LED照明基礎(chǔ)知識最詳解續(xù)

1、第五章 LED封裝基本知識1、LED封裝的概念LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展及演變而來的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi)，封裝的作用主要是保護(hù)管芯和完成電氣互連。而LED封裝則是完成輸出電信號，保護(hù)管芯正常工作，輸出：可見光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計及技術(shù)要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。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)管芯，當(dāng)注入PN結(jié)的少數(shù)載流子及多數(shù)載流子復(fù)合時，就會發(fā)出可見光，紫外光或近紅外光。但PN結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個方向發(fā)射有相同的幾率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來

2、，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)及包封材料，應(yīng)用要求提高LED的內(nèi)、外部量子效率。LED封裝的功能主要包括：1.機(jī)械保護(hù)，以提高可靠性;2.加強(qiáng)散熱，以降低芯片結(jié)溫，提高LED性能;3.光學(xué)控制，提高出光效率，優(yōu)化光束分布;4.供電管理，包括交流/直流轉(zhuǎn)變，以及電源控制。常規(guī)5mm型LED封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上，管芯的正極通過球形接觸點及金絲，鍵合為內(nèi)引線及一條管腳相連，負(fù)極通過反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封。反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光，向期望的方向角內(nèi)發(fā)射。頂部包封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀，有

3、這樣幾種作用：A.保護(hù)管芯等不受外界侵蝕；采用不同的形狀和材料性質(zhì)(摻或不摻散色劑)，起透鏡或漫射透鏡功能，控制光的發(fā)散角；B.管芯折射率及空氣折射率相關(guān)太大，致使管芯內(nèi)部的全反射臨界角很小，其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失，選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹脂作過渡，提高管芯的光出射效率。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性，絕緣性，機(jī)械強(qiáng)度，對管芯發(fā)出光的折射率和透射率高。選擇不同折射率的封裝材料，封裝幾何形狀對光子逸出效率的影響是不同的，發(fā)光強(qiáng)度的角分布也及管芯結(jié)構(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用材質(zhì)和形狀有關(guān)。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中

4、到LED的軸線方向，相應(yīng)的視角較小；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型，其相應(yīng)視角將增大。一般情況下，LED的發(fā)光波長隨溫度變化為02-03nm，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當(dāng)正向電流流經(jīng)PN結(jié)，發(fā)熱性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升，在室溫附近，溫度每升高1，LED的發(fā)光強(qiáng)度會相應(yīng)地減少1左右，封裝散熱時保持色純度及發(fā)光強(qiáng)度非常重要，以往多采用減少其驅(qū)動電流的辦法，降低結(jié)溫，多數(shù)LED的驅(qū)動電流限制在20mA左右。但是，LED的光輸出會隨電流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驅(qū)動電流可以達(dá)到70mA、100mA甚至1A級，需要改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)，全新的LED封裝設(shè)計理念和低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)，改善

5、熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu)，選用導(dǎo)熱性能好的銀膠，增大金屬支架的表面積，焊料凸點的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此外，在應(yīng)用設(shè)計中，PCB線路板等的熱設(shè)計、導(dǎo)熱性能也十分重要。進(jìn)入21世紀(jì)后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，LED芯片和封裝不再沿龔傳統(tǒng)的設(shè)計理念及制造生產(chǎn)模式，在增加芯片的光輸出方面，研發(fā)不僅僅限于改變材料內(nèi)雜質(zhì)數(shù)量，晶格缺陷和位錯來提高內(nèi)部效率，同時，如何改善管芯及封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)LED內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優(yōu)化設(shè)計，改進(jìn)光學(xué)性能，加速表面貼裝化SMD進(jìn)程更是產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的主流方向。2、LED封裝的分類采用不同封裝結(jié)構(gòu)形

