功率型LED封装技术(精)
功率器件封装工艺流程
2023-11-07
contents
目录
• 功率器件封装概述 • 前段封装工艺 • 后段封装工艺 • 特殊封装工艺 • 封装工艺材料与设备 • 封装工艺研究与发展趋势
01
功率器件封装概述
封装的作用与重要性
1 2 3
提高功率器件的可靠性
通过封装，可以保护功率器件免受环境因素（ 如温度、湿度、尘埃等）的影响，提高其可靠 性。
成品测试
外观检查
对封装完成的功率器件进行外观检查，包括 器件的高度、平整度、引脚是否歪斜等。
电气性能测试
对封装完成的功率器件进行电学性能测试，包括导 通电阻、耐压、电流等参数的测试。
环境适应性测试
对封装完成的功率器件进行环境适应性测试 ，包括高温高湿、振动、盐雾等恶劣环境的 测试。
04
特殊封装工艺
实现标准化和批量生产
通过封装，可以将不同规格和类型的功率器件 进行标准化，从而实现批量生产，提高生产效 率。
提高功率器件的性能
通过先进的封装技术，可以改善功率器件的性 能，例如降低内阻、提高散热性能等。
封装工艺的基本流程
引线键合
将芯片上的电极与引线连接起来， 通常采用超声波键合或热压键合等 方法。
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THANKS
封装设备
切割设备பைடு நூலகம்
用于将功率器件从原始芯片中分离出来， 并进行初步的切割和形状加工。
清洗设备
用于清洗封装过程中的各种材料和器件， 保证其清洁度和质量。
焊接设备
用于将金属引脚或其他连接件焊接到功率 器件上，保证其可靠性和稳定性。
检测设备
用于检测封装后的功率器件性能和质量， 包括电气性能测试、外观检测等。
led封装工艺以及各站工艺作用
烘烤固化
点胶入碗杯内
点胶站
万分位精密 电子称
MUSASHI 搅拌机
远方排测机
所需物料：AB胶水；荧光粉
远方积分球测试仪
点胶站
防潮柜
（1）点胶目的：做为被动发光的荧光粉和芯片一起作 用，生成白光；
（2）AB胶水烘烤后变成固体，有韧性，起保护芯片，金 线的作用，同时也防止外界气体进入对内部材料的老化
Single Bond 二 焊侧面
BBOS 二焊侧面
BSOB 二焊侧面
管制要点
焊线外观 金线拉力 金球推力 线弧高度
Lamp-LED封装
峰端 线颈/NecBk /Peak
金线/Wire C
金球 /BAall
焊垫/Bond Pad
晶片/Die
支架/ L/F
线颈/Neck D
魚尾 /StEitch
支架/ L/F
W=R+C=G+M=B+Y
LED封装目的
- 保护内部线路(晶片、金线)
- 连接外部线路 - 提供焊点 - 提供散热途径
ESD
__ _
IC Chip
Humidity
1.直插式
LED封装形式
□ Lamp-LED 2.贴片型(SMD)（协源）
□ Chip-LED
□ TOP-LED
□ Side-LED 3.功率型
项目
金线拉力 Wire pull
金球推力 Ball shear
线径
0.9mil 1.0mil 1.2mil 0.9mil 1.0mil 1.2mil
规格
≥5g ≥6g ≥8g ≥25g ≥30g ≥40g
可接受之 破坏模式 B、C、D
led功率型封装
led功率型封装LED功率型封装LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，可以将电能直接转化为可见光。
为了提高LED的功率和效率，设计了多种不同功率型封装。
一、背景介绍LED是一种高效、节能、环保的照明光源，广泛应用于室内照明、显示屏、汽车照明等领域。
为了满足不同应用场景的需求，LED的功率和亮度需要不断提高。
功率型封装是实现LED高功率和高亮度的关键技术之一。
二、功率型封装的分类根据LED的功率和散热需求，功率型封装可分为以下几种类型：1. DIP封装DIP（Dual in-line package）封装是最早出现的LED封装形式之一。
它采用直插式封装，适用于低功率LED，如指示灯、背光等。
DIP封装的优点是结构简单、成本低廉，但散热性能较差。
2. SMD封装SMD（Surface Mount Device）封装是一种表面贴装封装形式，适用于中功率LED。
SMD封装具有体积小、重量轻、热阻低的优点，广泛应用于室内照明和显示屏等领域。
3. COB封装COB（Chip on Board）封装是将多颗LED芯片直接焊接在一块载体上，形成一个整体封装。
COB封装具有高集成度、高亮度的特点，适用于高功率、高亮度的照明应用。
4. CSP封装CSP（Chip Scale Package）封装是将LED芯片直接封装在无封装基板上，形成一个非常小巧的封装。
CSP封装具有体积小、热阻低的特点，适用于高密度、紧凑型的应用场景。
三、功率型封装的优势和挑战功率型LED封装相比传统封装形式具有以下优势：1. 提高散热性能：功率型封装采用优化的热设计，能够更有效地散发热量，降低LED工作温度，提高LED的寿命和稳定性。
2. 增加光输出：功率型封装可以集成更多的LED芯片，提高光输出功率和亮度，满足更高要求的照明需求。
3. 提升光效：功率型封装采用优化的光学设计，能够更好地控制光的发射方向和光束角度，提高光的利用效率。
LED封装技术及结构
led封装技术及结构newmakerLED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。
