第2章LED封裝.ppt

第2章LED封裝,2.1引腳式封裝2.2平面發(fā)光器件的封裝2.3SMD的封裝2.4食人魚(yú)LED的封裝2.5大功率LED的封裝2.6本章小結(jié),簡(jiǎn)介:LED封裝技術(shù)大都是在半導(dǎo)體分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來(lái)的.將普通二極管的管芯密封在封裝體內(nèi),其作用是保護(hù)管芯和完成電氣互連;對(duì)LED的封裝則是實(shí)現(xiàn)輸入電信號(hào)、保護(hù)芯片正常工作、輸出可見(jiàn)光的功能，其中既有電參數(shù)又有光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求。LED的核心發(fā)光部分是由p型和n型半導(dǎo)體構(gòu)成的pn結(jié)芯片，當(dāng)注入pn結(jié)的電子與空穴產(chǎn)生復(fù)合時(shí)，就會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光、紫外光和近紅外光。但pn結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個(gè)方向發(fā)射有相同的幾率，因此并不是芯片產(chǎn)生的所有光都可以發(fā)射出來(lái)。能發(fā)射出多少光，取決于半導(dǎo)體材料的質(zhì)量、芯片結(jié)構(gòu)、幾何形狀、封裝內(nèi)部材料與包封材料。因此，對(duì)于LED的封裝，要根據(jù)LED芯片的大小、功率大小來(lái)選擇合適的封裝方式。,2.1引腳式封裝,LED引腳式封裝采用引線架作為各種封裝外型的引腳,常見(jiàn)的直徑為5mm的圓柱型(簡(jiǎn)稱5mm)的封裝.這種技術(shù)就是將LED芯片粘結(jié)在引線架(一般稱為支架)上.芯片的正極用金絲鍵合連到另一引線架上.負(fù)極用銀漿粘結(jié)在支架反射杯內(nèi)或用金線和反射杯引腳相連.然后頂部用環(huán)氧樹(shù)脂包封,做成直徑為5mm的圓形外形(如圖),這種封裝技術(shù)的作用是保護(hù)芯片、焊線金絲不受外界侵蝕；固化后的環(huán)氧樹(shù)脂可以形成不同形狀而起到透鏡的功能，從而控制光的發(fā)射角。芯片的折射率與空氣折射率相差很大，致使芯片內(nèi)部的全反射臨界角很小，因此芯片發(fā)光層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分在芯片內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收。選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹(shù)脂作為過(guò)渡，可以提高芯片的出光效率。環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成的管殼具有很好的耐濕性、絕緣性和高機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)芯片發(fā)出的光的折射率和透光率都很高，并且可以選擇不同折射率的封裝材料。芯片外形的幾何形狀對(duì)出光效率的影響是不同的，出光光強(qiáng)的分布與芯片結(jié)構(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用的材質(zhì)和形狀有關(guān)。,2.1.1工藝流程及選用設(shè)備,引腳式封裝最常用的是3mm、5mm、8mm和10mm單芯片的封裝方式，封裝的工藝流程（如圖）,按照上述步驟，并配合良好的管理機(jī)制和生產(chǎn)環(huán)境，就有可能制造出品質(zhì)優(yōu)異的LED產(chǎn)品。對(duì)于采用引腳式封裝的LED，總的要求是：、光效高：出光效率要高。