【正文】 上，因此所用到的溶液膠體不再是環(huán)氧樹(shù)脂，因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂的流動(dòng)性較強(qiáng) 。 如果用傳統(tǒng)的環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)混合熒光粉，熒光粉溶液就會(huì)從芯片表面溢出 。 167。 熒光粉溶液涂抹 技術(shù) 二 . 熒光粉涂覆 所以必須選擇可以 自動(dòng)成型的 UV膠 ，將 UV膠與普通熒光粉按照一定的重量比進(jìn)行均勻混合調(diào)配 。 將調(diào)配好的原料加入點(diǎn)膠機(jī)對(duì)大功率發(fā)光二極管芯片進(jìn)行點(diǎn)膠涂布，使涂層厚度控制在 ~。 將涂布完成的芯片用紫外燈照射進(jìn)行固化，完成固化工藝過(guò)程。 167。 封膠膠體設(shè)計(jì) 一 . 對(duì)封裝膠的要求 1. 理論分析 根據(jù)折射定律，光線從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角達(dá)到一定值，即大 于等于臨界角時(shí)，會(huì)發(fā)生全發(fā)射。 以 GaN藍(lán)色芯片來(lái)說(shuō)， GaN材料的折射率是 ，當(dāng)光線從晶體內(nèi)部射向空氣時(shí)，根據(jù)折射定律： 167。 封膠膠體設(shè)計(jì) 一 . 對(duì)封裝膠的要求 1. 理論分析 θ o=sin1(n1/n2) 其中 n2等 于 1，即空氣的折射率， n1是 GaN的折射率，由此計(jì)算得到臨界角 θ o約為 。能射出的光只有入射角小 于 ，因此其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導(dǎo)致過(guò)多光損失。 167。 封膠膠體設(shè)計(jì) 一 . 對(duì)封裝膠的要求 2. 要求 （ 1）為了提高 LED產(chǎn)品封裝的取光效率，必須提高 n2的值，即提高封裝材料的折射率，以提高產(chǎn)品的臨界角，從 而提高產(chǎn)品的封裝發(fā)光效率。 （ 2）同時(shí)，封裝材料對(duì)光線的吸收要小。 167。 封膠膠體設(shè)計(jì) 二 . 傳統(tǒng)的封裝膠及其缺點(diǎn) 對(duì)白光 LED進(jìn)行封膠，傳統(tǒng)選取的是雙組分的環(huán)氧樹(shù)脂， 這種封裝膠存在下面兩個(gè)問(wèn)題： ? 封裝用光學(xué)級(jí)的樹(shù)脂容易受熱變黃 ； ? 除此之外，不僅因?yàn)闊岈F(xiàn)象會(huì)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)生影響，甚至短波長(zhǎng)也會(huì)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂造成一些問(wèn)題 。 167。 封膠膠體設(shè)計(jì) 二 . 傳統(tǒng)的封裝膠 這是因?yàn)榘坠?LED發(fā)光光譜中，也包含了短波長(zhǎng)的光線， 而環(huán)氧樹(shù)脂卻相當(dāng)容易被白光 LED中的短波長(zhǎng)光線破壞 。 低功率的白光 LED就已經(jīng)會(huì)造成環(huán)氧樹(shù)脂的破壞，更何況高功率的白光 LED所含的短波長(zhǎng)的光線更多，那么惡化自然也加速。 167。 封膠膠體設(shè)計(jì) 三、白光 LED用封裝膠 白光 LED采用的是 硅膠封裝 。硅膠除了對(duì)短波長(zhǎng)有較佳的抗熱性、較不易老化外，它還能夠分散藍(lán)色和近紫外光。 所以，與環(huán)氧樹(shù)脂相比，硅樹(shù)脂可以抑制材料因?yàn)槎滩ㄩL(zhǎng)光線所帶來(lái)的劣化現(xiàn)象，此外硅膠的光透率、折射率都很理想。 167。 封膠膠體設(shè)計(jì) 三、白光 LED用封裝膠 硅樹(shù)脂 封膠材料是一種穩(wěn)定的柔性膠凝體，在 40度到 120度的范圍，不會(huì)應(yīng)為溫度的聚變 而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使金線與引線框架斷開(kāi)，并防止外封裝的環(huán)氧樹(shù)脂形成的“透鏡”。 167。 散熱設(shè)計(jì) 對(duì)于一般照明使用，將需要大量的 LED元件集成在一塊模組中以達(dá)到所需之照度。但 LED的光電轉(zhuǎn)換效率不高，大約只有 15%至 20%左右電能轉(zhuǎn)為光輸出，其余均轉(zhuǎn)換成為熱能。 熱量是 LED的最大威脅之一，不僅影響 LED的電氣性能，最終導(dǎo)致 LED失效。如何讓 LED保持長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)可靠工作是目前大功率 LED器件封裝和系統(tǒng)封裝的關(guān)鍵技術(shù)。 167。 