6、式及尺寸，不同發(fā)光顏色的管芯及其雙色、或三色組合方式，可生產(chǎn)出多種系列，品種、規(guī)格的產(chǎn)品。LED產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)的類型，也有根據(jù)發(fā)光顏色、芯片材料、發(fā)光亮度、尺寸大小等情況特征來分類的。單個管芯一般構(gòu)成點光源，多個管芯組裝一般可構(gòu)成面光源和線光源，作信息、狀態(tài)指示及顯示用，發(fā)光顯示器也是用多個管芯，通過管芯的適當(dāng)連接(包括串聯(lián)和并聯(lián))及合適的光學(xué)結(jié)構(gòu)組合而成的，構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段和發(fā)光點。根據(jù)不同的應(yīng)用場合、不同的外形尺寸、散熱方案和發(fā)光效果，LED封裝形式多種多樣。目前,LED按封裝形式分類主要有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED

7、、Flip Chip-LED等。1）Lamp-LED(垂直LED)LED腳式封裝采用引線架作各種封裝外型的引腳，是最先研發(fā)成功投放市場的封裝結(jié)構(gòu)，品種數(shù)量繁多，技術(shù)成熟度較高，封裝內(nèi)結(jié)構(gòu)及反射層仍在不斷改進(jìn)。標(biāo)準(zhǔn)LED被大多數(shù)客戶認(rèn)為是目前顯示行業(yè)中最方便、最經(jīng)濟(jì)的解決方案，典型的傳統(tǒng)LED安置在能承受01W輸入功率的包封內(nèi)，其90的熱量是由負(fù)極的引腳架散發(fā)至PCB板，再散發(fā)到空氣中，如何降低工作時PN結(jié)的溫升是封裝及應(yīng)用必須考慮的。包封材料多采用高溫固化環(huán)氧樹脂，其旋旋光性能優(yōu)良，工藝適應(yīng)性好，產(chǎn)品可靠性高，可做成有色透明或無色透明和有色散射或無色散射的透鏡封裝，不同的透鏡形狀構(gòu)成多種外形及

8、尺寸。LED發(fā)光顯示器可由數(shù)碼管或米字管、符號管、矩陳管組成各種多位產(chǎn)品，由實際需求設(shè)計成各種形狀及結(jié)構(gòu)。以數(shù)碼管為例，有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結(jié)構(gòu)，連接方式有共陽極和共陰極兩種，一位就是通常說的數(shù)碼管，兩位以上的一般稱作顯示器。反射罩式具有字型大，用料省，組裝靈活的混合封裝特點，一般用白色塑料制作成帶反射腔的七段形外殼，將單個LED管芯粘結(jié)在及反射罩的七個反射腔互相對位的PCB板上，每個反射腔底部的中心位置是管芯形成的發(fā)光區(qū)，用壓焊方法鍵合引線，在反射罩內(nèi)滴人環(huán)氧樹脂，及粘好管芯的PCB板對位粘合，然后固化即成。反射罩式又分為空封和實封兩種，前者采用散射劑及染料的環(huán)氧樹脂

9、，多用于單位、雙位器件；后者上蓋濾色片及勻光膜，并在管芯及底板上涂透明絕緣膠，提高出光效率，一般用于四位以上的數(shù)字顯示。單片集成式是在發(fā)光材料芯片上制作大量七段數(shù)碼顯示器圖形管芯，然后劃片分割成單片圖形管芯，粘結(jié)、壓焊、封裝帶透鏡(俗稱魚眼透鏡)的外殼。單條七段式將已制作好的大面積LED芯片，劃割成內(nèi)含一只或多只管芯的發(fā)光條，如此同樣的七條粘結(jié)在數(shù)碼字形的可伐架上，經(jīng)壓焊、環(huán)氧樹脂封裝構(gòu)成。單片式、單條式的特點是微小型化，可采用雙列直插式封裝，大多是專用產(chǎn)品。LED光柱顯示器在106mm長度的線路板上，安置101只管芯(最多可達(dá)201只管芯)，屬于高密度封裝，利用光學(xué)的折射原理，使點光源通過透

10、明罩殼的13-15條光柵成像，完成每只管芯由點到線的顯示，封裝技術(shù)較為復(fù)雜。Lamp-LED早期出現(xiàn)的是直插LED,它的封裝采用灌封的形式.灌封的過程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧樹脂,然后插入壓焊好的LED支架,放入烘箱中讓環(huán)氧樹脂固化后,將LED從模腔中脫離出即成型.由于制造工藝相對簡單、成本低,有著較高的市場占有率.Lamp-LED一般用于大屏，指示燈等領(lǐng)域2）SMD-LED(表面貼裝LED)在2019年，表面貼裝封裝的LED(SMD LED)逐漸被市場所接受，并獲得一定的市場份額，從引腳式封裝轉(zhuǎn)向SMD符合整個電子行業(yè)發(fā)展大趨勢，很多生產(chǎn)廠商推出此類產(chǎn)品。早期的SMD LED大多采