一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。
而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。
LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。
但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高LED的内、外部量子效率。
常规Φ5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。
反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。
顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂)，起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。
用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性，绝缘性，机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率高。
选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。
若采用尖形树脂透镜，可使光集中到LED的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。
大功率LED封装关键技术讨论
① 掌握芯片发光的分布特点 ； ②根据芯片发
光的分布特点和 Ｌ Ｅ Ｄ最终光强分布的要求设 计 出光通道 ： ③ 选择合适 的出光通道材 料
和 加工工艺。
诸 多因素的制约 ，其中散热 不 良和可靠 性不
高是关键 。本文通过改善大功率 Ｌ Ｅ Ｄ封装关 键技术，从而使大功率 Ｌ Ｅ Ｄ 的发光效率、光
源 的要求 ，照明用功率型 Ｌ Ｅ Ｄ的封装面临着 以下 挑战 ：更高 的发光效率 ；更好 的光学特 性 ；更大 的输入功 率；更 高的可靠 性；更低 的成本 。下面将讨论大功率 Ｌ Ｅ Ｄ封装的关键
好的散热结构 ，使 Ｌ Ｅ Ｄ 内部 的热量 能尽快地 被 导出和消 散，以降低 芯片的结温 ，提高其 发光效率。芯片结温 （ Ｔ Ｊ ）与环 境温度 （ Ｔ Ａ） 、
的芯片主要有 Ｈ Ｐ公司的 Ｔ Ｓ类芯片 、Ｃ Ｒ Ｅ Ｅ
公司的 ＸＢ类芯片等 等。 芯片选定之后 ， 要提高 Ｌ Ｅ Ｄ的发光效率 ，
对解 决功率型 Ｌ Ｅ Ｄ 散热 问题提供 一定 的指
导。
参考文献
［ １ ］ 陈 治 明 ． 半 导体 概 论 ［ Ｍ ］ ．北 京 ：电子 工 业 出版 社 ，２ ０ ０ ８ ．
能否将 芯片发 出的光高 效地萃取 和导 出，就 是关键所在 。由于芯 片发光 层的折射率较高 ， 如果 出光通道 与芯片表 面接合 的物质折射 率
与之相 差较大 ，则会导致 芯片表 面的全 反射 临界角较 小 ，芯 片发 出的光只有 ～部分 能通 过界面 逸出被有 效利用 ，相 当一部分 的光 因 全 反射而 被 困在 芯片 内部 ，造成萃 光效率 偏 低 ，直接影响 Ｌ Ｅ Ｄ的发光效率 。为了提高萃 光效率 ，在选择 与芯片表 面接合 的物质 时，
led灯(Lamp)封装
一、前言大功率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，特别是大功率白光led封装更是研究热点中的热点。
led封装的功能主要包括：1.机械保护，以提高可靠性；2.加强散热，以降低芯片结温，提高led性能；3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布；4.供电管理，包括交流/直流转变，以及电源控制等。
led封装方法、材料、结构和工艺的选择主要由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。
经过40多年的发展，led封装先后经历了支架式(lamp led)、贴片式(smd led)、功率型led(power led)等发展阶段。
随着芯片功率的增大，特别是固态照明技术发展的需求，对led封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。
为了有效地降低封装热阻，提高出光效率，必须采用全新的技术思路来进行封装设计。
二、大功率led封装关键技术大功率led封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面，如图1所示。
这些因素彼此既相互独立，又相互影响。
其中，光是led封装的目的，热是关键，电、结构与工艺是手段，而性能是封装水平的具体体现。
从工艺兼容性及降低生产成本而言，led封装设计应与芯片设计同时进行，即芯片设计时就应该考虑到封装结构和工艺。
否则，等芯片制造完成后，可能由于封装的需要对芯片结构进行调整，从而延长了产品研发周期和工艺成本，有时甚至不可能。
具体而言，大功率led封装的关键技术包括：（一）低热阻封装工艺对于现有的led光效水平而言，由于输入电能的80％左右转变成为热量，且led芯片面积小，因此，芯片散热是led封装必须解决的关键问题。
