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大功率LED封裝工藝及發展趨勢

發布時間:2017-5-11 11:26:42

LED封裝的主要目的是實現LED芯片和外界電路的電氣互連與機械接觸,保護LED免受機械、熱、潮濕等外部沖擊,實現光學方面的要求,提高出光效率,滿足芯片散熱要求,提高其使用性能和可靠性。

 

  LED封裝設計主要涉及光學、熱學、電學和機械(結構)等方面,這些因素彼此相互獨立,又相互影響,其中光是LED封裝的目的,熱是關鍵,電和機械是手段,而性能是具體體現。

 

  當前高效率,大功率是LED的主要發展方向之一,各國及研究機構均致力于高性能LED芯片的研究:表面粗化、倒金字塔結構、透明襯底技術、優化電極幾何形狀、分布布拉格反射層、激光襯底剝離技術、微結構和光子晶體技術等。

 

  大功率LED封裝由于結構和工藝復雜,并直接影響到LED的使用性能和壽命,一直是近年來的研究熱點,特別是照明級大功率LED散熱封裝更是研究熱點中的熱點,很多大學、研究所和公司也都對LED封裝技術進行了研究并取得成果:大面積芯片倒裝結構和共晶焊接技術、thin.film技術、金屬基板和陶瓷基板技術、熒光粉保形涂層(conformalcoating)技術、光予散射萃取工藝(ScatteredPhotonExtractionmethod,SPE)、耐UV和日光輻射及抗潮的封裝樹脂研究、光學優化設計等。

 

  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展,: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。為了推動LED在普通照明領域的發展,迸一步改善LED封裝的熱管理將是關鍵之一,另外芯片設計制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;隨著表面貼裝技術(SMT)在工業上的大規模應用,采用透明型封裝材料和功率型MOSFET封裝平臺將是LED封裝發展的一個方向,功能集成(比如驅動電路)也將進一步的推動LED封裝技術的發展。應用于其它學科中的技術也可能在未來LED照明光源的封裝中找到舞臺,如新興的流體自組裝(FluidicSelf-Assembly,FSA)技術等。

 

  為了進一步提高單個元件的光通量并降低封裝成本,近年來多芯片封裝技術獲得了很大的發展。把半導體封裝工藝中的SiP/CoB(SysteminPackaging/ChiponBoard,系統封裝/板上芯片)技術運用到LED芯片的封裝上,即直接將LED芯片封裝在散熱基板上,可使大功率LED器件穩定且可靠的工作,又能做到封裝結構簡單緊湊。如何讓LED保持長時間的持續可靠工作是目前大功率LED器件封裝和系統封裝的關鍵技術。

 

  隨著芯片技術的日益成熟;單個LED芯片的輸入功率可以進一步提高到3W、5W甚至更高,芯片本身承受的電流密度以及熱流密度急劇提高,因此防止LED的熱量累積變得越來越重要。如果不能有效的耗散這些熱量,隨之而來的熱效應將嚴重影響到整個LED發光器件的可靠性以及壽命;若多個大功率LED芯片密集排列構成白光照明系統,熱量的耗散問題更為嚴重,如何提高封裝散熱能力是現階段照明級大功率LED函待解決的關鍵技術之一。

 

  在封裝過程中LED芯片、金線、封裝樹脂、透鏡、以及芯片熱沉等各個環節,散熱問題都必須很好地重視。其突破點就是芯片襯底的結構、材料以及外部集成的冷卻模塊技術。摸索合適的結構和材料、制備工藝和參數來設計和制備低接口熱阻、高散熱性能及低機械應力的封裝結構對于未來大功率LED封裝的散熱性能的提高和發展具有非常現實的意義。


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