要選擇好的芯片和封裝材料進(jìn)行一次光學(xué)設(shè)計(jì)，采用合適的工藝，精心操作，達(dá)到理想的出光效率。、均勻性好，合格率高，黑燈率控制在萬(wàn)分之三。、光斑均勻，色溫一致，引腳干凈無(wú)污點(diǎn),2.1.2管理機(jī)制和生產(chǎn)環(huán)境人的因素管理和環(huán)境是做好LED產(chǎn)品的關(guān)鍵.人、物、設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境是做好LED的四大重要因素，但最關(guān)鍵的是人的因素。做好產(chǎn)品一定要按ISO-9000質(zhì)量體系的要求認(rèn)真落實(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞是靠人做出來(lái)的，每個(gè)工作人員的職責(zé)要十分明確：現(xiàn)場(chǎng)物料管理一定要標(biāo)識(shí)清楚，存放位置要固定，不能隨意亂拿亂放。防止產(chǎn)生物料混雜；嚴(yán)禁物料拿錯(cuò)、配錯(cuò)、過(guò)期、受潮，一旦不注意就會(huì)使整批產(chǎn)品報(bào)廢。設(shè)備要定期檢修、核對(duì)，一定要檢驗(yàn)每道工序做出的首件產(chǎn)品工藝管理要嚴(yán)格，制定工藝要合理，每道工序都要記錄，千萬(wàn)不能隨意改變工藝。,有效的防靜電,封裝LED的車間環(huán)境要求最好是凈化廠房，濕度與溫度也要能自行控制。靜電是看不見(jiàn)、摸不著的東西，它對(duì)LED芯片的損害很大，因此封裝車間應(yīng)當(dāng)具備防靜電地板、防靜電桌椅；工作人員應(yīng)當(dāng)穿戴防靜電服。車間內(nèi)的潮濕度與靜電緊密相關(guān)，若相對(duì)濕度是80%90%，人與桌面磨擦產(chǎn)生的靜電約為400500V；而當(dāng)相對(duì)濕度為30%40%時(shí)，人與桌面磨擦所產(chǎn)生靜電可能達(dá)到15002000V，這么高的靜電足以擊穿LED或造成LED損傷，從而使LED的壽命縮短和產(chǎn)品的可靠性降低。人體動(dòng)作所引起的靜電電壓數(shù)值（如圖),LED點(diǎn)亮?xí)r的熱量導(dǎo)出,當(dāng)LED點(diǎn)亮?xí)r所產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出是封裝LED和使用LED時(shí)都必須解決的問(wèn)題，這也是延長(zhǎng)LED使用壽命的關(guān)鍵所在。引腳式封裝芯片中產(chǎn)生的90%以上的熱量，是由負(fù)極的引腳散發(fā)至印制電路板，然后散發(fā)到空氣中。如何降低工作時(shí)pn結(jié)溫升是封裝與應(yīng)用時(shí)必須考慮的。從封裝的角度來(lái)看，盡量采用導(dǎo)熱性能好的金屬作為引腳，目前有鐵支架和銅支架兩種，銅支架導(dǎo)熱性能比鐵支架要好。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，使用銅支架的LED芯片要比使用鐵支架的光衰慢一半。從使用的角度來(lái)看，熱量從引腳導(dǎo)出來(lái)，為了把熱量散發(fā)出去，也應(yīng)該采取一些辦法。例如把印制電路板上的薄銅板面積留大，以便于散熱。在必要的時(shí)候，可以在薄銅板上再灌入導(dǎo)熱膠，讓熱量從導(dǎo)熱膠傳導(dǎo)出來(lái)并與外面的金屬機(jī)殼相連，其散熱效果會(huì)更好。還有一種在大屏幕顯示系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的雙色型LED，它由兩種不同發(fā)光顏色的芯片組成，封裝在同一環(huán)氧樹(shù)脂透鏡中，除發(fā)射本身的雙色光外還可能獲得第三種混合色光。對(duì)于這種LED要特別注意散熱效果。