主要包括芯片布置、封装材料选择（基板材料、热界面材料）与工艺、热沉设计等。
led封装热阻主要包括材料（散热基板和热沉结构）内部热阻和界面热阻。
散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。
LED的封装与应用
LED的封装与应用一、LED的封装材料所谓封装，就是将LED芯片用绝缘的塑料或陶瓷材料打包使芯片与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降，封装后的芯片更便于安装和运输。
封装技术至关重要，因为只有封装好的产品才能成为终端产品，才能为用户所用，而且封装技术的好坏直接影响到产品自身性能的发挥，可靠的封装技术是产品走向实用化、走向市场的必经之路。
1.LED荧光粉荧光粉是通过吸收电子线、X射线、紫外线、电场等的能量后，将其中一部分能量转化成可视效率较高的可见光并输出（发光）的物质。
荧光粉吸收LED 发出的蓝光后，可转化为绿色、黄色或红色的光输出。
荧光粉属无机化合物，其一般为1μm（微米）至数十微米的粉末状颗粒。
为获得荧光物质，一般在被称为母体的适当化合物A中添加被称为激活剂（也称发光中心）的元素B，通常用符号A∶B来表示荧光粉的种类。
LED使用的荧光粉，按发光颜色可分为红、绿、蓝；按荧光粉组成基质可分为硅酸盐、氯硅酸盐、铝酸盐、氮氧化物、氮化物、钨酸盐、钼酸盐、硫氧化物等，目前主要使用的是硅酸盐或氮氧化物绿粉、YAG黄粉、氮化物红粉。
友情提示目前采用荧光粉产生白光共有三种方式：蓝光LED芯片配合黄色荧光粉；蓝光LED芯片配合红色、绿色荧光粉；UV-LED芯片配合红、绿、蓝三基色荧光粉。
不同荧光粉产生白光LED的优缺点比较见表1-3。
表1-3 不同荧光粉产生白光LED的优缺点比较2.主剂材料LED封装的主剂材料有环氧树脂、活性稀释剂、消泡剂、调色剂和脱模剂，见表1-4。
表1-4 LED封装的主剂材料3.固化剂材料LED封装的固化剂材料有甲基六氢苯酐、促进剂、抗氧剂，见表1-5。
表1-5 LED封装的固化剂4.陶瓷材料由于LED发出的短波长光中的一部分会造成树脂老化等问题，陶瓷材料成为解决这一问题的理想材料。
陶瓷材料可使用在搭载LED芯片的衬底上。
陶瓷材料的防热性能很好，具有几乎不会被光老化的特点。
功率半导体封装结构
功率半导体封装结构随着电力电子技术的不断发展，功率半导体器件已经成为了现代电力电子系统中不可或缺的重要组成部分。
而功率半导体器件的封装结构则是保障其性能稳定和可靠性的关键。
本文将就功率半导体封装结构进行详细介绍。
一、功率半导体器件的封装类型功率半导体器件的封装类型主要有三种：晶体管式、二极管式和模块式。
其中，晶体管式封装主要适用于低压、低功率的应用场合；二极管式封装适用于高压、低电流的应用场合；模块式封装则适用于高压、大电流的应用场合。
二、功率半导体器件的封装结构功率半导体器件的封装结构主要由芯片、引线、封装材料和外壳组成。
1.芯片芯片是功率半导体器件的核心部件，其主要材料有硅、碳化硅、氮化硅等。
芯片的制造技术主要包括晶体生长、切割、抛光、掺杂等工艺。
2.引线引线是连接芯片和外部电路的重要部分。
目前常用的引线主要有铜线、铝线、金线等。
引线的连接方式有焊接、压接等。
3.封装材料封装材料是保护芯片和引线的重要保障。
常用的封装材料有环氧树脂、硅胶、聚酰亚胺等。
封装材料的选择需考虑其导热性、电绝缘性、机械强度等因素。
4.外壳外壳是功率半导体器件的外部保护结构，主要有金属外壳、陶瓷外壳等。
外壳的选择需考虑其散热性、机械强度等因素。
三、功率半导体器件的封装技术功率半导体器件的封装技术主要包括晶圆级封装、芯片级封装和模块级封装等。
1.晶圆级封装晶圆级封装是将多个芯片封装在一个晶圆上，然后进行切割和分离。
该封装方式具有封装密度高、成本低的优点，但由于芯片间的热阻较大，散热效果不佳，因此适用于低功率、低压的应用场合。
2.芯片级封装芯片级封装是将单个芯片封装在一个小型封装体内，可有效提高功率半导体器件的散热性能。
常见的芯片级封装方式有TO封装、SMD 封装、BGA封装等。
3.模块级封装模块级封装是将多个芯片封装在一个大型封装体内，可实现高功率、高压的应用需求。
常见的模块级封装方式有IGBT模块、MOSFET 模块、整流模块等。
功率型LED芯片的热超声倒装技术
功率型L ED芯片的热超声倒装技术李艳玲1,牛萍娟1,郭维廉1,2,刘宏伟1,贾海强3,陈弘3,胡海蓉1(11天津工业大学信息与通信工程学院,天津300160;21天津大学电子信息工程学院,天津300072;31中国科学院物理所,北京100080)摘要:结合功率型G aN基蓝光LE D芯片的电极分布,在硅载体上电镀制作了金凸点,然后通过热超声倒装焊接技术将LE D芯片焊接到载体硅片上。
结果表明,在合适的热超声参数范围内,焊接后的功率型LE D光电特性和出光一致性较好,证明了热超声倒装焊接技术是一种可靠有效的功率型光电子器件互连技术。
