大功率led封裝技術(shù)與發(fā)展趨勢-在線瀏覽
2024-08-06 20:05本頁面
【正文】 的發(fā)展，LED封裝先后經(jīng)歷了支架式(Lamp LED)、貼片式(SMD LED)、功率型LED(Power LED)等發(fā)展階段。為了有效地降低封裝熱阻，提高出光效率，必須采用全新的技術(shù)思路來進行封裝設(shè)計。這些因素彼此既相互獨立，又相互影響。從工藝兼容性及降低生產(chǎn)成本而言，LED封裝設(shè)計應(yīng)與芯片設(shè)計同時進行，即芯片設(shè)計時就應(yīng)該考慮到封裝結(jié)構(gòu)和工藝。具體而言，大功率LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)包括：（一）低熱阻封裝工藝對于現(xiàn)有的LED光效水平而言，由于輸入電能的80％左右轉(zhuǎn)變成為熱量，且LED芯片面積小，因此，芯片散熱是LED封裝必須解決的關(guān)鍵問題。LED封裝熱阻主要包括材料（散熱基板和熱沉結(jié)構(gòu)）內(nèi)部熱阻和界面熱阻。常用的散熱基板材料包括硅、金屬（如鋁，銅）、陶瓷（如 ，AlN，SiC）和復(fù)合材料等。該技術(shù)首先制備出適于共晶焊的大功率LED芯片和相應(yīng)的陶瓷基板，然后將LED芯片與基板直接焊接在一起。德國Curmilk公司研制的高導(dǎo)熱性覆銅陶瓷板，由陶瓷基板（AlN或 ）和導(dǎo)電層（Cu）在高溫高壓下燒結(jié)而成，沒有使用黏結(jié)劑，因此導(dǎo)熱性能好、強度高、絕緣性強，如圖2（b）所示。研究表明，封裝界面對熱阻影響也很大，如果不能正確處理界面，就難以獲得良好的散熱效果。改善LED封裝的關(guān)鍵在于減少界面和界面接觸熱阻，增強散熱。LED封裝常用的TIM為導(dǎo)電膠和導(dǎo)熱膠，由于熱導(dǎo)率較低，致使界面熱阻很高。（二）高取光率封裝結(jié)構(gòu)與工藝在LED使用過程中，輻射復(fù)合產(chǎn)生的光子在向外發(fā)射時產(chǎn)生的損失，主要包括三個方面：芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷以及材料的吸收；光子在出射界面由于折射率差引起的反射損失；以及由于入射角大于全反射臨界角而引起的全反射損失。通過在芯片表面涂覆一層折射率相對較高的透明膠層(灌封膠)，由于該膠層處于芯片和空氣之間，從而有效減少了光子在界面的損失，提高了取光效率。因此，要求其透光率高，折射率高，熱穩(wěn)定性好，流動性好，易于噴涂。目前常用的灌封膠包括環(huán)氧樹脂和硅膠。研究表明，提高硅膠折射率可有效減少折射率物理屏障帶來的光子損失，提高外量子效率，但硅膠性能受環(huán)境溫度影響較大。熒光粉的作用在于光色復(fù)合，形成白光。研究表明，隨著溫度上升，熒光粉量子效率降低,出光減少，輻射波長也會發(fā)生變化，從而引起白光LED色溫、色度的變化，較高的溫度還會加速熒光粉的老化。此外，高溫下灌封膠和熒光粉的熱穩(wěn)定性也存在問題。由于兩者間折射率的不匹配，以及熒光粉顆粒尺寸遠(yuǎn)大于光散射極限（30nm），因而在熒光粉顆粒表面存在光散射，降低了出光效率。傳統(tǒng)的熒光粉涂敷方式是將熒光粉與灌封膠混合，然后點涂在芯片上。而Lumileds公司開發(fā)的保形涂層（Conformal coating）技術(shù)可實現(xiàn)熒光粉的均勻涂覆，保障了光色的均勻性，如圖3（b）。有鑒于此，美國Rensselaer 研究所提出了一種光子散射萃取工藝（Scattered Photon Extraction method，SPE)，通過在芯片表面布置一個聚焦透鏡，并將含熒光粉的玻璃片置于距芯片一定位置，不僅提高了器件可靠性，而且大大提高了光效（60％），如圖3(c)。此外，減少LED出光方向的光學(xué)界面數(shù)，也是提高出光效率的有效措施。引腳式（Lamp）LED封裝 引腳式封裝就是常用的 3－5mm封裝結(jié)構(gòu)。主要用于儀表顯示或指示，大規(guī)模集成時也可作為顯示屏。表面組裝（貼片）式（SMT－LED）
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