大功率LED照明产品及散热技术
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大功率LED技术、照明产品及 其散热技术
主要内容 功率型ＬＥＤ芯片技术原理 大功率ＬＥＤ技术结构设计
功率型ＬＥＤ散热技术 结束语
功率型ＬＥＤ芯片技术原理
• LED的应用面不断扩大，首先进入特种照明的市场领域 ，并向普通照明市场迈进。由于LED芯片输入功率的不 断提高，对这些功率型LED的封装技术提出了更高的要 求。功率型LED封装技术主要应满足以下两点要求：
(3) 陶瓷底板倒装法: 先利用LED晶片通用设备制备出具有适合共晶焊接电
极结构的大出光面积的LED芯片和相应的陶瓷底板，并在 陶瓷底板上制作出共晶焊接导电层及引出导电层，然后利 用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与陶瓷底板焊接在一起。 这样的结构既考虑了出光问题也考虑到了散热问题，并且 采用的陶瓷底板为高导热陶瓷板，散热效果非常理想，价 格又相对较低，所以为目前较为适宜的底板材料，并可为 将来的集成电路一体化封装预留空间。
• 一是封装结构要有高的取光效率； • 二是热阻要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性
能和可靠性。
何为大功率芯片?
大功率LED广义上说就是单颗LED光源功率大于 0.35W(含0.35W)的，拥有大额定工作电流的发光二极 管。普通LED功率一般为0.05W、工作电流为20mA， 而大功率LED可以达到1W、2W、甚至数十瓦，工作电 流可以是几十毫安到几百毫安不等。由于目前大功率 LED在光通量、转换效率和成本等方面的制约，因此决 定了大功率白光LED短期内的应用主要是一些特殊领域 的照明，中长期目标才是通用照明。
然后将金属化凸点的AlGaInN芯片倒装焊接在具有防静 电保护二极管（ESD）的硅载体上。
9、我们的市场行为主要的导向因素，第一个是市场需求的导向，第二个是技术进步的导向，第三大导向是竞争对手的行为导向。21.8.1621.8.16Monday, August 16, 2021 10、市场销售中最重要的字就是“问”。13:28:4713:28:4713:288/16/2021 1:28:47 PM 11、现今，每个人都在谈论着创意，坦白讲，我害怕我们会假创意之名犯下一切过失。21.8.1613:28:4713:28Aug-2116-Aug-21 12、在购买时，你可以用任何语言；但在销售时，你必须使用购买者的语言。13:28:4713:28:4713:28Monday, August 16, 2021 13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.8.1621.8.1613:28:4713:28:47August 16, 2021 14、市场营销观念：目标市场，顾客需求，协调市场营销，通过满足消费者需求来创造利润。2021年8月16日星期一下午1时28分47秒13:28:4721.8.16 15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2021年8月下午1时28分21.8.1613:28August 16, 2021 16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2021年8月16日星期一1时28分47秒13:28:4716 August 2021 17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。下午1时28分47秒下午1时28分13:28:4721.8.16
大功率ＬＥＤ技术结构设计
• 半导体LED若要作为照明光源，常规产品的光通量与白 炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。LED要在 照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至 现有照明光源的等级。
• 功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技 术和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高 ，但获得高发光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率低 。
(4)蓝宝石衬底过渡法。按照传统的InGaN芯片制造方法在蓝 宝石衬底上生长出PN结后，将蓝宝石衬底切除，再连接上传 统的四元材料，制造出上下电极结构的大尺寸蓝光LED芯片。
(5) AlGaInN碳化硅（SiC）背面出光法。美国Cree公司是 全球唯一采用SiC衬底制造AlGaInN超高亮度LED的厂家，几 年来其生产的AlGaInN/SiCa芯片结构不断改进，亮度不断提 高。由于P型和N型电极分别位于芯片的底部和顶部，采用单 引线键合，兼容性较好，使用方便，因而成为AlGaInNLED 发展的另一主流产品。
美国Lumileds公司于2001年研制出了AlGaInN功率型倒装 芯片（FCLED）结构，其制造流程是：
首先在外延片顶部的P型GaN上淀积厚度大于500A的 NiAu层，用于欧姆接触和背反射；
再采用掩模选择刻蚀掉P型层和多量子阱有源层，露出N 型层；
经淀积、刻蚀形成N型欧姆接触层，芯片尺寸为 1mm×1mm,P型欧姆接触为正方形，N型欧姆接触以梳状 插入其中，这样可缩短电流扩展距离，把扩展电阻降至最小；
• 现有的功率型LED的设计采用了倒装焊新结构来提高芯 片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大芯片面 积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获 得较高的发光通量。除了芯片外，器件的封装技术也举 足轻重。关键的封装技术工艺有：
几种整合模式
3W模组,9颗V 5W模组,4颗芯片 (芯片尺寸:40mil),2并2串,电流700mA,电压6.2-7.0V
LED大功率的实现方法
(1)加大尺寸法: 通过增大单体LED的有效发光面积和尺寸，促使流经TCL
层的电流均匀分布，以达到预期的光通量。但是，简单地增大 发光面积无法解决散热问题和出光问题，并不能达到预期的光 通量和实际应用效果。 (2)硅底板倒装法:
首先制备出适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备出 相应尺寸的硅底板，并在硅底板上制作出供共晶焊接用的金导 电层及引出导电层（超声金丝球焊点），再利用共晶焊接设备 将大尺寸LED芯片与硅底板焊接在一起。这样的结构较为合理， 既考虑了出光问题又考虑到了散热问题，这是目前主流的大功 率LED的生产方式。
主要内容 功率型ＬＥＤ芯片技术原理 大功率ＬＥＤ技术结构设计
功率型ＬＥＤ散热技术 结束语
功率型ＬＥＤ芯片技术原理
• LED的应用面不断扩大，首先进入特种照明的市场领域 ，并向普通照明市场迈进。由于LED芯片输入功率的不 断提高，对这些功率型LED的封装技术提出了更高的要 求。功率型LED封装技术主要应满足以下两点要求：
(3) 陶瓷底板倒装法: 先利用LED晶片通用设备制备出具有适合共晶焊接电
极结构的大出光面积的LED芯片和相应的陶瓷底板，并在 陶瓷底板上制作出共晶焊接导电层及引出导电层，然后利 用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与陶瓷底板焊接在一起。 这样的结构既考虑了出光问题也考虑到了散热问题，并且 采用的陶瓷底板为高导热陶瓷板，散热效果非常理想，价 格又相对较低，所以为目前较为适宜的底板材料，并可为 将来的集成电路一体化封装预留空间。
• 一是封装结构要有高的取光效率； • 二是热阻要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性
能和可靠性。
何为大功率芯片?
