【導讀】摘要 I 薄螂膇莁蒀螁艿薄蝿螀聿荿螅蝿膁蚅蟻螈芄蒈薇螄莆芀裊螄肅蒅螁螃膈艿蚇裊芀蒃薃襖羀芅葿袃膂蒂袈袂芄蒞螂袁蒞薁蝕袁肆莄薄袀腿蕿蒂罿芁莂螁羈羈薇蚇羇肅莀薂羆芃薄薅羅莆蒈袇羅肇芁螃羃腿蕆蠆節(jié)芀薅肂羈蒄蒁肁肄羋螀肀膆蒂蚆聿莆芄螞聿肄薂薅肄膀莄袆肇節(jié)薀螂肆蒞莃蚈膅肅薅薄螂膇莁蒀螁艿薄蝿螀聿荿螅蝿膁蚅蟻螈芄蒈薇螄莆芀裊螄肅蒅螁螃膈艿蚇裊芀蒃薃襖羀芅葿袃膂蒂袈袂芄蒞螂袁蒞薁蝕袁肆莄薄袀腿蕿蒂罿芁莂螁羈羈薇蚇羇肅莀薂羆芃薄薅羅莆蒈袇羅肇芁螃羃腿蕆蠆節(jié)芀薅肂羈蒄蒁肁肄羋螀肀膆蒂蚆聿莆芄螞聿肄薂薅肄膀莄袆肇節(jié)薀螂肆蒞莃蚈膅肅薅薄螂膇莁蒀螁艿薄蝿螀聿荿螅蝿膁蚅蟻螈芄蒈薇螄莆芀裊螄肅蒅螁螃膈艿蚇裊芀蒃薃襖羀芅葿袃膂蒂袈袂芄蒞螂袁蒞薁蝕袁肆莄薄袀腿蕿蒂罿芁莂螁羈羈薇蚇羇肅莀薂羆芃薄薅羅莆蒈袇羅肇芁螃羃腿蕆蠆節(jié)芀薅肂羈蒄蒁肁肄羋螀肀膆蒂蚆聿莆芄螞聿肄薂薅肄膀莄袆肇節(jié)薀螂肆蒞莃蚈膅肅薅薄螂膇莁蒀螁艿薄蝿螀

　　

【正文】 裝 LED 封裝技術大都是在分立器件封裝技術基礎上發(fā)展與演變而來的，但是作為發(fā)光器件， LED 的封裝又有自己的特點： LED 封裝不但要完成電信號的輸入輸出，保護芯片在正常的電流下工作，還得維持工作狀態(tài)下芯片的溫度不超過允許的范圍，這對于功率型 LED 的封裝來說顯得尤為重要；另外封裝結構和材料要有利于提高出光效率，降低生產成本，實現電性能和發(fā)光效率的最優(yōu)化。 LED 封裝方法的分類 LED 的封裝形式很多，主要包括支架式封裝、普通片式封裝、雙列直插式封裝、功率型封裝（芯片工作電流 If≥ 200mA）和多芯片封裝等： ，這種封裝不僅可以保護發(fā)光芯片，而且支架上的反光碗可以起到反光、聚光作用，其子彈頭型的環(huán)氧樹脂可以起到透鏡的作用。這種封裝形式的 LED 是典型的點狀光源，最適合作指示燈用，而且生產插件時極其方便，但是其封裝熱阻比較高。 ，主要型號有 040060 080 120 1210 等，封裝厚度一般在 1mm 以下，最薄的封裝厚度只有,因此在手機、 PDA 等便 攜式電子產品中廣泛作為按鍵和屏幕的背光照明。 IC 封裝的銅質陰線框架固定芯片，并在焊接電極陰線后用透明環(huán)氧材料包封，如 “ 食人魚 ” 式封裝。這種封裝芯片熱散失較支架式好，熱阻低， LED 的輸入功率可達 。 。因為對于普通照明，要求其光通量足夠大，一般在幾百流明以上。比如 40W 的白熾燈能發(fā)出約 600流明的光通量，而一個 40W 的普通熒光燈發(fā)出的光通量超過 3000 流明。功率型封裝采用的是大尺寸 LED 芯片（如邊長 40mil），其工作 電流一般在 200mA 以上，可輸出幾十流明的光通量。輸入功率的不斷增加使得散熱問題變得非常突出，因此功率型封裝中 LED 芯片多為倒裝式互連以提高散熱性能。倒裝型 LED 由于采用的是厚而不透明的金屬接觸層作為電流擴展層，因而與傳統(tǒng)的正裝型 LED相比，它能夠在大的工作電流下工作并保持很高的可靠性，同時，封裝到硅基板上后，由于芯片的激發(fā)區(qū)更靠近熱沉，元件產生的熱量能很快從導電金屬層通過焊料傳遞到熱沉而散失掉，有利于保持較高的發(fā)光效率。 ，近來出現了多芯片封裝技術并獲得了很 大的發(fā)展。 2020 年， Lamina Ceramics 公司推出了自己的專利封裝技術 — 多層低溫陶瓷金屬基燒結 (LTCCM)技術，生產出集成度很高的 LED陣列。通過倒裝封裝工藝，該多芯片組裝器件的發(fā)光亮度在 840cd/in2 以上，流明效率超過 40lm/W，而使用壽命長達 10 年，并且能在較高的溫度環(huán)境下正常工作。美國 UOE 公司研制的 NORLUX 系列大功率 LED 也為多芯片組合封裝結構，它采用六角形鋁基金屬線路板作為熱沉，直徑為 英寸，發(fā)光區(qū)位于中心，可在金屬線路板上排列多達 40 個超高亮度倒裝型 LED 芯片，包括 AlGaInN 和AlGaInP，它們的發(fā)射光可為單色、彩色（ RGB）或白色（ RGB 三基色合成或藍色黃色二元色合成 )。 