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发布时间:2018-05-06 21:36

  文章主要是对大功率LED 芯片封装技术进行介绍。包括了大功率LED 的封装要求、封装的关键技术、封装的形式,大功率LED 封装技术的工艺流程简单介绍。

  LED 的工艺设计包括芯片的设计以及芯片的封装。目前,大功率LED 的封装技术及其散热技术是当今社会研究的热点。由于大功率LED 封装工艺流程讲起来比较简单,但是实际的工艺中是非常复杂的。而且LED 封装技术直接影响了LED 的使用寿命。所以在大功率LED 封装过程中,要考虑到诸多因素,例如,光、热、电、机械等诸多因素。光学方面要考虑到大功率LED 光衰问题、热学方面要考虑到大功率LED 的散热问题、电学方面要考虑到大功率LED 的驱动电源的设计、机械方面要考虑到封装过程中LED 的封装形式等。

  ( 大功率)LED 具有寿命长、低污染、低功耗、节能和抗冲击等优点。跟传统的照明器具相比较,( 大功率)LED 不仅单色性好、光学效率高、光效强,而且可以满足不同的需要高显色指数。尽管如此,大功率LED 的封装工艺却有严格的要求。

  具体体现在:①低成本;②系统效率最大化;③易于替换和维护;④多个LED 可实现模块化;⑤散热系数高等简单的要求。

  根据大功率LED 封装技术要考虑的种种因素,在封装关键技术方面也提出了几点。主要包括:

  ( 1) 在大功率LED 散热方面:考虑到低热阻封装。LED 芯片是一种固态的半导体器件,是LED光源的核心部分。由于大功率LED 芯片大小不一,并且在驱动方式上采用的是恒流驱动的方式。可以直接把电能转化为光能所以LED 芯片在点亮过程需要吸收输入的大部分电能, 在此过程当中会产生很大的热量。所以,针对大功率LED 芯片散热技术是LED 封装工艺的重要技术,也是在大功率LED 封装过程中必须解决的关键问题。

  ( 2)LED 的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极。所以高取光率封装结构也是大功率LED 封装过程中一项重要的关键技术。在LED 芯片发光过程中,在发射过程中,由于界面处折射率的不同会引起光子反射的损失和可能造成的全反射损失等,所以可以在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶。

  这层透明胶必须具有其透光率高、折射率高、流动性好、易于喷涂、热稳定性好等特点。目前常用的透明胶层有环氧树脂和硅胶这两种材料。

  随着科学技术的发展,LED 的封装形式有很多种, 有引脚式封装、表面组装贴片式封装、板上芯片直接式封装、系统封装式封装。

  小功率LED 的封装一般采用的是引脚式LED 封装形式。引脚式LED 封装也比较常见。普通的发光二极管基本都是采用引脚式封装。引脚式LED 封装热量是由负极的引脚架散发至PCB 板上,散热问题也比较好的解决。但是也存在着一定的缺点,那就是热阻较大,LED 的使用寿命短。

  表面组装贴片式封装( SMT) 是一种新型的LED 封装方式,是将已经封装好的LED 器件焊接到一个固定位置的封装技术。SMT 封装技术的优点是可靠性强、易于自动化实现、高频特性好。SMT LED 封装形式是当今电子行业中最流行的一种贴片式封装工艺。

  板上芯片直装式( COB)LED 封装技术是一种直接贴装技术, 是将芯片直接粘贴在印刷电路板上, 然后进行引线的缝合,最后使用有机胶将芯片和引线包装保护的工艺。COB 工艺主要应用于大功率LED 阵列。具有较高的集成度。

  它主要是符合了系统便携式以及系统小型化的要求。跟其他LED 封装相比,SIP 封装的集成度最高,成本相对较低。可以在一个封装内组装多个LED 芯片。

  在实际应用过程中, 根据实验的要求, 笔者采用的便是SMT 封装的形式。由于在大功率LED 封装过程中,要考虑到大功率LED 散热的因素,本人采用的是采用铝基板散热方式的传统方式。我们通过实际的应用发现,SMT 封装技术对于符合实际的散热要求。具体的实物铝基板散热实物图如图1所示。

  LED 的封装是一门多学科的工艺技术。涉及到如光学、热学、电学、机械学、材料、半导体等研究内容。所以大功率LED 的封装技术是一门比较复杂的综合性学科。良好的LED封装需要把各个学科的因素考虑进去。下面就LED 封装工艺流程作一个简单的介绍。其流程如图2 所示。

  LED 的发光体是晶片,不同的晶片价格不一,形态大小也不一。晶片形态大小都不相同,这对LED 封装带来了一定的困难。在对支架的选择方面也提出了考验。

  支架与外形塑料模具的选择决定了LED 封装成品的外形尺寸。支架承载着LED 芯片,所以在支架的选择方面要根据实际的LED 晶片边长的大小。

  固晶胶的选择主要是考虑其粘结力,其颗粒大大小。同样所涂覆的固晶胶的薄厚程度决定了封装的LED 的热阻。

  笔者所选用的固晶胶为银胶。银胶跟绝缘胶相比来说,其热阻低。热阻的大小,决定了LED 的出光效率。同样,银胶还具有另外一种特色,那就是导热性能好。

  焊线过程可以采用机械焊线和人工焊线, 由于此次实验生产的LED 封装量少,所以采用的是人工焊线。早高倍显微镜下,将芯片的正负极使用金线焊接到支架的两个引脚角上。焊接过程要耐心小心。整个LED 封装工艺流程都是按照如图2 所示的流程制作的。

  LED 的封装工艺过程中必须考虑到很多种因素,每个环节都要都要细心琢磨。热阻影响着LED 的出光效率。散热条件和色度稳定性对LED 的性能影响。我们在LED 封装过程当中要选择合适的材料。改进现有的器件结构, 寻求更好的LED 散热的方式,减少LED 的热阻等。在封装过程中,材料( 散热基板、荧光粉、灌封胶) 的选择非常重要,但是热学界面,光学界面也同样重要。对于LED 灯具而言,不仅要考虑好上述因素,还要将LED 的驱动电源,模块的集成选择,应用领域都有集合在一起考虑。所以,对于大功率LED 封装工艺这方面的研究,任重而道远。

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