关键词:功率型发光二极管;热超声;倒装焊;金凸点中图分类号:T N365;T N405197 文献标识码:A 文章编号:10032353X(2007)042354204Thermosonic Flip Chip Bongding for Pow er L ED Chips LI Y an2ling1,NI U Ping2juan1,G UO Wei2lian1,2,LI U H ong2wei1,J I A Hai2qiang3,CHE N H ong3,HU Hai2rong1(1.School o f Information&Communication Engineering,Tianjin Polytechnic Univer sity,Tianjin300160,China;2.School o f Electronic Information Engineering,Tianjin Univer sity,Tianjin300072,China;3.Institute o f Physics,Chinese Academy o f Sciences,Beijing100080,China)Abstract:Based on the distribution of electrodes for power G aN blue LE D chip,Au bum ps on Si were fabricated by electroplating,and then the LE D chips were welded to Si carrier by therm os onic FC B.The results indicate that the optic and electric characteristics as well as the light extraction uniformity of power LE D after therm os onic FC B are fine as long as the heat and ultras onic parameters are within a suitable range.Therm os onic flip chip bonding is a reliable and efficient connection technique for power optoelectronic devices.K ey w ords:power light emitting diode;therm os onic;flip chip bonding;Au bum p1 引言倒装焊技术是一种高性能的先进光电子互连技术,通过凸点它能方便地实现芯片与芯片或芯片与载体之间的电气和机械互连。
《LED封装介绍》课件
LED封装面临的挑战
技术创新
LED封装技术需要不断进行创新，提高 光效、降低成本，以满足市场需求。
产能与供应链管理
随着市场的不断扩大，LED封装企业 需要加强产能和供应链管理，确保产
品的及时供应。
表面贴装LED封装技术是一种将LED直接粘贴在电路板上的封装形式，具有体积 小、易于自动化生产等特点。
详细描述
表面贴装LED封装技术采用小型化的封装体和引脚，可以直接将LED粘贴在PCB 板上，简化了组装过程。这种封装形式广泛应用于消费电子产品中，如手机、电 视等。
功率型LED封装技术
总结词
功率型LED封装技术是一种高功率、高可靠性的LED封装形式 ，具有较长的使用寿命和较好的散热性能。
LED封装发展趋势
高效能化 随着LED照明技术的不断进步， 高效能、高光效的LED封装产品 成为发展趋势，能够满足市场对 节能照明的需求。
环保化 随着环保意识的提高，无铅、无 汞等环保型LED封装产品成为发用领域的拓宽，LED封装 产品趋向于小型化和集成化，以 适应不同空间和设计要求。
详细描述
功率型LED封装技术采用较大的芯片和特殊的散热设计，能 够承受较高的工作温度和电流密度。这种封装形式广泛应用 于照明、汽车等领域，需要解决的关键问题是散热和可靠性 问题。
05
LED封装应用领域
显示屏
01
02
03
广告牌显示屏
利用LED封装技术制作的 大型广告牌，具有高亮度 、长寿命和低能耗的特点 。
和散热的作用。
环氧树脂的质量和配比对LED的 透光率、耐热性和寿命有很大影
led照明封装技术的演变
led照明封装技术的演变摘要：一、LED 照明封装技术的概念二、LED 照明封装技术的演变历程1.第一阶段：引线框架2.第二阶段：表面贴装技术3.第三阶段：功率型封装技术4.第四阶段：多功能封装技术三、LED 照明封装技术的发展趋势正文：【一、LED 照明封装技术的概念】LED 照明封装技术是指将LED 芯片通过一定的工艺和材料包裹起来，形成一个整体结构，以达到保护LED 芯片、散热、光学控制等目的。
它是LED 照明产业的重要组成部分，对于LED 照明产品的性能、稳定性和使用寿命具有关键影响。
【二、LED 照明封装技术的演变历程】1.第一阶段：引线框架早期的LED 照明封装技术主要采用引线框架，即将LED 芯片通过引线连接到电路板上。
这种方法结构简单，但存在散热不良、光效低、体积大等问题，难以满足高性能LED 照明产品的需求。
2.第二阶段：表面贴装技术随着技术的发展，表面贴装技术（SMD）逐渐取代了引线框架。
SMD 技术将LED 芯片直接粘贴在电路板上，具有体积小、光效高、散热好等优点，满足了LED 照明产品小型化、高性能的要求。
3.第三阶段：功率型封装技术随着LED 照明应用领域的拓展，对LED 照明产品的功率要求不断提高。
功率型封装技术应运而生，它采用大功率LED 芯片，通过优化封装结构和材料，提高散热性能，实现高功率、高光效的LED 照明产品。
4.第四阶段：多功能封装技术随着LED 照明市场的不断成熟，客户对LED 照明产品的需求日益多样化。
多功能封装技术应运而生，它集成了多种功能，如调光、调色、智能控制等，满足不同场景和应用的需求。