,2.1.3一次光學(xué)設(shè)計(jì),一次光學(xué)設(shè)計(jì)與二次光學(xué)設(shè)計(jì)將LED芯片封裝成LED光電器件,必須進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì).這種設(shè)計(jì)在業(yè)內(nèi)稱為一次光學(xué)設(shè)計(jì).一次光學(xué)設(shè)計(jì)主要是決定發(fā)光器件的出光角度、光通量大小、光強(qiáng)大小、光強(qiáng)分布、色溫范圍和色溫分布等。在使用LED發(fā)光器件時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的出光效果、光強(qiáng)、色溫的分布狀況也必須進(jìn)行設(shè)計(jì)。這稱為二次光學(xué)設(shè)計(jì)。二次光學(xué)設(shè)計(jì)必須在LED發(fā)光器件一次光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。一次光學(xué)設(shè)計(jì)是保證每個(gè)LED發(fā)光器件的出光質(zhì)量，二次光學(xué)設(shè)計(jì)是保證整個(gè)發(fā)光系統(tǒng)（或燈具）的出光質(zhì)量。從某種意義上來(lái)說(shuō)，只有封裝設(shè)計(jì)（即一次光學(xué)設(shè)計(jì)）合理，才能保證系統(tǒng)的二次光學(xué)設(shè)計(jì)順利實(shí)現(xiàn)，從而提高照明和顯示的效果。一次光學(xué)設(shè)計(jì)的三大要素芯片、支架、模粒引腳式封裝出光效率的高低、效果的好壞，關(guān)鍵是三大要素的組合：LED芯片是發(fā)光的主體，發(fā)光多少直接與芯片的質(zhì)量有關(guān)。支架承載著芯片，起著固定芯片的作用。支架碗的形狀大小及與芯片的匹配，對(duì)出光效率起著重要作用。模粒灌滿環(huán)氧樹(shù)脂之后就成為透鏡，出光的角度和光斑的質(zhì)量都與模粒形成的透鏡有關(guān)。LED發(fā)光器件的一次光學(xué)設(shè)計(jì)主要是由芯片、支架、模粒三要素決定的。根據(jù)這三者之間的相互作用，一次光學(xué)設(shè)計(jì)可分為折射式、反射式和折反射式三種。,折射式,折射式LED設(shè)計(jì)的主要對(duì)象是設(shè)計(jì)折射面的面形，即模粒的形狀。聚光曲面可分為球面和非球面（球面出光結(jié)構(gòu)如圖）。聚光面包容的立體角有限，約70%80%的光從封裝的側(cè)面泄漏，因此效率較低。在管芯處增加反光杯，可以將管芯側(cè)面發(fā)出的光線收集，這在一定程度上可以提高集光效率，但相應(yīng)地會(huì)增大發(fā)光面的尺寸，從而增大發(fā)散角。如果要求光束很窄、近似為平行光時(shí)，必須增大LED的封裝尺寸，相當(dāng)于加長(zhǎng)焦距，因而限制了應(yīng)用范圍。因此，增加反光杯還不能從根本上解決集光效率低的問(wèn)題。集光效率與聚光面所包容的立體角成正比，立體角越大，則集光效率就越高。折射式LED利用單個(gè)折射面聚光，包容立體角較小，聚光能力有限。只有采用反射式才能大幅度提高包容的立體角。,反射式背向與正向,背向反射式的原理（如圖1），反射面為一鍍有反射膜的拋物面，管芯位于拋物面的焦點(diǎn)上，發(fā)光的光線經(jīng)拋物面反射，光線的出射方向與管芯的發(fā)光方向相反。這種方式的集光效率非常高，可達(dá)80%以上，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)要考慮兩個(gè)問(wèn)題，一是LED橫向尺寸比縱向尺寸大4倍，只能適用于縱向尺寸較小或很薄的情況中。二是光束中心處發(fā)散角稍大，管芯到頂點(diǎn)的距離為焦距f，而管芯正面對(duì)著頂點(diǎn)，此時(shí)發(fā)散角W=L/f（L為管芯最大尺寸）。