11、用帶透明塑料體的SOT-23改進(jìn)型，外形尺寸304×111mm，卷盤式容器編帶包裝。在SOT-23基礎(chǔ)上，研發(fā)出帶透鏡的高亮度SMD的SLM-125系列，SLM-245系列LED，前者為單色發(fā)光，后者為雙色或三色發(fā)光。貼片LED是貼于線路板表面的,適合SMT加工,可回流焊,很好地解決了亮度、視角、平整度、可靠性、一致性等問題,采用了更輕的PCB板和反射層材料,改進(jìn)后去掉了直插LED較重的碳鋼材料引腳,使顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少,目的是縮小尺寸,降低重量.這樣,表面貼裝LED可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半,最終使應(yīng)用更加完美.3）Side-LED(側(cè)發(fā)光LED)目前,LED封裝的另

12、一個重點便側(cè)面發(fā)光封裝.如果想使用LED當(dāng)LCD(液晶顯示器)的背光光源,那么LED的側(cè)面發(fā)光需及表面發(fā)光相同,才能使LCD背光發(fā)光均勻.雖然使用導(dǎo)線架的設(shè)計,也可以達(dá)到側(cè)面發(fā)光的目的,但是散熱效果不好.不過,Lumileds公司發(fā)明反射鏡的設(shè)計,將表面發(fā)光的LED,利用反射鏡原理來發(fā)成側(cè)光,成功的將高功率LED應(yīng)用在大尺寸LCD背光模組上.Side-LED也屬于SMD-LED的一種，一般用作背光源4）TOP-LED(頂部發(fā)光LED)頂部發(fā)光LED是比較常見的貼片式發(fā)光二極管.主要應(yīng)用于多功能超薄手機(jī)和PDA中的背光和狀態(tài)指示燈.TOP-LED屬于SMD-LED的一種，一般用作大屏5）High

13、-Power-LED(高功率LED)LED芯片及封裝向大功率方向發(fā)展，在大電流下產(chǎn)生比5mmLED大10-20倍的光通量，必須采用有效的散熱及不劣化的封裝材料解決光衰問題，因此，管殼及封裝也是其關(guān)鍵技術(shù)，能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn)。5W系列白、綠、藍(lán)綠、藍(lán)的功率型LED從2019年初開始供貨，白光LED光輸出達(dá)1871m，光效4431mW綠光衰問題，開發(fā)出可承受10W功率的LED，大面積管；匕尺寸為25×25mm，可在5A電流下工作，光輸出達(dá)2019m，作為固體照明光源有很大發(fā)展空間。Luxeon系列功率LED是將A1GalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點的硅載體上，然

14、后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉及管殼中，鍵合引線進(jìn)行封裝。這種封裝對于取光效率，散熱性能，加大工作電流密度的設(shè)計都是最佳的。其主要特點：熱阻低，一般僅為14W，只有常規(guī)LED的110；可*性高，封裝內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體，在-40-120范圍，不會因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使金絲及引線框架斷開，并防止環(huán)氧樹脂透鏡變黃，引線框架也不會因氧化而玷污；反射杯和透鏡的最佳設(shè)計使輻射圖樣可控和光學(xué)效率最高。另外，其輸出光功率，外量子效率等性能優(yōu)異，將LED固體光源發(fā)展到一個新水平。為了獲得高功率、高亮度的LED光源,廠商們在LED芯片及封裝設(shè)計方面向大功率方向發(fā)展.目前,能承受數(shù)W功率的LED封裝已出