【三、LED 照明封装技术的发展趋势】随着LED 照明技术的进步和市场需求的变化，LED 照明封装技术将持续发展。
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研究生课程小论文课程名称:新型电子器件封装论文题目 : 功率型 LED 封装技术论文评语 :成绩 : 任课教师 : 评阅日期 :目录摘要 (1)Abstract . ................................................................................................................ 1 1 绪论 ................................................................................................................... 2 1.1 LED 芯片结构 . ....................................................................................... 2 1.1.1 水平结构 ....................................................................................... 2 1.1.2 垂直结构 ....................................................................................... 3 1.1.3 倒装结构 ....................................................................................... 3 1.2 LED 的封装材料 . ................................................................................... 3 1.2.1 基板材料 ....................................................................................... 3 1.2.2 粘接材料 (4)1.2.3 封装胶 (4)2 LED封装方式和工艺 (5)2.1 LED 封装方式 . ....................................................................................... 5 2.1.1 引脚式封装 ................................................................................... 5 2.1.2 表面贴装式( SMT . ...................................................................... 5 2.1.3 板上芯片直装式( COB . .............................................................. 5 2.1.4 系统封装式( SiP (6)2.2 LED 封装工艺 . (6)3 LED封装的关键技术 (7)3.1 提高芯片的发光效率 ............................................................................. 7 3.2 出光通道的设计与材料选择 ................................................................. 8 3.2.1 光的萃取 ....................................................................................... 8 3.2.2 光的导出 ....................................................................................... 9 3.3 荧光粉的使用 ......................................................................................... 9 3.4 散热设计 ............................................................................................... 10 3.5 小结 ..................................................................................................... 10结论 ................................................................................................................... 11 参考文献 (12)功率型 LED 封装技术摘要 :随着 LED 在各方面应用的不断发展,对 LED 封装要求也随之提高。
