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大功率白光LED封裝技術(shù)

編輯：chris 2012-10-11 13:41:56 瀏覽：1260 來(lái)源：

　　隨著照明技術(shù)的發(fā)展，大功率白光LED將是未來(lái)照明的核心。白光LED作為新型光源，與傳統(tǒng)光源相比具有壽命長(zhǎng)、體積小、節(jié)能、高效、響應(yīng)速度快、抗震、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是可以進(jìn)入普通照明領(lǐng)域的“綠色照明光源”，尤其是大功率白光LED的誕生被業(yè)界稱為“照明領(lǐng)域的第四次革命”，LED大規(guī)模應(yīng)用于普通照明是一個(gè)必然的趨勢(shì)。

LED的產(chǎn)業(yè)鏈總體分為上、中、下游，分別是LED外延片、LED封裝、LED產(chǎn)品應(yīng)用。其中關(guān)于LED封裝，特別是大功率LED封裝不能再按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與生產(chǎn)模式（傳統(tǒng)的大功率LED封裝技術(shù)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(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜，而且對(duì)封裝材料有一定的要求，因此，當(dāng)前需要對(duì)傳統(tǒng)的封裝工藝進(jìn)行研究。現(xiàn)在我們所面臨的挑戰(zhàn)是尋找導(dǎo)熱性能優(yōu)良的封裝材料；優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu);改進(jìn)封裝工藝。

隨著照明技術(shù)的發(fā)展，為了滿足普通照明的要求，大功率芯片隨之誕生，這就對(duì)LED封裝的熱學(xué)、電學(xué)、機(jī)械提出了更高要求，傳統(tǒng)的小功率LED封裝結(jié)構(gòu)和工藝難以滿足要求。

一、大功率LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)

　　相對(duì)于普通白光LED，大功率LED芯片具有較大的熱流率會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。研究發(fā)現(xiàn)，LED器件的光通量與芯片的取光方式和出光效率的封裝設(shè)計(jì)有關(guān)，因此LED封裝方式將會(huì)向以下的幾個(gè)方向發(fā)展。

1、低熱阻封裝工藝

　　傳統(tǒng)的照明對(duì)散熱問題要求不高，白熾燈、熒光燈可以通過(guò)輻射的方式進(jìn)行散熱。白光LED以熱傳導(dǎo)為主進(jìn)行散熱，LED是由固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，采用電致發(fā)光，所以其熱量?jī)H有極少部分通過(guò)輻射散發(fā)出。對(duì)現(xiàn)有的LED器件而言，輸入電能的80%左右轉(zhuǎn)變成熱能，所以芯片散熱管理對(duì)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(jié)構(gòu)（如熱學(xué)界面）還有熱沉設(shè)計(jì)等。

LED封裝兩大主要熱阻內(nèi)部熱阻和界面熱阻，熱阻的封裝材料散熱基板。芯片所產(chǎn)生的熱量被散熱基板所吸收，并傳到熱沉上，通過(guò)熱沉實(shí)現(xiàn)與外界進(jìn)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(dǎo)性、高耐熱性、電磁屏蔽等優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，金屬基板其缺點(diǎn)是金屬熱膨脹系數(shù)很大。

（2）陶瓷基板散熱性更好，且耐高溫，耐潮濕等優(yōu)點(diǎn)，但是由于價(jià)格是普通基板的數(shù)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(dǎo)可繞基板與傳統(tǒng)的可繞基板相同，唯獨(dú)在絕緣層方面，采用軟質(zhì)環(huán)氧樹脂充填高熱傳導(dǎo)性無(wú)機(jī)物，具有柔軟可繞，高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。以上基板的熱導(dǎo)率如表1所示：

2、倒裝芯片封裝技術(shù)

傳統(tǒng)的LED采用正裝結(jié)構(gòu)，上面通常涂敷一層環(huán)氧樹脂，下面采用藍(lán)寶石為襯底。在傳統(tǒng)的正裝LED芯片封裝方式中，由于P型GaN摻雜非常困難，現(xiàn)在大多數(shù)采用的方法是在P型GaN上制備金屬透明電極（見圖1），使電流穩(wěn)定擴(kuò)散，達(dá)到均勻發(fā)光的目的。這種正裝結(jié)構(gòu)的PN結(jié)是通過(guò)藍(lán)寶石襯底來(lái)進(jìn)行散熱，由于環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱能力很差，藍(lán)寶石又是熱的不良導(dǎo)體，熱阻大，導(dǎo)致熱量傳導(dǎo)不出去，從而影響各個(gè)器件的正常工作。

　　為了克服傳統(tǒng)正裝LED芯片的缺陷，采用了先進(jìn)的倒裝芯片（flipchip）技術(shù)，是在芯片的P極和N極下方用金線焊線機(jī)制作兩個(gè)金絲球焊點(diǎn)（如圖2），作為電極的引出機(jī)構(gòu)，用金線來(lái)連接芯片外側(cè)和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(guò)金絲球焊點(diǎn)傳到Si熱沉，Si是散熱的良導(dǎo)體，其散熱效果遠(yuǎn)好于靠藍(lán)寶石來(lái)散熱。利用倒裝芯片封裝技術(shù)不但提高了LED的壽命，而且使LED整體散熱性能有了一次飛躍。