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大功率LED封装工艺及发展趋势

来源:中国LED网    时间:2016-07-08    【字体:

  LED封装的主要目的是实现LED芯片和外界电路的电气互连与机械接触,保护LED免受机械、热、潮湿等外部冲击,实现光学方面的要求,提高出光效率,满足芯片散热要求,提高其使用性能和可靠性。

  LED封装设计主要涉及光学、热学、电学和机械(结构)等方面,这些因素彼此相互独立,又相互影响,其中光是LED封装的目的,热是关键,电和机械是手段,而性能是具体体现。

  当前高效率,大功率是LED的主要发展方向之一,各国及研究机构均致力于高性能LED芯片的研究:表面粗化、倒金字塔结构、透明衬底技术、优化电极几何形状、分布布拉格反射层、激光衬底剥离技术、微结构和光子晶体技术等。

  大功率LED封装由于结构和工艺复杂,并直接影响到LED的使用性能和寿命,一直是近年来的研究热点,特别是照明级大功率LED散热封装更是研究热点中的热点,很多大学、研究所和公司也都对LED封装技术进行了研究并取得成果:大面积芯片倒装结构和共晶焊接技术、thin.film技术、金属基板和陶瓷基板技术、荧光粉保形涂层(conformalcoating)技术、光予散射萃取工艺(ScatteredPhotonExtractionmethod,SPE)、耐UV和日光辐射及抗潮的封装树脂研究、光学优化设计等。

  随着大功率LED芯片性能的迅速提高,功率型LED的封装技术不断改进以适应形势的发展,:从开始的引线框架式封装到多芯片阵列组装,再到如今的3D阵列式封装,其输入功率不断提高,而封装热阻显著降低。为了推动LED在普通照明领域的发展,迸一步改善LED封装的热管理将是关键之一,另外芯片设计制造与封装工艺的有机融合也非常有利于产品性价比的提升;随着表面贴装技术(SMT)在工业上的大规模应用,采用透明型封装材料和功率型MOSFET封装平台将是LED封装发展的一个方向,功能集成(比如驱动电路)也将进一步的推动LED封装技术的发展。应用于其它学科中的技术也可能在未来LED照明光源的封装中找到舞台,如新兴的流体自组装(FluidicSelf-Assembly,FSA)技术等。

  为了进一步提高单个元件的光通量并降低封装成本,近年来多芯片封装技术获得了很大的发展。把半导体封装工艺中的SiP/CoB(SysteminPackaging/ChiponBoard,系统封装/板上芯片)技术运用到LED芯片的封装上,即直接将LED芯片封装在散热基板上,可使大功率LED器件稳定且可靠的工作,又能做到封装结构简单紧凑。如何让LED保持长时间的持续可靠工作是目前大功率LED器件封装和系统封装的关键技术。

  随着芯片技术的日益成熟;单个LED芯片的输入功率可以进一步提高到3W、5W甚至更高,芯片本身承受的电流密度以及热流密度急剧提高,因此防止LED的热量累积变得越来越重要。如果不能有效的耗散这些热量,随之而来的热效应将严重影响到整个LED发光器件的可靠性以及寿命;若多个大功率LED芯片密集排列构成白光照明系统,热量的耗散问题更为严重,如何提高封装散热能力是现阶段照明级大功率LED函待解决的关键技术之一。

  在封装过程中LED芯片、金线、封装树脂、透镜、以及芯片热沉等各个环节,散热问题都必须很好地重视。其突破点就是芯片衬底的结构、材料以及外部集成的冷却模块技术。摸索合适的结构和材料、制备工艺和参数来设计和制备低接口热阻、高散热性能及低机械应力的封装结构对于未来大功率LED封装的散热性能的提高和发展具有非常现实的意义。

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