散熱設(shè)計(jì) 一、熱量來(lái)源 對(duì) 于由 PN結(jié)組成的發(fā)光二極管，當(dāng)正向電流從 PN結(jié)流過(guò)時(shí)， PN結(jié)有發(fā)熱損耗，這些熱量經(jīng)由粘結(jié)膠、灌封材料、熱沉等，輻射到空氣中 。 在這個(gè)過(guò)程中每一部分材料都有阻止熱流的熱阻抗，也就是熱阻，熱阻是由器件的尺寸、結(jié)構(gòu)及材料所決定的固定值。 167。 散熱設(shè)計(jì) 一、熱量來(lái)源 設(shè)發(fā)光二極管的熱阻為 Rth (0C/W)，熱耗散功率為 PD (W)，此時(shí)由 于電流的熱損耗而引起的 PN結(jié)溫度上升為 : PN結(jié)結(jié)溫為 : 其中 TA為環(huán)境溫度。 167。 散熱設(shè)計(jì) 二、熱量對(duì) LED的影響 LED發(fā)光過(guò)程中產(chǎn)生的熱量將會(huì)造成 LED模組的溫度上升，當(dāng)溫度升高 : 1. 發(fā)光強(qiáng)度降低： 隨著芯片結(jié)溫的增加，芯片的發(fā)光效率效率也會(huì)隨之減少， LED亮度下降。同時(shí)，由于熱損耗引起的溫升增高，發(fā)光二極管亮度將不再繼續(xù)隨著電流成比例提高，即顯示出熱飽和現(xiàn)象。 167。 散熱設(shè)計(jì) 二、熱量對(duì) LED的影響 2. 發(fā)光主波長(zhǎng)偏移 隨著結(jié)溫的上升，發(fā)光的峰值波長(zhǎng)也將向長(zhǎng)波方向漂移，約 ，這對(duì)于通過(guò)由藍(lán)光芯片涂覆 YAG熒光粉混合得到的白光 LED來(lái)說(shuō)，藍(lán)光波長(zhǎng)的漂移，會(huì)引起與熒光粉激發(fā)波長(zhǎng)的失配，從而降低白光 LED的整體發(fā)光效率，并導(dǎo)致白光色溫的改變。 3. 嚴(yán)重降低 LED的壽命，加速 LED的光衰。 167。 散熱設(shè)計(jì) 三、 LED的散熱考慮 對(duì)于功率 LED來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電流一般都為 幾百毫安 以上， PN結(jié)的電流密度非常大，所以 PN結(jié)的溫升非常明顯。 對(duì)于封裝和應(yīng)用來(lái)說(shuō)，如何降低產(chǎn)品的熱阻，使 PN結(jié)產(chǎn)生的熱量能盡快的散發(fā)出去，不僅可提高產(chǎn)品的飽和電流，提高產(chǎn)品的發(fā)光效率，同時(shí)也提高了產(chǎn)品的可靠性和壽命。 167。 散熱設(shè)計(jì) 三、 LED的散熱考慮 為了降低產(chǎn)品的熱阻： 首先封裝材料的選擇顯得尤為重要，包括支架、基板和填充材料等，各材料的熱阻要低，即要求導(dǎo)熱性能良好。 其次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，各材料間的導(dǎo)熱性能連續(xù)匹配，材料之間的導(dǎo)熱連接良好，避免在導(dǎo)熱通道中產(chǎn)生散熱瓶頸，確保熱量從內(nèi)到外層層散發(fā)。 167。 散熱設(shè)計(jì) 三、 LED的散熱考慮 LED散熱主要從 3個(gè)方面著手： ? 第一，從芯片到基板的連接材料的選取； ? 第二，基板材料的選??； ? 第三，基板外部冷卻裝置的選取和基板與外部冷卻設(shè)備連接材料的選取。 167。 散熱設(shè)計(jì) 三、 LED的散熱考慮 1. 芯片到基板的連接材料的選取 普通用來(lái)連接芯片和基板采用的是銀膠。但是銀膠的熱阻很高， 而且銀膠固化后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是：環(huán)氧樹(shù)脂骨架和銀粉填充式導(dǎo)熱導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)熱阻極高，對(duì)器件的散熱與物理特性穩(wěn)定極為不利，因此選擇的粘接的物質(zhì)是 錫膏 。 167。 散熱設(shè)計(jì) 三、 LED的散熱考慮 2. 接著就是基板的選擇 上表是常見(jiàn)的基板和支架的材料導(dǎo)熱系數(shù)，由表知，銀、純銅、黃金的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)其他較高 但銀、純銅、黃金價(jià)格高，為了取得很好的性價(jià)比純鋁的導(dǎo)熱系數(shù)，因此基板采用的是銅或鋁質(zhì)地。 167。 散熱設(shè)計(jì) 三、 LED的散熱考慮 3. 基板外部冷卻裝置的選取 大功率 LED器件在工作時(shí)大部分的損耗變成熱量，若不采取散熱措施，則芯片的溫度可達(dá)到或超過(guò)允許的節(jié)溫，器件期間將受到損壞，因此必須 加散熱裝置 。 最常用的是將功率器件安裝在散熱器上，利用散熱器將熱量散到周圍空間，它的主要熱流方向是由芯片傳到器件的底下，經(jīng)散熱器將熱量散到周圍空間。 167。 散熱設(shè)計(jì) 三、 LED的散熱考慮 3. 