隨著照明技術的發展,大功率白光LED將是未來照明的核心。白�LED作為新型光源,與傳統光源相比具有壽命長、體積小、節能、高效、響應速度快、抗震、無污染等優點,被認為是可以進入普通照明領域的“綠色照明光源”,尤其是大功率白光LED的誕生被業界稱為“照明領域的第四次革命”,LED大規模應用于普通照明是一個必然的趨勢�
LED的產業鏈總體分為上、中、下游,分別�LED外延片�LED封裝�LED產品應用。其中關�LED封裝,特別是大功�LED封裝不能再按照傳統的設計理念與生產模式(傳統的大功率LED封裝技術存在著一些不足,如散熱問題、光取出方式等等)。大功率LED封裝不僅結構和工藝復雜,而且對封裝材料有一定的要求,因此,當前需要對傳統的封裝工藝進行研究。現在我們所面臨的挑戰是尋找導熱性能優良的封裝材料;優化封裝結構;改進封裝工藝�
隨著照明技術的發展,為了滿足普通照明的要求,大功率芯片隨之誕生,這就�LED封裝的熱學、電學、機械提出了更高要求,傳統的小功�LED封裝結構和工藝難以滿足要求�
一、大功率LED封裝的關鍵技�
相對于普通白�LED,大功率LED芯片具有較大的熱流率會產生大量的熱量。研究發現,LED器件的光通量與芯片的取光方式和出光效率的封裝設計有關,因�LED封裝方式將會向以下的幾個方向發展�
1、低熱阻封裝工藝
傳統的照明對散熱問題要求不高,白熾燈、熒光燈可以通過輻射的方式進行散熱。白�LED以熱傳導為主進行散熱�LED是由固體半導體芯片作為發光材料,采用電致發光,所以其熱量僅有極少部分通過輻射散發出。對現有�LED器件而言,輸入電能的80%左右轉變成熱能,所以芯片散熱管理對LED封裝意義重大。芯片散熱管理主要包括芯片的位置、封裝材料(散熱基板、熱界面材料)、封裝結構(如熱學界面)還有熱沉設計等�
LED封裝兩大主要熱阻內部熱阻和界面熱阻,熱阻的封裝材料散熱基板。芯片所產生的熱量被散熱基板所吸收,并傳到熱沉上,通過熱沉實現與外界進行熱交換。常見的LED散熱基板的類型有�
�1)高散熱金屬基板:擁有高熱導性、高耐熱性、電磁屏蔽等優點。不過,金屬基板其缺點是金屬熱膨脹系數很大�
�2)陶瓷基板散熱性更好,且耐高溫,耐潮濕等優點,但是由于價格是普通基板的數倍,所以至今還沒能成為散熱型基板的理想材料�
�3)高熱傳導可繞基板與傳統的可繞基板相同,唯獨在絕緣層方面,采用軟質環氧樹脂充填高熱傳導性無機物,具有柔軟可繞,高可靠性的優點。以上基板的熱導率如�1所示:
2、倒裝芯片封裝技�
傳統�LED采用正裝結構,上面通常涂敷一層環氧樹脂,下面采用藍寶石為襯底。在傳統的正�LED芯片封裝方式中,由于P�GaN摻雜非常困難,現在大多數采用的方法是�P�GaN上制備金屬透明電極(見�1),使電流穩定擴散,達到均勻發光的目的。這種正裝結構�PN結是通過藍寶石襯底來進行散熱,由于環氧樹脂導熱能力很差,藍寶石又是熱的不良導體,熱阻大,導致熱量傳導不出去,從而影響各個器件的正常工作�
為了克服傳統正裝LED芯片的缺陷,采用了先進的倒裝芯片�flipchip)技術,是在芯片�P極和N極下方用金線焊線機制作兩個金絲球焊點(如�2),作為電極的引出機構,用金線來連接芯片外側�Si底板。這就克服正裝芯片出光效率和電流問題的弊端。從芯片PN極上的熱量通過金絲球焊點傳�Si熱沉�Si是散熱的良導體,其散熱效果遠好于靠藍寶石來散熱。利用倒裝芯片封裝技術不但提高了LED的壽命,而且�LED整體散熱性能有了一次飛躍�
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