文档介绍：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:,以提高可靠性;,以降低芯片结温,提高led性能;,提高出光效率,优化光束分布;,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。常用的散热基板材料包括硅、金属(如铝,铜)、陶瓷(如,aln,sic)和复合材料等。如nichia公司的第三代led采用cuw做衬底,将1mm芯片倒装在cuw衬底上,降低了封装热阻,提高了发光功率和效率;lamina ceramics公司则研制了低温共烧陶瓷金属基板,并开发了相应的led封装技术。该技术首先制备出适于共晶焊的大功率led芯片和相应的陶瓷基板,然后将led芯片与基板直接焊接在一起。由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路及控制补偿电路,不仅结构简单,而且由于材料热导率高,热界面少,大大提高了散热性能,为大功率led阵列封装提出了解决方案。德国curmilk公司研制的高导热性覆铜陶瓷板,由陶瓷基板(aln或)和导电层(cu)在高温高压下烧结而成,没有使用黏结剂,因此导热性能好、强度高、绝缘性强,其中氮化铝(aln)的热导率为160w/mk,热膨胀系数为(与硅的热膨胀系数相当),从而降低了封装热应力。
研究表明,封装界面对热阻影响也很大,如果不能正确处理界面,就难以获得良好的散热效果。例如,室温下接触良好的界面在高温下可能存在界面间隙,基板的翘曲也可能会影响键合和局部的散热。改善led封装的关键在于减少界面和界面接触热阻,增强散热。因此,芯片和散热基板间的热界面材料(tim)选择十分重要。le