通过阅读这方面的相关文献,从芯片结构、封装材料、封装方式、封装工艺以及封装关键技术等方面对 LED 封装技术作了介绍。
阐述了引脚式封装、表面贴装式(SMT 、板上芯片直装式 (COB和系统封装式 (SIP封装结构和封装所需的基板材料、粘接材料及封装胶。
同时对封装要考虑的四个关键技术:1芯片的发光效率; 2出光通道的设计与材料选择; 3荧光粉的使用; 4散热设计进行了讨论。
最后对功率型 LED 封装技术的发展进行了展望。
关键字:LED 封装、封装方式、 LED 工艺、封装材料、关键技术Abstract :With the development of LED application in all aspects, the requirement of LED packaging increases. The Packaging technologies of LED is introduced in the paper , including LED chip configuration, packaging materials, packagestructure,packaging process and key technology of the LED packaging. The lamp LED,surface mounted technology(SMT,chip on board (COBand system inpackage(SiPpackage structure,and sustrate materials, adhesive materials and packaging adhesive used in power white LED are introduced.At the same time, combining with theliterature to discuss four key techniques: 1 chip light-emitting efficiency;2 design of optical channel and material selection;3 the use of the phosphor powder;4 thermal design.Finally, the future of LED packaging technology is looked to.Key words: LED encapsulation、 package structure、 LED process、 packaging materials、 key technology1 绪论LED 具有节能、结构牢固、寿命长、发光响应速度快等特点 [1],已成为一种发展潜力巨大的新型照明光源。
功率型 LED 的研发和产业化是未来 LED 产业发展的重要方向之一。
目前, 已实现商业化应用的白光 LED 光效可达到 120 lm/W。
1.1 LED 芯片结构芯片作为 LED 器件的大脑,其光学特性决定了最终整个封装模型的性能, 为提高发光效率并解决散热等问题, LED 芯片结构的发展可主要概括为水平结构、倒装结构、垂直结构等几个阶段,包含各种尺寸,大功率和小功率芯片在尺寸方面差别较大 [2]。
1.1.1 水平结构LED(c flip-chip structureFig.1.1 Three kinds of typical structure of LED chip[3].极均位于芯片顶部, 由于顶部是芯片的出光面, 所以水平电极的存在会阻碍光的出射,出光效果较低。
1.1.2 垂直结构垂直结构即顶部与底部各为一电极,顶部只有一个电极(负极 ,出光效果也要较水平电极好, 而且芯片中的垂直电极使内部电子在垂直方向运动, 大大提高电子空穴对的复合速率及有源层的利用率。
当前, 在保证一定的发光效率的情况下, 向单个垂直结构的芯片内注入较大的电流以提高光通量已经逐渐成为 LED 芯片发展的方向 [4]。
2007年, Lumileds 公司上市了三维垂直结构的蓝光 LED 芯片封装( Rebel 。
1.1.3 倒装结构倒装芯片结构如 1.1(c所示。
倒装芯片即将水平电极结构芯片倒转,将其电极面作为反射面(电极图形往往涂满整个面提高反射效果 ,衬底作为出光面, 此时没有电极等因素阻碍光的输出, 出光效果较水平结构好。
另一方面, 此时由于电极的覆盖使得电流的扩散较均匀,提高了有源层的利用率。
与正装结构的 LED 相比,倒装焊芯片结构使产生热量由焊接层传导至硅衬底,再经硅衬底和粘结材料传导至金属底座[5]。
由于其有源发热区更接近于散热体,可降低内部热沉热阻。
但是目前的衬底材料、工艺以及焊接材料、技术等因素,制约了其传热性能的进一步提高。
1.2 LED 的封装材料通过选取适当的封装材料可以有效地提高发光效率, 降低系统的热阻, 以利于散热。
主要的封装材料包括基板材料、粘结材料及封装胶等。
1.2.1 基板材料在 LED 器件中,封装基板是承载芯片的重要组成部分,因此,作为基板材料, 其必须有高稳定性和高热导率, 其热膨胀系数要与芯片相匹配; 材料要有足够的强度和刚度, 对芯片起到支撑和保护的作用; 材料的成本要尽可能低, 以满足大规模商业化应用的要求 [6]。