【文章內容簡介】 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，因為熱導系數的提高使得其工作溫度也得以提高，該技術可應用于封裝大多數廠家的各種LED芯片。通過提高熱導系數、采用覆晶式晶片、降低熱膨脹系數不匹配度增強了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僅僅相當于傳統(tǒng)方式的1/6。封裝材料制備選擇技術的產業(yè)化應用方面，我們在芯片下部加銅或鋁質熱沉并采用半包封結構，加速散熱來降低器件的熱阻；在器件的內部填充透明度高的柔性硅橡膠，防止出現變黃現象和膠體因溫度驟然變化導致器件開路；零件材料也應充分考慮其導熱、散熱特性，以獲得良好的整體熱特性。在即將實施的規(guī)?；a線組裝中，我們將從芯片的分選和原材料的質量控制入手，建立規(guī)范的質量保證控制體系，在關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化的設備和工藝流程，確保工藝過程的一致性。（2）功率芯片的SMD微型化封裝工藝路線與技術特點目前，以成熟的LED芯片技術在繼續(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在提高亮度的同時難以解決散熱問題不得不以犧牲壽命為代價，這一矛盾削弱了LED產品的根本優(yōu)勢。故業(yè)界認為，在一些對亮度要求不十分敏感的照明應用場合，如家庭中的裝飾性照明，以LED封裝器件微型化為基礎通過多器件組合使用提高亮度（同時也需解決散熱問題）是可行的。同時，SMD微型LED在常規(guī)領域也是LED器件發(fā)展中最具潛力的產品，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)省便攜式產品的耗電量，適用于手機或其他便攜式微電子產品，亮度分級后更可用于室內全彩顯示屏和汽車內飾照明等應用。貼片技術分為壓膠式貼片技術（以下簡稱“SMD微型LED”）和灌膠式框架貼片技術（以下簡稱“TOP微型LED”），這兩類技術又均可以嫁接“白光技術”中的熒光粉激發(fā)技術或改良（主要指改上面的熒光粉涂敷為直接添加到封裝用的環(huán)氧樹脂中）此技術衍生出兩種白光貼片；而且這兩種技術還有一個重要應用是均可以通過三基色全彩封裝實現白光顯示，基于其體積更微小的優(yōu)勢，這在微型、高分辨率的顯示屏領域是一項極為重要的應用。壓膠技術主要應用于平面式PCB結構，即低功率“SMD微型LED”產品，其成品無引腳，通過PCB背面的電極焊盤用導電膠進行安裝，其封裝工藝較為復雜，但制成品膠體外形多樣，出光角度大，屬新型的貼片點光源。灌膠技術則可以適用于功率LED芯片，一般使用帶邊框的支架結構，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，大多用于側部發(fā)光，有單芯及多芯類型。這兩類產品與目前常規(guī)發(fā)光二極管相比共同的優(yōu)點是：尺寸小，規(guī)格品種豐富，貼片安裝不影響PCB的強度及布線精度；引腳不需焊接，保證了器件的可靠性；卷帶包裝，適合于SMT自動化生產線作業(yè)，生產效率高。而在功率型微型LED的技術實現上，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膠技術，保證成品的封裝無缺陷（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成本。另外，我們還在此結構基礎上實現了三芯片全色化封裝，從而使得本產品可以有兩種以上的白光實現方式，由于其混合白光可以實現色溫連續(xù)可調和在一定范圍內亮度連續(xù)可調的特性。