在邊處反射面到管芯的距離為2f，因此發(fā)散角比中心處要小很多，此外，電極和管芯對(duì)光線有遮擋，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意，否則出現(xiàn)光斑會(huì)影響點(diǎn)亮效果。正向反射式（如圖2），反射面仍是掃物面，但與背向反射使用的區(qū)域不同。背向反射用的是底部，即拋物面頂點(diǎn)到焦面之間的區(qū)域，由于光線在這一區(qū)域的入射角不滿足全反射，因此必須鍍上反射膜。正向反射使用的是拋物面的側(cè)面部分，光線入射角大于45，滿足全反射條件。對(duì)于這種方式，盡管沒(méi)有利用管芯正面發(fā)出的光，但仍可實(shí)現(xiàn)80%以上的集光效率。正向反射式LED不用鍍膜，工藝簡(jiǎn)單，其橫向尺寸與縱向尺寸基本相當(dāng)，光束發(fā)散角小，并且光線沒(méi)有遮擋。,折反射式,如果LED管芯正面發(fā)光較強(qiáng)或?yàn)榱藴p少向尺寸，可采用（如圖）所示的結(jié)構(gòu)，在正向反射式的基礎(chǔ)上增加一折射面而起到聚光作用。與現(xiàn)有LED不同的是，這種方式將側(cè)面泄漏的光線向前反射，從而增大了集光效率。正向反射式和折反射式的樣品LED的立體角可以分別到達(dá)4.7和5，比目前的折射式LED集光效率提高兩倍以上。這種新型光學(xué)設(shè)計(jì)的LED具有集光效率高和光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)以上幾種基本的光學(xué)設(shè)計(jì)，將支架、模粒和芯片放置的位置相互配合，可以得到理想的光源。要使封裝的LED出光效果更好，必須認(rèn)真選擇封裝材料（環(huán)氧樹(shù)脂）的折射率和透光率。LED芯片和藍(lán)寶石襯底的折射率約在2.53之間,起著透鏡作用的環(huán)氧樹(shù)脂的折射率在1.451.5之間.根據(jù)光折射率的規(guī)則,環(huán)氧樹(shù)脂的折射率最好應(yīng)在1.71.8之間,所以應(yīng)選擇的折射率接近1.7的環(huán)氧樹(shù)脂,這樣出光率會(huì)更高.引腳式封裝是目前LED封裝中最普通、最常用的一種封裝形式。但目前引腳式封裝普遍存在著散熱問(wèn)題、發(fā)光效率問(wèn)題、使用壽命問(wèn)題及器件的一致性問(wèn)題。因此在封裝方面，有待于研究并提高的是：封裝使用的材料問(wèn)題、工藝問(wèn)題等。,2.2平面發(fā)光器件的封裝,平面發(fā)光器件是由多個(gè)發(fā)光二極管芯片組合而成的結(jié)構(gòu)型器件.通過(guò)發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接(包括串聯(lián)和并聯(lián))和合適的光學(xué)結(jié)構(gòu),可構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段和發(fā)光點(diǎn).然后由這些發(fā)光段和發(fā)光點(diǎn)組成各種發(fā)光顯示器,例如面發(fā)光顯示器、數(shù)碼管、符號(hào)管、“米”字管、矩陣管、光柱等。使用發(fā)光二極管做成的平面顯示器與其他顯示器件（例如一般的熒光顯示器、電子發(fā)光顯示器、等離子顯示器、真空燈絲顯示器等）相比，具有工作電壓低、省電、多色、色彩鮮明、壽命長(zhǎng)、耐震等特點(diǎn)。如圖給出了平面發(fā)光器件的各種類型。,2.2.1數(shù)碼管制作,LED發(fā)光顯示器可由數(shù)碼管、“米”字管、符號(hào)管和矩陣管來(lái)組成各種顯示器件。數(shù)碼管有反射罩式、單片集成式，它們大都是由多個(gè)芯片以共陽(yáng)極和共陰極兩種電路組成的。反射罩式數(shù)碼管反射罩式數(shù)碼管一般使用白色塑料做成帶反射腔的七段式外殼，將LED芯片粘在與反射罩的七個(gè)反射腔互相對(duì)應(yīng)的印制電路板(printedcirxuitboard,PCB）上。每個(gè)反射腔底部的中心位置就是LED芯片，以形成發(fā)光區(qū)域。