【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 長(zhǎng)方面，我國(guó)只能生長(zhǎng)很少一部分高亮度的紅光和黃光，盡管有幾家公司在藍(lán) 17 光 LED 生產(chǎn)上經(jīng)過(guò)的不少的努力，但還沒(méi)有形成批量生產(chǎn)。我國(guó)最多的廠商是一些小規(guī)模的封裝公司，接近 400 家，但往往是為了單一的應(yīng)用而生產(chǎn)，在產(chǎn)品序列化程度和生產(chǎn)規(guī)模上都很欠缺。 在封裝領(lǐng)域， 鑒于 LED產(chǎn)品難以取代的優(yōu)異特性及伴隨著近 10 年以來(lái)的技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)界對(duì) LED 行業(yè)的發(fā)展在兩個(gè)方面寄予厚望，一是特殊照明應(yīng)用和取代普通照明的半導(dǎo)體照 明技術(shù)發(fā)展，二是進(jìn)一步的微型化以適合更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用 （實(shí)際上也包含了拓展半導(dǎo)體照明應(yīng)用的另一重要實(shí)現(xiàn)途徑） 。 基于以上的分析，在 我 公司制定的發(fā)展規(guī)劃中，研發(fā)、技改和擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目的實(shí)施都是以照明應(yīng)用和微型化封裝為中心，而本項(xiàng)目的建設(shè)和實(shí)施總體上也是以 LED 照明應(yīng)用技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和封裝器件的 SMD 技術(shù)為兩大主線。按實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線分，則可以分成四大類(lèi)別： ★ 大功率 、 高亮度 LED（白光為主，包括其它色別） ★ SMD 微型化封裝 技術(shù) （其中功率芯片的 SMD 封裝是重點(diǎn)） ★太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明一體化技術(shù) ★特殊照明燈產(chǎn)品直接封裝技術(shù)（ 以 信號(hào)指示燈 為代表） （ 1） 大功率、 高亮度 LED工藝路線與技術(shù)特點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體照明的光源中，最重要、最常用的是 白光 LED 光源，恰恰也是實(shí)現(xiàn)難度最大的，白光 LED封裝又 分為普通型和功率型封裝。其中功率型的白光封裝實(shí)際上涵蓋了兩大技術(shù)，一是基于藍(lán)光或紫光LED 芯片（在本項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施中以藍(lán)光為重點(diǎn)）的熒光粉激發(fā)再混合成白光的技術(shù)；二是功率型芯片的高散熱封裝，包括各個(gè)色別的功率型 LED 芯片。這兩項(xiàng)技術(shù)是 LED 器件在特定領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)照明技術(shù)應(yīng)用的代表、也是今后取代普通照明的最重要路線，白光 LED 則是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體照明 的核心技術(shù)和核心器件。 LED發(fā)光顏色豐富，目前已形成全色系，但對(duì)于一般照明而言 ,人 18 們更需要白色的 LED。在白光技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上，我公司是消化吸收了日本日亞公司的技術(shù)，即將 InGaN或 GaN藍(lán)光 LED芯片和釔鋁石榴石 (YAG)熒光粉封裝在一起做成。 LED 芯片發(fā)藍(lán)光 (λp=465 納米 ,半寬度 30 納米 )， YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光，芯片的藍(lán)光和熒光粉的黃光混合在一起形成白光。 普通型白光 LED分別在 GaN和 InGaN 兩種藍(lán)色芯片上與光致發(fā)光熒光粉結(jié)合得到，熒光粉的配比與調(diào)節(jié)涂敷方式、以及在此基礎(chǔ)上通過(guò)添 加紅色硫化物調(diào)節(jié)白光色溫是創(chuàng)新之處。