（3）特殊照明燈產品直接封裝的工藝路線與技術特點在目前的晶片技術離取代照明產品還有一定距離的情況下，研究和解決LED在一些特殊場合的應用有非常重要的意義，一是以現有的發(fā)光晶片制備技術結合合理的封裝設計，已經能足以在一些特殊場合解決掉傳統(tǒng)產品存在的弊端，如在礦下照明解決節(jié)能、長效尤其是防爆的問題，機械設備輔助照明設施解決便于移動、安全的問題，設計使用時間特別長的工程和產品解決照明或顯示配件頻繁更換的問題等等；二是這種應用將為今后晶片技術成熟后用LED產品替代傳統(tǒng)照明產品打下良好的基礎，更好的拓寬應用思路。LED信號指示燈是直接封裝的特殊照明燈產品的代表，也是這一類應用的重要代表。LED信號指示燈主要應用于電力控制系統(tǒng)設備的照明和信號指示，在LED產品之前，這種信號指示一般是使用氖泡加濾光片的設計，以達到其信號明確、光線柔和的應用要求。LED產品一經推出，對比這種設計的優(yōu)勢立即得到了充分體現：第一個優(yōu)勢是長壽命，尤其是對于如三峽工程這樣的百年大計的工程應用來講，指示部件的長壽命帶來避免頻繁更換的成本優(yōu)勢、安全優(yōu)勢和整機技術指標優(yōu)勢是不言而喻的；第二個優(yōu)勢是由于LED是主動發(fā)光，單色性好，解決信號明確這一技術要求也更有利；第三個優(yōu)勢是對光線的技術要求可以通過對指示燈內部的晶片選擇和線路設計來控制，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中適應性最對口的部分；第四個優(yōu)勢是發(fā)光晶片本身的必須空間很小，這樣對產品的外形設計可以有更大的自由度，如我公司目前設計的信號指示燈產品尺寸最小的直徑僅8mm，最大的可以在26mm 以上，同時發(fā)光晶片的小體積也使指示燈內部的電路組件（如電阻等）可以有更大的設計空間，使得LED信號指示燈產品直流工作電壓的設計可以從6V、12V、24V、36V、110V到220V，交流工作電壓可以擴大設計到380V，適應的范圍更廣。指示燈應用技術在LED業(yè)內所處的領域比較特殊，是介于LED封裝和LED應用之間的一種技術，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計（如電阻、電容等）、而與LED應用的區(qū)別在于其主要構成材料不是LED封裝器件而是LED芯片。（4）太陽能半導體照明一體化技術的工藝路線與技術特點太陽能和半導體照明是21世紀全球兩大熱點技術，都有著廣闊的發(fā)展空間。與此同時，由于此兩項技術都還處在發(fā)展階段，離成熟的市場化應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題。本項目在找到兩大熱點技術結合點的同時，更要在其結合模式中形成互補效應，把各自的優(yōu)勢發(fā)揮得更明顯，從而達到在特定領域提高競爭優(yōu)勢、推廣產業(yè)化應用的目的。我公司實施該項目研究的創(chuàng)新之處在于：★首先是在結合應用中回避兩者在常規(guī)應用中都存在的能源轉化問題，以提高能源的利用率——太陽能電池將光能轉化為直流電能，所以在一般作為電源的要求中還要將其再轉化為交流電才能使用，這其中就存在電源轉換的損耗；而LED則恰恰是使用直流電源工作，常規(guī)使用中反而存在要將市供的交流電再轉換成直流電的損耗。這兩者的直接匹配將這兩部分的轉換損耗降為零，而且太陽能電池組件可通過串、并聯(lián)任意組合得到實際需要的電壓，也不存在變壓的問題。★LED本身的節(jié)能優(yōu)勢在避免了能源轉換損耗后使得優(yōu)勢更優(yōu)，再加上太陽能部分也避免了轉換損耗，使得根據能耗配套的、價格昂貴的太陽能電池和蓄電組件的配套成本得以大比例下降，同時也使得LED部分的高成本不再成為應用障礙，綜合性價比得以大幅度提高，使得項目產品的大面積推廣成為可能?！