（如圖）,在安裝反射罩前，在芯片和印制電路板上通過(guò)壓焊方法，使用3.0m的硅絲或金絲把芯片與印制電路板上的電路連接好.在反射罩內(nèi)滴入環(huán)氧樹(shù)脂,再把帶有芯片的印制電路板與反射罩的對(duì)應(yīng)位粘合,使之固化.為了滿足用戶的需要,發(fā)光區(qū)的背景顏色通常是黑、灰、有色散射等。反射罩式數(shù)碼管具有字型大、用料省、組裝靈活等優(yōu)點(diǎn)。反射罩式數(shù)碼管的封裝方式有空封和實(shí)封兩種。圖1為實(shí)封方式的示意圖。這種方式采用環(huán)氧樹(shù)脂把LED芯片粘合在印制電路板上，并用鋁絲或金絲把芯片與線路連接，然后在反射罩正面貼上高溫膠帶，把環(huán)氧樹(shù)脂灌滿。最后將焊好的LED芯片的印制電路板對(duì)準(zhǔn)空位壓好，讓其固化。圖2為空封方式的示意圖，這種方式在出光面上蓋有濾色片和勻光膜。首先將LED芯片粘合在印制電路板上，用鋁絲或金絲把芯片與電路板連接好，然后在反射罩正面貼上濾色膜和勻光膜。對(duì)于數(shù)碼管，其品質(zhì)要求為：發(fā)光顏色均勻，封裝表面平整，不可有雜物或氣泡，視角要寬，整體器件要平整，不可有變形和彎曲。,2.2.2常見(jiàn)的數(shù)碼管,4位0.4英寸的數(shù)碼管4位0.4英寸(1英寸=2.54厘米)的數(shù)碼管,是將一片電路板做成28個(gè)劃線和4個(gè)小數(shù)點(diǎn),兩邊都插上拼腳.在每個(gè)組成的“日”字(“8”字)中,每一劃都是單獨(dú)固定一個(gè)LED芯片,然后烘干后焊好.所以一個(gè)“日”字中有7個(gè)芯片，旁邊的一個(gè)小數(shù)點(diǎn)也是一個(gè)LED芯片。4位“日”字就是32個(gè)LED的芯片。這種芯片的亮度比較低，一般只在10mcd以內(nèi)。但電壓要求一致性好，亮度也要求一致性好。焊線可以采用硅鋁絲或金絲。此外，還有一個(gè)壓有4位“日”字的塑料反射蓋。反射蓋表面先貼好高溫膠帶，然后翻過(guò)來(lái)平放在平面上灌滿膠，把焊好LED芯片的電路插入反射蓋內(nèi)，烘干后就成為現(xiàn)成產(chǎn)品。1位1.5英寸雙色數(shù)碼管1位1.5英寸雙煞費(fèi)苦心數(shù)碼管的使用與4位0.4英寸的數(shù)碼管一樣,但是要加入兩組電源.數(shù)碼管由于電壓低、發(fā)光強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)，所以它可直接與儀器儀表相接，用途十分廣泛。單色和雙色點(diǎn)陣的封裝方法與數(shù)碼管相似,也是做出一塊電路板,在電路板上先把線路配好,將LED芯片固晶后焊在做好的電路板上.塑料制成的反射蓋表面先貼好高溫膠帶,然后翻過(guò)來(lái)把膠灌滿塑料盒內(nèi),把焊好的LED電路板壓入反射蓋內(nèi),烘干后即形成點(diǎn)陣.2.2.3單色和雙色點(diǎn)陣這種點(diǎn)陣可用做室內(nèi)顯示屏,它是普遍采用的顯示器件,很受人們的歡迎.這種點(diǎn)陣的規(guī)格也有很多種,包括8X8的5mm、5X7的5mm，還在其他很多規(guī)格可以根據(jù)需要選用.三基色（紅、綠、藍(lán)）點(diǎn)陣制作比較困難，制作成本也是十分昂貴，很難實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量。全彩顯示屏通常使用單管5mm的紅、綠、藍(lán)單管或用表面貼片二極管（SurfaceMountDevice,SMD)的LED來(lái)制作。,2.3SMD的封裝,表面貼片二極管(SMD)是一種新型的表面貼裝式半導(dǎo)體發(fā)光器件,具有體積小散射角大、發(fā)光均勻性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。其發(fā)光顏色可以是白光在內(nèi)的各種顏色，可滿足表面貼裝結(jié)構(gòu)的各種電子產(chǎn)品的需要，特別是手機(jī)、筆記本電腦等。