)。 LED要在照明領(lǐng)域發(fā)展，關(guān)鍵是要將其發(fā)光效率、光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級(jí)。? 功率型 LED所用的外延材料采用 MOCVD的外延生長(zhǎng)技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)，雖然其內(nèi)量子效率還需進(jìn)一步提高，但獲得高發(fā)光通量的最大障礙仍是芯片的取光效率低。? 現(xiàn)有的功率型 LED的設(shè)計(jì)采用了倒裝焊新結(jié)構(gòu)來(lái)提高芯片的取光效率，改善芯片的熱特性，并通過(guò)增大芯片面積，加大工作電流來(lái)提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率，從而獲得較高的發(fā)光通量。除了芯片外，器件的封裝技術(shù)也舉足輕重。關(guān)鍵的封裝技術(shù)工藝有：大功率ＬＥＤ技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?3W模組 ,9顆芯片 (芯片尺寸 :18mil),3并 3串 , 電流 300mA,電壓 ?5W模組 ,4顆芯片 (芯片尺寸 :40mil),2并 2串 ,電流 700mA,電壓 ?10W 模組 ,9 顆芯片 (芯片尺寸 :40mil),3并 3串 ,電流 1050mA,電壓 幾種整合模式?10W 模組 ,36顆芯片 (芯片尺寸 :18mil),6并 6串 ,電流 500mA,電壓 1821V?25W 模組 ,25顆芯片 (芯片尺寸 :40mil),5并 5串 ,電流 1750mA,電壓 ?30W模組 ,81顆芯片 (芯片尺寸 :18mi
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