2020 年 2 月，美國 OPTEK 公司推出了最新型的 3D 封裝的 2 LED的封裝與組裝 9 高亮度 LED 光源 [16]，它的輸入功率為 10W，輸出光通量為 330 流明，而視角則達到了 120 度。這些多芯片組合封裝的功率型 LED 不僅集成度高，散熱性能良好，而且可在大電流下工作，具有很高的光輸出量，是一種很有發(fā)展前途的LED 光源封裝模式。 功率型 LED 封裝存在的問題 作為新型照明光源， LED 的發(fā)展?jié)摿κ俏鹩怪靡傻?。人們近期的?標是將其發(fā)光效率和光通量提高到現有照明光源的水平，這期望于功率型 LED 和多芯片封裝技術。但目前功率型 LED 封裝還存在一些問題有待解決，比如散熱效率低和成本過高，另外靜電防護和新出現的無鉛化互連等問題也需注意。散熱一直是制約功率型 LED 發(fā)展的首要問題。根據美國 OIDA 發(fā)展規(guī)劃，到 2020 年，每個 LED 單元的發(fā)光量將達 1000 流明，發(fā)光效率為 150lm/W，因此需要的輸入功率為 7 瓦，這其中由于產生熱量而浪費的功率將達 4 瓦（ (1klm)/(400lm/W－150lm/W)），這還不考慮其它的能量損失，假如驅動電路 與發(fā)光單元是集成的，那么還得算上 30％以上的能量損失。雖然這個數值不大，但是由于必須在很小的芯片面積（約為 (1klm/(400W/cm2 150lm/W))上散失到周圍環(huán)境中，因此它的熱流量將達到 235W/cm2，這是常規(guī)微處理芯片所產生熱流量的 4～ 5倍！如此大的熱通量必須及時的散失掉，因為 LED 的發(fā)光效率嚴重依賴于溫度，當結點溫度升高到一定水平后，會發(fā)生明顯的顏色漂移以及發(fā)光效率下降等現象。 成本過高是 LED 光源面臨的另一個挑戰(zhàn)。目前單顆 1W LED 元件的價格在15 元左右， 3W 的價格在 20 元以上，標稱發(fā)出的光通量分別為 35lm 和 80lm。而一個出光量為 3000 多流明的 40W 熒光燈的價格卻不到 10 元。因此還需不斷提高 LED 元件的光通量，同時快速降低其價格。上述的多芯片封裝技術有望加速 LED 照明光源進入通用照明市場。 靜電防護在功率型 LED 封裝中是十分重要的。由于芯片的正負電極均位于芯片的同一個面上，間距很??；對于 InGaN/AlGaN/GaN 雙異質結， InGaN 活化層的厚度僅幾十納米，對靜電的承受能力很小，極易被靜電擊穿，使器件失效。因此，在產業(yè)化生產中，需要從電路設計、工藝操作以及附加保護器 件上來保護功率型 LED 免遭靜電的損害。芯片輸入功率的提高還帶來一個新的問題 —— 熱遷移。因為 LED 芯片的功率密度非常大，而目前 LED 的發(fā)光效率較低，因此大量的電能轉化為了熱量。這些熱量在微小的芯片上產生很大的熱流密度，使得芯片與基板間形成一個較高的溫度梯度。由于原子在高低溫下的遷移速度不同，從而導致原子形成定向移動，引起器件互連失效。 封裝發(fā)展趨勢 隨著大功率 LED 芯片性能的迅速提高，功率型 LED 的封裝技術不斷改進以適應形勢的發(fā)展，如圖 25 所示：從開始的引線框架式封裝到多芯片陣列組裝，再到如今的 3D 陣列式封裝，其輸入功率不斷提高，而封裝熱阻顯著降低。根據美國光電工業(yè)發(fā)展協(xié)會 (OIDA)制定的目標，到 2020 年， LED 的發(fā)光效率將提高到 150 lm/W，輸入功率密度達到 400W/cm2，而成本則降到熒光燈的水平。為了實現這些目標，進一步改善 LED 封裝的熱管理將是關鍵之一，另外芯片設計制電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設計 論文 10 造與封裝工藝的有機融合也非常有利于產品性價比的提升，如美國 Cree 公司與Berkeley 國家實驗室