2.3.1SMD封裝的工藝SMD封裝一般有兩種結(jié)構(gòu):一種為金屬支架片式LED,另一種為PCB片式LED,具體的工藝流程如圖所示.特別應(yīng)當(dāng)注意,在制作SMD白光LED時(shí),因?yàn)槠骷捏w積較小,點(diǎn)熒光粉是一個(gè)難題.有的廠家先把熒光粉與環(huán)氧樹(shù)脂配好,做成一個(gè)模子;然后把配好熒光粉的環(huán)氧樹(shù)脂做成一個(gè)膠餅,將膠餅貼在芯片上,周圍再灌滿環(huán)氧樹(shù)脂,從而制成SMD封裝的白光LED.,2.3.2測(cè)試LED與選擇PCB,對(duì)SMD封裝的LED進(jìn)行測(cè)試,因?yàn)槠潴w積小,不便于手工操作,所以必須使用自動(dòng)測(cè)試的儀器。以PCB片式LED為例，對(duì)于（如圖1）的0603片式的SMDLED，其尺寸為1.6mmx0.8mmx0.8mm.由于結(jié)構(gòu)的微型化,PCB的選材和版圖設(shè)計(jì)十分重要.綜合各方面考慮,選取厚度為0.3mm、面積為60mmx130mm的PCB作為基板，在板上設(shè)計(jì)41組封裝結(jié)構(gòu)，每組由44只片式LED連為一體。每個(gè)單元（如圖2）對(duì)于PCB基板的質(zhì)量要求包括：要有足夠的精度：厚度的不均勻度0.03mm,定位孔對(duì)電路板圖案偏差0.05mm.鍍金屬的厚度和質(zhì)量必須確保金絲健合后的拉力大于8g.表面無(wú)粘污,PCB上的化學(xué)物質(zhì)要清洗干凈，封裝時(shí)膠的粘合要牢固。,2.4食人魚(yú)LED的封裝,因?yàn)樗男螤詈芟駚嗰R孫河中的食人魚(yú)，所以被叫做食人魚(yú)封裝。食人魚(yú)LED產(chǎn)品有很多優(yōu)點(diǎn)，由于食人魚(yú)LED所用的支架是銅制的，面積較大，因此傳熱和散熱快，從而可以延長(zhǎng)器件的使用壽命。2.4.1食人魚(yú)LED的封裝工藝食人魚(yú)LED的封裝有其特殊性,首先要選定食人魚(yú)LED的支架,在使用支架時(shí)要把它清洗干凈,并將LED芯片固定在支架碗中.經(jīng)過(guò)烘干后把LED芯片兩極焊好,然后根據(jù)芯片的多少和出光角度的大小,選用相應(yīng)的模粒.在模粒中灌滿膠,把焊好LED芯片的食人魚(yú)支架對(duì)準(zhǔn)模粒倒插在模粒中.待膠干(用烘箱烘干)后,脫模即可.然后放到切筋模上把它切下來(lái),接著進(jìn)行測(cè)試和分選.食人魚(yú)LED的技術(shù)指標(biāo)與其他方式封裝的LED技術(shù)指標(biāo)是一樣的.對(duì)于多個(gè)芯片封裝在一個(gè)食人魚(yú)支架上時(shí)應(yīng)考慮有關(guān)的熱阻,應(yīng)盡量減小熱阻,以延長(zhǎng)使用壽命.由于食人魚(yú)LED有四個(gè)支腳,因此為了把食人魚(yú)LED安裝在印制電路板上,應(yīng)在其上留下四個(gè)洞.因?yàn)長(zhǎng)ED的兩個(gè)電極連在四個(gè)支腳上,所以兩個(gè)支腳連通一個(gè)電極.在安裝時(shí)要確認(rèn)哪兩個(gè)支腳是正極,哪兩個(gè)支腳是負(fù)極,然后進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì).食人魚(yú)封裝模粒的形狀也是多種多樣的,有3mm圓頭和5mm圓頭,也有凹型形狀和平頭形狀.根據(jù)出光角度的要求,可選擇各種封裝模粒.2.4.2食人魚(yú)LED的應(yīng)用食人魚(yú)LED非常適合制成線條燈、背光源的燈箱和大字體槽中的光源，也可用做汽車的剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈。,2.5大功率LED的封裝,大功率LED的封裝不能簡(jiǎn)單地套用傳統(tǒng)的小功率LED器件的封裝所用的材料。