15 第12章 LED封装技术——半导体照明课件PPT

四、光学设计
光学设计主要是为了获得较高的光出射效率。
模型：把管芯看作一个吸收系数为α ，体积为V 的光
学腔，它被面积为Ai的几个面包围。
u
AiTi
(1 Ri ) Ai 4V
式中，α为吸收系数，V为管芯体积，Ai为面积，Ti为透过率， Ri为反射率。
由该式可见，要提高出光效率，就要减少管芯材料的体吸 收和减少欧姆接触对光的吸收，并增大其他界面的透过率。
RT
T PD
式中RT为两点间的热阻， T 为两点间的温度 差，PD为两点间的热功率流。
结温：
是指管芯 PN 结的平 均温度，用 TJ 表示。
LED结温高低直接影 响到LED出光效率、器件 寿命、可靠性、发射波长 等。
是LED器件封装和器 件应用设计必须着重解决 的核心问题.
热阻：是指反映阻止热量传递能力的综合参量。单位：℃/W 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的 温差为1°C,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表 示(W/m·℃)。
三、LED封装的方式的选择
总热阻为各层热阻之和
SFT-LED热阻对比表
从上表中我们可以看出，我公司LED的热阻远远低于同行 的热阻，这为我公司LED的高亮度低光衰提供了保障。
三、热学设计
2、结构层热阻 RT
当热量在物体内部以热传导的方式传递时，遇 到的热阻称为结构层热阻 (导热热阻)。对于热流经 过的截面积不变的平板，结构层热阻为
四、光学设计 1、减少体吸收
（1）使材料吸收光谱的能量大于发射光谱的能量。
（2）高杂质补偿的III-V族材料中，电发光辐射的能量远 低于带隙宽度，吸收系数较非补偿的低n个数量级。
如高补偿的掺硅砷化镓（GaAs）
（3）在出光一侧做成透光性好的“窗口”，可大大减少 自吸收。
如，为提高AlGaAs器件的出光效率，在出光面生 长一个带隙较宽的层。
采用合适的金属或塑料反射腔结构，可以使下部和侧 面的光经过反射到达器件前方，从而提高出光效率。
反射器件结构有抛物面结构、多面体结构等。
四、光学设计 4、采用透镜控制光强分布
对LED光强分布的控制有两种方法：
a、采用聚碳酸酯透明塑料制成的不同曲率的透镜，作为 功率LED器件的出光端；
b、直接将封装硅树脂采用模具封装成一定曲率的硅树脂 透镜，以达到各种光强分布的目的。
这就是半导体发光器件设计的最佳化。
一、设计原则 PN结发光器件的外量子效率为：
ex jiu
j 为电子注入效率， i 为转化为光子的内量子 效率，u 为取光效率，提高这三个效率就可以 提高器件的外量子效率。
二、电学设计 电学设计问题主要在外延和芯片制作时考虑。
1、提高PN结注入效率
方法：Biblioteka Baidu延层的载流子浓度不能太少。
１）注入的少数载流子与多子复合的概率与多子浓度成正比。 ２）浓度太低会增加器件串联电阻，增加压降，导致器件过 热，增加温升，降低发光效率。
但浓度太高又会导致俄歇过程这种非辐射复合中心的增 加，并且会增加晶体不完整性，甚至出现杂质沉淀物或各种络 合物，从而降低发光效率。
二、电学设计
2、衬底完整性要好。因为较多的缺陷会使外延 层完整性降低，造成非辐射复合中心，严重影 响器件的发光效率。
对LED的封装既有电参数又有光参数的设 计及技术要求。
研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封 装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业 化必经之路.
第一节 LED器件的设计
LED器件的设计包括电学、热学、光学和结构 设计，这四方面是互相关联的，有时还有矛盾，考 虑的原则是以光学参数(特别是光通量和光强)为主 的最佳折中。
三、热学设计 热学设计的原则是使器件结构具有低的热阻。
它不仅与器件的可靠性有关，还直接影响到 发光效率，因为一般半导体发光效率均随结温升 高而降低。
三、热学设计 1、热阻(thermal resistance)
结构对热功率传输所产生的阻力称为热阻。
表示单位耗散功率所引起的结温升高(˚C／W，或 K/W。)
RT
L
S
其中L为平板的厚度，S为平板垂直于热流方 向的截面积， λ为平板材料的热导率。
三、热学设计
3、扩展热阻
当一热流通过一小面积进入无限固体中时，所产生的 热阻称为扩展热阻。
它的大小除与其无限固体的热导率有关外，还与接触 面积和形状有关。面积一定时，细长形接触的扩展热阻低 于方形，环形的小于椭圆形的，更小于圆形的。
五、视觉因素
作为指示、显示器件乃至照明光源来说，还必须考虑 到人眼视觉这一主观性很强的因素，它除了不同的视感灵 敏度外，还受视觉分辨能力、光源大小和观察距离(视距)、 颜色、反差等因素影响。
第二节 LED封装技术
一、封装的作用 将普通二极管的管芯密封在封装体内，其
作用是保护芯片和完成电气互连。 对LED的封装则是实现 ➢ 输入电信号、 ➢ 保护芯片正常工作 ➢ 输出可见光的功能
四、光学设计
2、增大表面透过率
由于LED晶体的折射率比较高，当光线射向晶体内表 面时，在晶体和空气的交界面上就要产生折射，容易发生 全反射。
采用拱形管芯可以增加临界角，调高出光效率。同理， 在管芯表面涂覆具有中等折射率的介质层或淀积增透膜， 可增大临界角减少全反射，提高出光效率。
四、光学设计
3、反射器
三、热学设计 4、实际器件的热阻
总热阻＝各结构层热阻＋扩展热阻
实际器件的热阻包括结的扩展热阻、焊料层的热阻、 引线架的扩展热阻、管壳的热阻和键合热阻。
器件的总温升为各热阻部分引起的温升之和。
三、热学设计
5、降低热阻的措施
a、减少各结构层的厚度，采用高热导焊料，降低各 结构层的热阻。
b、采用适当形状的PN结或管芯，降低扩展热阻。 c、封装时选用高热导的引线架、降低管壳的热阻。 d、加大键合面积，降低键合热阻。
第十二章 LED封装技术
LED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显 微镜下才能看见，加入电流之后才会发光。
在制作工艺上，除了要对LED芯片的两个电极进行焊 接，从而 1)引出正极、负极并对LED芯片和两个电极进行 保护之外，还需要考虑 2)将光取出并达到规定的光强分布。
此外, 还要将管芯产生的热导出来, 象InGaN器件还必 须采取防静电措施。