產(chǎn)品使用標(biāo)準(zhǔn)引線支架裝配 GaN 或 InGaN 藍(lán)色芯片，然后同時(shí)通過(guò)對(duì)藍(lán)色芯片的防靜電加工和低溫壓焊，在用高透光率的環(huán)氧樹(shù)脂灌封前，按照所用藍(lán)色芯片的發(fā)光波長(zhǎng)選用與其匹配的黃磷與適當(dāng)比例的 ML 粉（根據(jù)用途的不同，對(duì)色溫值要求低的產(chǎn)品，還將添加含硫化物的紅色熒光粉）進(jìn)行調(diào)配后在藍(lán)色芯片上用自主設(shè)計(jì)研制的旋轉(zhuǎn)式點(diǎn)膠頭進(jìn)行涂敷，通過(guò)精確控制對(duì)芯片的包封程度，獲得色度極佳的白光 LED。 傳統(tǒng)的指示燈型 LED 封裝結(jié)構(gòu)， 通常 用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯中或載片臺(tái)上，由金絲完成 器件的內(nèi)外連接后用環(huán)氧樹(shù)脂封裝而成，其熱阻高達(dá) 250℃ /W～ 300℃ /W。而大功率芯片若采用傳統(tǒng)封裝形式，將會(huì)因散熱不良而導(dǎo)致芯片結(jié)溫迅速上升和環(huán)氧碳化變黃，從而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因?yàn)檠杆俚臒崤蛎浰a(chǎn)生的應(yīng)力造成開(kāi)路而失效。因此對(duì)于大功率高亮度 LED 芯片，低熱阻、散熱良好及低應(yīng)力的新的封裝結(jié)構(gòu)是大功率 LED 器件的技術(shù)關(guān)鍵。 由于 LED 芯片輸入功率的不斷提高，對(duì)大功率高亮度 LED 的封裝技術(shù)提出了更高的要求。大功率高亮度 LED 封裝技術(shù)主要應(yīng)滿(mǎn)足以下兩點(diǎn)要求：一是封裝結(jié)構(gòu)要有高的取光效率，二是熱量要 盡可能低，這樣才能保證功率 LED 的光電性能和可靠性。因此除了芯片本身外， 19 器件封裝技術(shù)也舉足輕重。 大功率高亮度 LED 以封裝散熱結(jié)構(gòu)為核心， 要 解決封裝材料選擇技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用問(wèn)題，并特別針對(duì)白光產(chǎn)品繼續(xù)提高熒光粉配比技術(shù)與涂敷工藝水平，實(shí)現(xiàn)完整的共晶焊封裝工藝流程。 在封裝過(guò)程中 LED 照明光源需要解決如下 二 個(gè)環(huán)節(jié)的散熱問(wèn)題：一是芯片到封裝基板的散熱；二是封裝基板到外部冷卻裝置的導(dǎo)熱。這二個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成 LED 照明光源熱傳導(dǎo)的通道，熱傳導(dǎo)通道上任何薄弱環(huán)節(jié)都會(huì)使熱導(dǎo)設(shè)計(jì)毀于一旦。 在這個(gè)環(huán)節(jié)上我們 計(jì)劃 采用美國(guó) Lamina 陶瓷公司研究開(kāi)發(fā)的Cu/Mo/Cu（銅 /鉬 /銅復(fù)合金屬）基板材料技術(shù)，將金屬基多層低溫?zé)Y(jié)陶瓷技術(shù)（ LTCCM）應(yīng)用于 LED 封裝，相比之下在熱處理方面與傳統(tǒng)封裝方法有著大幅度的改善，采用此技術(shù)，因?yàn)闊釋?dǎo)系數(shù)的提高使得其工作溫度也得以提高，該技術(shù)可應(yīng)用于封裝大多數(shù)廠家的各種 LED芯片。通過(guò)提高熱導(dǎo)系數(shù)、采用覆晶式晶片、降低熱膨脹系數(shù)不匹配度增強(qiáng)了 LED的熱處理性能，與傳統(tǒng)的散熱通道相比，散熱環(huán)節(jié)減少，由于芯片直接焊裝在復(fù)合金屬基板上，散熱效率更高，芯片到封裝基板之間的熱阻系數(shù)僅僅相當(dāng)于傳統(tǒng)方式的 1/6。 封裝材料制備選擇技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，我們?cè)谛酒虏考鱼~或鋁質(zhì)熱沉并采用半包封結(jié)構(gòu)，加速散熱來(lái)降低器件的熱阻；在器件的內(nèi)部填充透明度高的柔性硅橡膠，防止出現(xiàn)變黃現(xiàn)象和膠體因溫度驟然變化導(dǎo)致器件開(kāi)路；零件材料也應(yīng)充分考慮其導(dǎo)熱、散熱特性，以獲得良好的整體熱特性。 