飫?chuàng)新設計以脈寬調制方式調節(jié)LED亮度，避免了以調節(jié)電流方式工作易造成色偏移，且更易實現散熱進而提高照明系統(tǒng)工作可靠性?！锔母飩鹘y(tǒng)的LED電阻限流驅動，改以恒流源驅動，效率更高?！飫?chuàng)新設計太陽能半導體路燈控制器、及根據應用地的地理條件確定太陽電池板傾角，提高了系統(tǒng)的可靠性。本項目前期研究中，我們所設定的LED燈具中的器件為應用熒光粉激發(fā)原理的基于大功率（1W和3W）InGaN藍光LED芯片的白光功率管，暫未涉及三基色LED白光技術和其它白光技術。作為項目研究的關鍵性基礎內容之一，我們在前期首先確定了該系統(tǒng)中LED亮度的調節(jié)方式。目前調節(jié)LED亮度的方式有兩種：(1)調節(jié)工作電流方式——除了紅光LED隨著電流的升高亮度會飽和外，一般其他LED的亮度都會隨著其工作電流的增大而增大，因此可以通過調節(jié)LED的工作電流的方法在較大范圍內控制LED的亮度，這也是在LED照明應用中最常規(guī)的應用方式。(2)脈寬調制(PWM) 方式——應用LED響應時間極短、一般只有幾納秒至幾十納秒的特性，適合于頻繁開關以及高頻運作場合，可以方便地通過周期性的改變脈沖寬度、亦即控制占空比的方式來實現對LED亮度的調節(jié)，例如要將亮度減半，只需在50%的占空周期內提供電流就可以實現。通過前期研究，我們選擇200～300Hz的開關頻率來進行PWM亮度調節(jié)，這是因為人眼無法分辨超過40Hz的頻率變化，而太高的頻率又會引起白光顏色發(fā)生移位和亮度調節(jié)非線性。LED發(fā)出的白光由藍光和黃光混合而成，其色彩通常由色彩坐標來進行定義，當LED的開關頻率較高如達到上萬Hz時，在用來切換LED開關的短暫時間間隔內色彩坐標會發(fā)生變化，這樣將引起白光顏色發(fā)生移位。我們在對太陽能半導體照明系統(tǒng)的研究中，前期重點面向太陽能半導體路燈，并根據其特點設計了一種新型的太陽能半導體路燈控制器，由微處理器電路、DCDC升壓電路、實時時鐘電路、充放電保護電路、路燈開關電路等五部分組成，能夠實現對蓄電池的充放電管理，防過充、放過放。微處理器芯片采用PHILIPS的P87LPC768，它有4路10位脈寬調制器(PWM)通道和4路8位APD轉換器通道，能夠很好的實現設計功能。微處理器通過其輸入輸出口實現與其他各功能電路的連接，其APD輸入口實現對蓄電池、太陽能電池板電壓的采樣測量，實現蓄電池的過充、過放保護，以及路燈光控開關；實時時鐘電路通過串行總線SCL、SDA與微處理器的P1口連接實現讀寫功能；充電開關電路由一根控制線與微處理器的PWM端口相連接，當蓄電池電壓達到設定值時，能夠輸出20kHZ的PWM 脈沖調制信號，實現PWM控制脈沖充電，能夠極大提高系統(tǒng)充電效率。放電開關電路也由一根控制線與微處理器P1口相連，由軟件模擬波形輸出控制信號，控制開關動作，它能夠實現LED光源的亮度和功耗調節(jié)，例如控制器能夠控制：在天黑時到晚上12點為全功率輸出，到12點以后為半功率輸出，調整此時輸出的波形占空比全功率輸出的一半，適當降低LED 光源的亮度，這樣可提高能源的利用效率，減小系統(tǒng)配置和降低系統(tǒng)成本。 經濟可行性（1）LED光源的主要應用市場概述LED的應用領域已經從最初簡單的電器指示燈、LED顯示屏發(fā)展到大屏幕顯示、汽車用燈、交通信號燈、LCD背光源、景觀照明、室內裝飾燈等其他領域。而由于LED具有的長壽命、無污染、低功耗的特性，未來LED還將逐步替代熒光燈、白熾燈成為下一代綠色照明光源，室內照明將是LED最具市場規(guī)模和發(fā)展?jié)摿Φ膽檬袌觥?）