基板外部冷卻裝置的選取 散熱器由鋁合金板料經(jīng)沖壓工藝和表面處理制成，表面處理有電泳涂漆或黑色氧化處理，目的是提高散熱效率和絕緣性能。 散熱器散發(fā)的熱能與環(huán)境溫度的溫差大致成正比，對(duì)流的速度越快，則散熱器本身的熱阻也就越小。 167。 散熱設(shè)計(jì) 三、 LED的散熱考慮 4. 基板與外部冷卻設(shè)備連接材料的選取 就界面熱阻而言，空氣間隙是最大的敵人。 盡管基板與散熱器之間肉眼能觀察到的間隙很小，但是由于材料表面的不平整，實(shí)際還是存在著細(xì)微的空隙。 由于空氣的界面熱阻很大，不利于擴(kuò)散，故大大增加了整體界面的熱阻。 167。 散熱設(shè)計(jì) 三、 LED的散熱考慮 4. 基板與外部冷卻設(shè)備連接材料的選取 根據(jù)分析，減低界面熱阻的方法為 : ? 增加材料表面的平整度， ? 減小空氣的容量； ? 施加接觸壓力。 因此在基板和外散熱器的填充物質(zhì)上，選擇導(dǎo)熱的 硅樹(shù)脂 。 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 散熱的基本途徑主要有以下三種：熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。 與其他固體半導(dǎo)體器件相比， LED器件對(duì)溫度的敏感性更強(qiáng)。由于受到芯片工作溫度的限制，芯片只能在 120度以下工作，因此器件的熱輻射效應(yīng)基本可以忽略不計(jì)。傳導(dǎo)和對(duì)流對(duì) LED散熱比較重要。 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 從熱能分析，假設(shè) Q=發(fā)散功率 (Pd) = Vf X If， 而且Vf和 If相對(duì)變化比較小。 所以我們?cè)谧錾嵩O(shè)計(jì)時(shí)主要先從熱傳導(dǎo)方面考慮，熱量預(yù)先從 LED模塊中傳導(dǎo)到散熱器。 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 1. 熱傳導(dǎo) 首先考慮熱源是均勻地加載在導(dǎo)熱材料的整個(gè)表面的情況，由 Fourier導(dǎo)熱定律得知，熱流密度與溫度梯度成正比 : 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 1. 熱傳導(dǎo) 其中 k為熱導(dǎo)率， A為面積， Δx為導(dǎo)熱材料的厚度， q為熱流密度，表示單位面積的耗散的功率。 對(duì)于多層復(fù)合材料，總熱阻可以簡(jiǎn)化為 : （ 1） 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 1. 熱傳導(dǎo) 以下圖兩層材料的熱傳導(dǎo)為例 : （ 2） 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 1. 熱傳導(dǎo) 從式（ 1）和式（ 2）大致可以得到解決散熱的基本方法 : 減少材料的厚度并選用高熱導(dǎo)率的材料。 但是高熱導(dǎo)率材料如銅等材料，同時(shí)也會(huì)引入比較大的殘余應(yīng)力，并且粘片時(shí)，需要比較厚的粘結(jié)層。這樣勢(shì)必會(huì)增加多余的接觸熱阻。 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 1. 熱傳導(dǎo) 封裝之熱阻公式大多用 來(lái)描述： 其中 Tj為芯片的結(jié)區(qū)溫度， Ta為環(huán)境溫度， Q為芯片發(fā)熱功率。 同一加熱功率與環(huán)境溫度下，熱阻越大，即代表有更多的熱量不能從封裝中散出，而積聚在芯片的內(nèi)部，使芯片的結(jié)區(qū)溫度 T，升高越快，可靠性也越差。 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 2. 對(duì)流情況 熱交換發(fā)生在固體和流體之間的界面，由流體的流動(dòng)而帶走表面的熱量，由 Newton冷卻定律得到對(duì)流的熱交換公式： （ 3） A為材料的橫截面積。 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 2. 對(duì)流情況 由（ 3）式得到對(duì)流熱交換的熱阻公式： （ 4） （ 4）中 h為熱傳導(dǎo)系數(shù)， A*為參與熱對(duì)流熱對(duì)流面積。 由于對(duì)流交換的熱量跟對(duì)流的表面積成正比，因此需要優(yōu)化微流通道的結(jié)構(gòu)，從而提高散熱面積 A*；另外一方面提高傳熱系數(shù) h。 167。 散熱設(shè)計(jì) 四、散熱機(jī)制 2. 對(duì)流情況 將式（ 1）和式（ 4）兩個(gè)式子合并在一起，可以得到熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流共同起作用的傳熱機(jī)制，總熱阻公式：