在即將實(shí)施的規(guī)模化生產(chǎn)線組裝中，我們將從芯片的分選和原材料的質(zhì)量控制入手，建立規(guī)范的質(zhì)量保證控制體系，在關(guān)鍵工藝上如填充料快速填充工藝、熒光粉配膠和涂膠工藝等采用高度自動(dòng)化的設(shè)備和工藝流程，確保工藝過(guò)程的一致性。 20 （ 2） 功率芯片的 SMD 微型化封裝 工 藝路線與技術(shù)特點(diǎn) 目前，以成熟的 LED 芯片技術(shù)在繼續(xù)提高單管功效方面尚存在不小的障礙，而尚未成熟的大功率芯片技術(shù)在提高亮度的同時(shí)難以解決散熱問(wèn)題不得不以犧牲壽命為代價(jià)，這一矛盾削弱了 LED 產(chǎn)品的根本優(yōu)勢(shì)。故業(yè)界認(rèn)為，在一些對(duì)亮度要求不十分敏感的照明應(yīng)用場(chǎng)合，如家庭中的裝飾性照明，以 LED 封裝器件微型化為基礎(chǔ)通過(guò)多器件組合使用提高亮度（同時(shí)也需解決散熱問(wèn)題）是可行的。同時(shí)， SMD 微型 LED 在常規(guī)領(lǐng)域也是 LED 器件發(fā)展中最具潛力的產(chǎn)品，與常規(guī)器件相比體積超薄短小、視角大、穩(wěn)定性高，在小電流下工作一般 10mA有足 夠亮度，可節(jié)省便攜式產(chǎn)品的耗電量，適用于手機(jī)或其他便攜式微電子產(chǎn)品，亮度分級(jí)后更可用于室內(nèi)全彩顯示屏和汽車(chē)內(nèi)飾照明等應(yīng)用。 貼片技術(shù)分為壓膠式貼片技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng) “SMD微型 LED”）和灌膠式框架貼片技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng) “TOP 微型 LED”），這兩類(lèi)技術(shù)又均可以嫁接 “白光技術(shù) ”中的熒光粉激發(fā)技術(shù)或改良（主要指改上面的熒光粉涂敷為直接添加到封裝用的環(huán)氧樹(shù)脂中）此技術(shù)衍生出兩種白光貼片；而且這兩種技術(shù)還有一個(gè)重要應(yīng)用是均可以通過(guò)三基色全彩封裝實(shí)現(xiàn)白光顯示，基于其體積更微小的優(yōu)勢(shì)，這在微型、高分辨率的顯示屏領(lǐng)域是一項(xiàng)極為 重要的應(yīng)用。 壓膠技術(shù)主要應(yīng)用于平面式 PCB結(jié)構(gòu)，即 低功率 “SMD 微型 LED”產(chǎn)品，其成品無(wú)引腳，通過(guò) PCB 背面的電極焊盤(pán)用導(dǎo)電膠進(jìn)行安裝，其封裝工藝較為復(fù)雜，但制成品膠體外形多樣，出光角度大，屬新型的貼片點(diǎn)光源。灌膠技術(shù)則 可以 適用于 功率 LED 芯片，一般使用 帶邊框的支架結(jié)構(gòu)，只是封裝框架尺寸比常規(guī)要小許多，其成品有引腳，發(fā)光視角較小，大多用于側(cè)部發(fā)光，有單芯及多芯類(lèi)型。 這兩類(lèi)產(chǎn)品與目前常規(guī)發(fā)光二極管相比共同的優(yōu)點(diǎn)是：尺寸小， 21 規(guī)格品種豐富，貼片安裝不影響 PCB 的強(qiáng)度及布線精度；引腳不需焊接，保證了器件的可靠 性；卷帶包裝，適合于 SMT自動(dòng)化生產(chǎn)線作業(yè)，生產(chǎn)效率高。 而 在 功率型 微型 LED 的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，除與 SMD 微型 LED 同樣的芯片選用要求外，在封裝工藝上采用精確點(diǎn)膠技術(shù)，保證成品的封裝無(wú)缺陷（如氣泡等）和成型外觀良好（不能造成缺膠或溢膠）；成品的平板式引腳采用封裝后成型的方式，以提高工效及降低材料采購(gòu)成本。另外，我們還在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了三芯片全色化封裝，從而使得本產(chǎn)品可以有兩種以上的白光實(shí)現(xiàn)方式，由于其混合白光可以實(shí)現(xiàn)色溫連續(xù)可調(diào)和在一定范圍內(nèi)亮度連續(xù)可調(diào)的特性。 （ 3） 特殊照明燈產(chǎn)品直接封裝的 工藝路線與技術(shù)特 點(diǎn) 在目前的晶片技術(shù)離取代照明產(chǎn)品還有 一定 距離的情況下，研究和解決 LED 在一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用有非常重要的意義，一是以現(xiàn)有的發(fā)光晶片制備技術(shù)結(jié)合合理的封裝設(shè)計(jì)，已經(jīng)能足以在一些特殊場(chǎng)合解決掉傳統(tǒng)產(chǎn)品存在的弊端，如在礦下照明解決節(jié)能、長(zhǎng)效尤其是防爆的問(wèn)題，機(jī)械設(shè)備輔助照明設(shè)施解決便于移動(dòng)、安全的問(wèn)題，設(shè)計(jì)使用時(shí)間特別長(zhǎng)的工程和產(chǎn)品解決照明或顯示配件頻繁更換的問(wèn)題等等；二是這種應(yīng)用將為今后晶片技術(shù)成熟后用 LED 產(chǎn)品替代傳統(tǒng)照明產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)，更好的拓寬應(yīng)用思路。 LED 信號(hào)指示燈 是直接封裝的特殊照明燈產(chǎn)品 的 代表 ，也是 這 一類(lèi) 應(yīng)用的重要代表。 LED信號(hào)指示燈主要應(yīng)用于電力控制系統(tǒng)設(shè)備的 照明和信號(hào) 指示，在 LED 產(chǎn)品之前，這種信號(hào)指示一般是使用氖泡加濾光片的設(shè)計(jì)，以達(dá)到其信號(hào)明確、光線柔和的應(yīng)用要求。 LED 產(chǎn)品一經(jīng)推出，對(duì)比這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)立即得到了充分體現(xiàn)：第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是長(zhǎng)壽命，尤其是對(duì)于如三峽工程這樣的百年大計(jì)的工程應(yīng)用來(lái)講，指示部件的長(zhǎng)壽命帶來(lái)避免頻繁更換的成本優(yōu)勢(shì)、安全優(yōu)勢(shì)和整機(jī)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)是不言而 22 喻的；第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是由于 LED 是主動(dòng)發(fā)光，單色性好，解決信號(hào)明確這一技術(shù)要求也更有利；第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是對(duì)光線的技術(shù)要求可以通 過(guò)對(duì)指示燈內(nèi)部的晶片選擇和線路設(shè)計(jì)來(lái)控制，不需要影響到成品外觀，何況，光線柔和正是目前成熟的晶片技術(shù)中適應(yīng)性最對(duì)口的部分；第四個(gè)優(yōu)勢(shì)是發(fā)光晶片本身的必須空間很小，這樣對(duì)產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)可以有更大的自由度，如我公司目前設(shè)計(jì)的信號(hào)指示燈產(chǎn)品尺寸最小的直徑僅 8mm，最大的可以在 26mm 以上，同時(shí)發(fā)光晶片的小體積也使指示燈內(nèi)部的電路組件（如電阻等）可以有更大的設(shè)計(jì)空間，使得 LED信號(hào)指示燈產(chǎn)品直流工作電壓的設(shè)計(jì)可以從 6V、 12V、 24V、 36V、 110V到 220V，交流工作電壓可以擴(kuò)大設(shè)計(jì)到 380V，適應(yīng)的范圍更廣 。 指示燈應(yīng)用技術(shù)在 LED 業(yè)內(nèi)所處的領(lǐng)域比較特殊，是介于 LED 封裝和 LED 應(yīng)用之間的一種技術(shù)，它與 LED 封裝的區(qū)別在于其封裝中包含了 LED 芯片以外的電路組件組合設(shè)計(jì)（如電阻、電容等）、而與 LED應(yīng)用的區(qū)別在于其主要構(gòu)成材料不是 LED 封裝器件而是 LED芯片。 （ 4） 太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明一體化技術(shù)的 工藝路線與技術(shù)特點(diǎn) 太陽(yáng)能和半導(dǎo)體照明是 21 世紀(jì)全球兩大熱點(diǎn)技術(shù)，都有著廣闊的發(fā)展空間。