大功率LED广义上说就是单颗LED光源功率大于 0.35W(含0.35W)的，拥有大额定工作电流的发光二极 管。普通LED功率一般为0.05W、工作电流为20mA， 而大功率LED可以达到1W、2W、甚至数十瓦，工作电 流可以是几十毫安到几百毫安不等。由于目前大功率 LED在光通量、转换效率和成本等方面的制约，因此决 定了大功率白光LED短期内的应用主要是一些特殊领域 的照明，中长期目标才是通用照明。
然后将金属化凸点的AlGaInN芯片倒装焊接在具有防静 电保护二极管（ESD）的硅载体上。
9、我们的市场行为主要的导向因素，第一个是市场需求的导向，第二个是技术进步的导向，第三大导向是竞争对手的行为导向。21.8.1621.8.16Monday, August 16, 2021 10、市场销售中最重要的字就是“问”。13:28:4713:28:4713:288/16/2021 1:28:47 PM 11、现今，每个人都在谈论着创意，坦白讲，我害怕我们会假创意之名犯下一切过失。21.8.1613:28:4713:28Aug-2116-Aug-21 12、在购买时，你可以用任何语言；但在销售时，你必须使用购买者的语言。13:28:4713:28:4713:28Monday, August 16, 2021 13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.8.1621.8.1613:28:4713:28:47August 16, 2021 14、市场营销观念：目标市场，顾客需求，协调市场营销，通过满足消费者需求来创造利润。2021年8月16日星期一下午1时28分47秒13:28:4721.8.16 15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2021年8月下午1时28分21.8.1613:28August 16, 2021 16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2021年8月16日星期一1时28分47秒13:28:4716 August 2021 17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。下午1时28分47秒下午1时28分13:28:4721.8.16
大功率ＬＥＤ技术结构设计
• 半导体LED若要作为照明光源，常规产品的光通量与白 炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。LED要在 照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至 现有照明光源的等级。
• 功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技 术和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高 ，但获得高发光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率低 。
(4)蓝宝石衬底过渡法。按照传统的InGaN芯片制造方法在蓝 宝石衬底上生长出PN结后，将蓝宝石衬底切除，再连接上传 统的四元材料，制造出上下电极结构的大尺寸蓝光LED芯片。
(5) AlGaInN碳化硅（SiC）背面出光法。美国Cree公司是 全球唯一采用SiC衬底制造AlGaInN超高亮度LED的厂家，几 年来其生产的AlGaInN/SiCa芯片结构不断改进，亮度不断提 高。由于P型和N型电极分别位于芯片的底部和顶部，采用单 引线键合，兼容性较好，使用方便，因而成为AlGaInNLED 发展的另一主流产品。
美国Lumileds公司于2001年研制出了AlGaInN功率型倒装 芯片（FCLED）结构，其制造流程是：
首先在外延片顶部的P型GaN上淀积厚度大于500A的 NiAu层，用于欧姆接触和背反射；
再采用掩模选择刻蚀掉P型层和多量子阱有源层，露出N 型层；
经淀积、刻蚀形成N型欧姆接触层，芯片尺寸为 1mm×1mm,P型欧姆接触为正方形，N型欧姆接触以梳状 插入其中，这样可缩短电流扩展距离，把扩展电阻降至最小；
• 现有的功率型LED的设计采用了倒装焊新结构来提高芯 片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大芯片面 积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获 得较高的发光通量。除了芯片外，器件的封装技术也举 足轻重。关键的封装技术工艺有：
几种整合模式
3W模组,9颗V 5W模组,4颗芯片 (芯片尺寸:40mil),2并2串,电流700mA,电压6.2-7.0V
LED大功率的实现方法
(1)加大尺寸法: 通过增大单体LED的有效发光面积和尺寸，促使流经TCL
层的电流均匀分布，以达到预期的光通量。但是，简单地增大 发光面积无法解决散热问题和出光问题，并不能达到预期的光 通量和实际应用效果。 (2)硅底板倒装法:
首先制备出适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备出 相应尺寸的硅底板，并在硅底板上制作出供共晶焊接用的金导 电层及引出导电层（超声金丝球焊点），再利用共晶焊接设备 将大尺寸LED芯片与硅底板焊接在一起。这样的结构较为合理， 既考虑了出光问题又考虑到了散热问题，这是目前主流的大功 率LED的生产方式。