屏幕顯示器：在顯示屏應用市場，由于高亮度發(fā)光二極管明亮、耗電量低、壽命長，非常適合戶外大屏幕顯示的應用，再加上可全天候使用，因此有著很大市場空間。據市場統(tǒng)計，2005年國內市場各種顯示器對LED的需求已超過100億顆，銷售額已超過30億元，因國內基建市場的持續(xù)拉動，本領域市場在相當長時間內還將保持持續(xù)增長。我公司產品憑借優(yōu)良的性價比，已成功進入美國的高速公路顯示屏應用市場。2）汽車用燈：在LED普通照明技術尚未成熟前，車用市場是最被看好的LED市場，2004年全球車用LED市場規(guī)模達30億美元。我國汽車工業(yè)正處于大發(fā)展時期，是推廣超高亮度LED的極好時機。在未來5年內，我國LED車燈將有大規(guī)模的發(fā)展，近年內可形成年產10億元的市場，5年后可形成每年30億元的市場，發(fā)展?jié)摿薮蟆?）背光源：高亮度、微型化LED在背光源應用市場的需求主要來自手機、PDA及數字相機(DSC)， ，對高亮度發(fā)光二極管的需求量就超過50億顆。據報道，全世界2004年LED在背光源上的用量達到240億只，未來幾年內僅背光源領域對LED的需求將超過百億元。目前，我國手機生產量很大，但是大部分LED背光源還是進口的，對于我國LED產品來說，這也是個極好的市場機會。同時隨著全球電子信息產品制造基地向我國轉移，未來幾年內LCD背光源也將大量采用LED模塊，市場容量巨大。4）交通信號燈：由于高亮度LED 有亮度高、省電及壽命長的優(yōu)點，可節(jié)約能源、減少維修費用并提供駕駛人較佳的辨視能力，在交通信號燈市場的需求大幅增加，現在已在世界各地普遍使用。全球的交通信號燈全都換成LED會有40 億顆的市場需求，采用LED信號燈既節(jié)能，可靠性又高，所以在全國范圍內，交通信號燈正在逐步更新?lián)Q代，而且推廣的速度很快，市場需求量很大，是個很好的市場機會。目前國內LED交通信號燈的年市場規(guī)模已超過50億元。以上4個方面的應用在國內的市場需求容量估計為每年200億元人民幣左右。5）白光照明：隨著LED發(fā)光效率的不斷提升，目前已快速進入了特殊照明領域，如果LED技術和成本突破能帶來向整個照明市場進軍，則LED的最大增長點就將來自照明的應用。由于全球照明產品的使用數以千億計，隨著環(huán)保、節(jié)能等觀念的深入人心，大功率白光LED產業(yè)化技術得到突破后，照明換燈所帶來的市場機會將不亞于全球計算機市場的規(guī)模，屆時LED將成為最耀眼的明星產業(yè)。（2）LED較其它光源優(yōu)勢明顯，半導體照明前景廣闊各種發(fā)光技術盡管種類繁多，但從對比的角度講：①在背光源領域，比較常見的技術除了LED外，還有EL、CCFL等，但由于LED的顯色性好，長壽命，在大屏幕LCD背光源領域正逐漸顯示出優(yōu)勢；②在交通燈領域LED正逐漸占據絕對份額；③而在汽車剎車燈領域，高亮度LED因其響應速度快、顯色性好而占據絕對份額；④在電子設備指示燈領域，由于其極小的耗能、高效率的發(fā)光和非常小的體積使其不可替代。⑤在戶內外大屏幕顯示領域，LED有一個不可比擬的先天優(yōu)勢就是不受氣候條件的制約，在戶外顯示領域的霸主地位不可替代；⑥在照明市場中，隨著未來白光LED的技術進步、產業(yè)化水平提高，必將以其高效率的發(fā)光、極低的能耗而占據很大的市場份額。 LED產品在各應用領域與可替代產品的優(yōu)勢對比分析應用產品 領域名稱照明交通燈指示燈汽車顯示屏背光源LED未來必有大發(fā)展已成為主流不可替代將由第三剎車燈領域擴展到其他燈在戶內外大屏幕顯示領域優(yōu)勢明顯占據小尺寸領域主導，正向大尺寸領域滲透白熾燈鹵素燈短時間內仍為主流已逐漸被LED取代※將被LED逐步取代※※PDP等離子顯示※※※※室內小屏幕展示有