與此同時(shí)，由于此兩項(xiàng)技術(shù)都還處在發(fā)展階段，離成熟的市場(chǎng)化應(yīng)用都還有不小的距離，特別是高成本是兩者都面臨的共同問(wèn)題。本項(xiàng)目在找到兩大熱 點(diǎn)技術(shù)結(jié)合點(diǎn)的同時(shí)，更要在其結(jié)合模式中形成互補(bǔ)效應(yīng)，把各自的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮得更明顯，從而達(dá)到在特定領(lǐng)域提高競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、推廣產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的目的。 我公司實(shí)施該項(xiàng)目研究的創(chuàng)新之處在于： ★首先是在結(jié)合應(yīng)用中回避兩者在常規(guī)應(yīng)用中都存在的能源轉(zhuǎn)化問(wèn)題，以提高能源的利用率 —— 太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為直流電能，所以在一般作為電源的要求中還要將其再轉(zhuǎn)化為交流電才能使用，這其中就存在電源轉(zhuǎn)換的損耗；而 LED 則恰恰是使用直流電源工作，常 23 規(guī)使用中反而存在要將市供的交流電再轉(zhuǎn)換成直流電的損耗。這兩者的直接匹配將這兩部分的轉(zhuǎn)換損耗降為零，而且 太陽(yáng)能電池組件可通過(guò)串、并聯(lián)任意組合得到實(shí)際需要的電壓，也不存在變壓的問(wèn)題。 ★ LED 本身的節(jié)能優(yōu)勢(shì)在避免了能源轉(zhuǎn)換損耗后使得優(yōu)勢(shì)更優(yōu)，再加上太陽(yáng)能部分也避免了轉(zhuǎn)換損耗，使得根據(jù)能耗配套的、價(jià)格昂貴的太陽(yáng)能電池和蓄電組件的配套成本得以大比例下降，同時(shí)也使得LED 部分的高成本不再成為應(yīng)用障礙，綜合性?xún)r(jià)比得以大幅度提高，使得項(xiàng)目產(chǎn)品的大面積推廣成為可能。 ★創(chuàng)新設(shè)計(jì)以脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié) LED 亮度，避免了以調(diào)節(jié)電流方式工作易造成色偏移，且更易實(shí)現(xiàn)散熱進(jìn)而提高照明系統(tǒng)工作可靠性。 ★改革傳統(tǒng)的 LED 電阻限流驅(qū)動(dòng)，改以 恒流源驅(qū)動(dòng)，效率更高。 ★創(chuàng)新設(shè)計(jì)太陽(yáng)能半導(dǎo)體路燈控制器、及根據(jù)應(yīng)用地的地理?xiàng)l件確定太陽(yáng)電池板傾角，提高了系統(tǒng)的可靠性。 本項(xiàng)目前期研究中，我們所設(shè)定的 LED 燈具中的器件為應(yīng)用熒光粉激發(fā)原理的基于大功率（ 1W和 3W） InGaN 藍(lán)光 LED芯片的白光功率管，暫未涉及三基色 LED 白光技術(shù)和其它白光技術(shù)。 作為項(xiàng)目研究的關(guān)鍵性基礎(chǔ)內(nèi)容之一，我們?cè)谇捌谑紫却_定了該系統(tǒng)中 LED 亮度的調(diào)節(jié)方式。目前調(diào)節(jié) LED 亮度的方式有兩種： (1)調(diào)節(jié)工作電流方式 —— 除了紅光 LED 隨著電流的升高亮度會(huì)飽和外，一般其他 LED 的亮度都會(huì)隨著 其工作電流的增大而增大，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié) LED 的工作電流的方法在較大范圍內(nèi)控制 LED 的亮度，這也是在 LED照明應(yīng)用中最常規(guī)的應(yīng)用方式。 (2)脈寬調(diào)制 (PWM) 方式 —— 應(yīng)用 LED 響應(yīng)時(shí)間極短、一般只有幾納秒至幾十納秒的特性，適合于頻繁開(kāi)關(guān)以及高頻運(yùn)作場(chǎng)合，可以方便地通過(guò)周期性的改變脈沖寬度、亦即控制占空比的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 亮度的調(diào)節(jié)，例如要將亮度減半，只需在 50%的占空周期內(nèi)提供電流就可以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)前期研究，我們