大功率LED有大的耗散功率、大的發(fā)熱量，以及較高的出光效率和長(zhǎng)壽命，所以在封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選用材料及選用設(shè)備等方面都必須重新考慮。2.5.1L型電極的大功率LED芯片的封裝美國(guó)GREE公司的1W大功率芯片(L型電極),它的上下各有一個(gè)電極.其碳化硅(SiC）襯底的底層首先鍍了一層金屬，如金錫合金（一般做芯片的廠家已鍍好），然后在熱沉上也同樣鍍一層金錫合金。將LED芯片底座上的金屬和熱沉上的金屬熔合在一起，稱為共晶焊接。（如圖所示）,對(duì)于這種封裝，一定要注意當(dāng)LED芯片與熱沉一起加熱時(shí)，二者接觸要好，最好二者之間加有一定壓力，而且二者接觸面一定要受力均勻。這種方法做出來(lái)的LED的熱阻較小、散熱較好、光效較高。這種封裝方式是上、下兩面輸入電流。如果與熱沉相連的一極是與熱沉直接導(dǎo)電的，則熱沉也成為一個(gè)電極。因此連接熱沉與散熱片時(shí)要注意絕緣，而且需要使用導(dǎo)熱膠把熱沉與散熱片粘連好。使用這種LED要測(cè)試熱沉是否與其接觸的一極是零電阻，若為零電阻則是相通的，故與熱沉相連加裝散熱片時(shí)要注意與散熱片絕緣。共晶點(diǎn)加熱溫度也稱為共晶點(diǎn)。溫度的多少要根據(jù)金和錫的比例來(lái)定：AuSn（金80%，錫20%）：共晶點(diǎn)為282，加熱時(shí)間控制在幾秒鐘之內(nèi)。AuSn（金10%，錫90%）：共晶點(diǎn)為217，加熱時(shí)間控制在幾秒鐘之內(nèi)。AgSn(銀3.5%,錫96.5%):共晶點(diǎn)為232，加熱時(shí)間控制在幾秒鐘之內(nèi)。,2.5.2V型電極的大功率LED芯片的封裝對(duì)于V型電極LED芯片,如圖所示,其中兩個(gè)電極的p極和n極都在同一面.這種LED芯片的襯底通常是絕緣體(如Al2O3、藍(lán)寶石），而且在絕緣體的底層外殼上一般鍍有一層光反射層，可以使射到襯底的光反射回來(lái)，從而讓光線從正面射出，以提高光效。,這種封裝就在絕緣體下表面用一種導(dǎo)熱（絕緣）膠把LED芯處片與熱沉粘合，上面把兩個(gè)電極用金絲焊出。特別要注意大功率LED通過(guò)的電流大，1WLED的電流一般為350mA，所以要用粗金絲。不過(guò)有時(shí)粗金絲不適用于焊線機(jī)，也可以并聯(lián)焊兩根金絲，這樣使每根金絲通過(guò)的電流減少。這種芯片的烘干溫度是100150，時(shí)間一般是6090分鐘。在封裝大功率LED時(shí)，由于點(diǎn)亮?xí)r發(fā)熱量比較大，可以在LED芯片上蓋一層硅凝膠，而不可用環(huán)氧樹(shù)脂。這樣做一方面可防止金絲熱脹冷縮與環(huán)氧樹(shù)脂不一致而被拉斷；另一方面防止因溫度高而使環(huán)氧樹(shù)脂變黃變污，結(jié)果透光性能不好。所以在制作白光LED時(shí)應(yīng)用硅凝膠調(diào)和熒光粉。如果LED芯片底層已鍍上金錫合金，也可用第一種辦法來(lái)做。,2.5.3V型電極的LED芯片倒裝封裝傳統(tǒng)正裝的LED藍(lán)寶石襯底的藍(lán)光芯片電極在芯片出光面上的位置（如圖1）所示。由于p型GaN摻雜困難，當(dāng)前普遍采用p型GaN上制備金屬透明電極的方法，從而使電流擴(kuò)散，以達(dá)到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極要吸收30%40%的光，因此電流擴(kuò)散層的厚度應(yīng)減少到幾百nm。厚度減薄反過(guò)來(lái)又限制了電流擴(kuò)散層在p型GaN層表面實(shí)現(xiàn)均勻和可靠的電流擴(kuò)散。因此，這種p型接觸結(jié)構(gòu)制約了LED芯片的工作電流。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的pn結(jié)熱量通過(guò)藍(lán)寶石襯底導(dǎo)出，由于藍(lán)寶石的導(dǎo)熱系數(shù)為35W/（m.K）（比金屬層要差），因此導(dǎo)熱路徑比較長(zhǎng)。這種LED芯片的熱阻較大，而且這種結(jié)構(gòu)的電極和引線也會(huì)擋住部分光線出光。,這種封裝法首先制備具有適合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同時(shí)制備相應(yīng)尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接電極的金導(dǎo)電層和引出層（超聲波金絲球焊點(diǎn)）。然后，利用共晶焊接設(shè)備將大尺寸LED芯片與硅底板焊在一起。在做好倒裝芯片的基礎(chǔ)上，在封裝是應(yīng)考慮三個(gè)問(wèn)題：1、由于LED是W級(jí)芯片，那么應(yīng)該采用直徑多大的金絲才合適？2、二是怎樣把倒裝好的芯片固定在熱沉上，是用導(dǎo)熱膠還是用共晶焊接？3、三是考慮在執(zhí)沉上制作一個(gè)聚光杯，把芯片發(fā)出的光能聚集成光束。根據(jù)熱沉底板不同，目前市場(chǎng)上常見(jiàn)有兩種熱沉底板的倒裝法：一是上述介紹的利用共晶焊接設(shè)備，將大尺寸W級(jí)LED芯片與硅底板焊接在一起，這稱為硅底板倒裝法。還有一種是陶瓷底板倒裝法。首先，制備具有適合共晶焊接電極結(jié)構(gòu)和大出光面積的LED芯片，并在陶瓷底板制作共晶焊接導(dǎo)電層和引出導(dǎo)電層。然后，利用共晶焊接設(shè)備將大尺寸LED芯片與陶瓷底板焊接在一起。,2.5.4集成LED的封裝,目前，通常使用單層或雙層鋁基板作為熱沉，把單個(gè)芯片或多個(gè)芯片用固晶膠直接固定在鋁基板（或銅基板）上，LED芯片的p型和n型兩個(gè)電極則鍵合在鋁基板表層的薄銅板上。根據(jù)所需功率的大小確定底座上排列LED芯片的數(shù)目，可組合封裝成1W、2W、3W等高亮度的大功率LED。最后，使用高折射率的材料按光學(xué)設(shè)計(jì)的形狀對(duì)集成的LED進(jìn)行封裝。這種芯片采用常規(guī)芯片，并高密度集成組合，其取光效率高、熱阻低，可以根據(jù)用戶的要求來(lái)組合電壓和電流，也可以根據(jù)用戶的要求制作成不同的體積和形狀。這種集成LED的價(jià)格比單芯片1W功率的LED要低，但是光效高，適合在燈具上作為背光源，并且路燈、景觀燈都可以采用。這是一種很有發(fā)展前景的LED大功率固體光源，其結(jié)構(gòu)（如圖）所示。對(duì)于多芯片集成的大功率LED，在制作工藝上必須注意：要對(duì)LED芯片進(jìn)行嚴(yán)格的挑選，正向電壓相差在0.1V之內(nèi),反向電壓要大于10V;制作時(shí)要特別注意防靜電,如果個(gè)別的芯片被靜電損壞,但是又無(wú)法檢出,那么這對(duì)整個(gè)大功率LED的性能影響很大.在固晶和焊線后,要按滿電流20mA點(diǎn)亮一個(gè)小時(shí),合格后才能進(jìn)行點(diǎn)熒光粉和灌膠.封裝好后,還要進(jìn)行幾個(gè)小時(shí)的老化,然后進(jìn)行測(cè)試和分選.在排列芯片時(shí),要讓每個(gè)LED芯片之間有一定的間隙.在固晶時(shí),LED芯片要保持一樣高度,不要出現(xiàn)有的芯片固晶膠較多,墊得很高,而有的又很低;只要芯片底部粘有一定的固晶膠,可以固定住芯片即可(推力不小于100g).在其他地方不要留有固晶膠,否則多余的固晶膠會(huì)吸收光線而不利于出光.,因?yàn)樾酒呐帕锌赡苡写?lián)、并聯(lián)之分，所以在焊線時(shí)，盡量保持每根金絲豐隔一定的距離，并保持平行，不能交叉。金絲要有一定的弧度，并且不能從芯片上跨過(guò)。保持固晶下面的熱沉面光潔，讓光線能從底座反射回來(lái)，從而增加出光。因此在鋁基板上挖開(kāi)的槽要光滑，這樣有利于出光。鋁基板挖槽的大小和深度，要根據(jù)芯片的多少和出光角度的大小來(lái)確定。2.5.5大功率LED封裝的注意事項(xiàng)對(duì)于大功率LED的封裝,要根據(jù)LED芯片來(lái)選