15、現(xiàn).比如Norlux系列功率LED的封裝結(jié)構(gòu)為六角形鋁板作底座(使其不導(dǎo)電)的多芯片組合，底座直徑3175mm，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，直徑約(0.375×254)mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時作為熱襯。管芯的鍵合引線通過底座上制作的兩個接觸點及正、負(fù)極連接，根據(jù)所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數(shù)目，可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其發(fā)射光分別為單色，彩色或合成的白色，最后用高折射率的材料按光學(xué)設(shè)計形狀進(jìn)行包封。這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝，取光效率高，熱阻低，較好地保護(hù)管芯及鍵合引線，在大電流下有較高的光輸出功率，也是一種有發(fā)展前景的

16、LED固體光源。在應(yīng)用中，可將已封裝產(chǎn)品組裝在一個帶有鋁夾層的金屬芯PCB板上，形成功率密度LED，PCB板作為器件電極連接的布線之用，鋁芯夾層則可作熱襯使用，獲得較高的發(fā)光通量和光電轉(zhuǎn)換效率。此外，封裝好的SMD LED體積很小，可靈活地組合起來，構(gòu)成模塊型、導(dǎo)光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源?？梢?功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長、使用壽命等，因此，對功率型LED芯片的封裝設(shè)計、制造技術(shù)更顯得尤為重要。High-Power-LED，大功率LED，用于照明。6）Flip Chip-LED(覆晶LED)LED覆晶封裝結(jié)構(gòu)是在PCB基本上制有復(fù)數(shù)個穿孔

17、,該基板的一側(cè)的每個穿孔處都設(shè)有兩個不同區(qū)域且互為開路的導(dǎo)電材質(zhì),并且該導(dǎo)電材質(zhì)是平鋪于基板的表面上,有復(fù)數(shù)個未經(jīng)封裝的LED芯片放置于具有導(dǎo)電材質(zhì)的一側(cè)的每個穿孔處,單一LED芯片的正極及負(fù)極接點是利用錫球分別及基板表面上的導(dǎo)電材質(zhì)連結(jié),且于復(fù)數(shù)個LED芯片面向穿孔的一側(cè)的表面皆點著有透明材質(zhì)的封膠,該封膠是呈一半球體的形狀位于各個穿孔處.屬于倒裝焊結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管.按固體發(fā)光物理學(xué)原理,LED的發(fā)光效能近似100%,因此,LED被譽為21世紀(jì)新光源,有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源.展望未來,廠商必將把大功率、高亮度LED放在突出發(fā)展位置.LED產(chǎn)業(yè)鏈中的襯底、外延

18、、芯片、封裝、應(yīng)用需共同發(fā)展,多方互動培植,而封裝是產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下部分,需要大家極大地關(guān)注及重視.3、LED封裝工藝流程1）LED的封裝的任務(wù)是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護(hù)好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。關(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝。2）LED封裝形式LED封裝形式可以說是五花八門，主要根據(jù)不同的應(yīng)用場合采用相應(yīng)的外形尺寸，散熱對策和出光效果。LED按封裝形式分類有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。3）LED封裝工藝流程封裝工藝流程圖參見右圖。4）封裝工藝說明（1）芯片檢驗鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及

19、麻點麻坑（lock hill）；芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求；電極圖案是否完整（2）擴(kuò)片（擴(kuò)晶）由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很?。s0.1mm），不利于后工序的操作。我們采用擴(kuò)片機(jī)對黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張，是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴(kuò)張，但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。（3）點膠在LED支架的相應(yīng)位置點上銀膠或絕緣膠。（對于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來固定芯片。）工藝難點在于點膠量的控制，在膠體高度、點膠位置均有詳細(xì)的工藝要求。如果LED芯片是L型電極的

20、,也就是說這種芯片是上、下各有一個電極,那么要求芯片粘合的膠既要能導(dǎo)電,又要能把LED芯片上的熱量通過膠傳導(dǎo)到支架或熱沉上。所以,必須用導(dǎo)熱性能好、導(dǎo)電性能也好的固晶膠?，F(xiàn)在市場上很多種可供選擇的膠。 如果LED芯片是V型電極的,也就是說在上面有兩個電極,下面沒有電極,因此下面就不允許導(dǎo)電。但是仍然需要導(dǎo)熱性能,所以必須使用絕緣導(dǎo)熱性能較好的膠。 由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。（4）備膠和點膠相反，備膠是用備膠機(jī)先把銀膠涂在LED背面電極上，然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上。備膠的效率遠(yuǎn)高于點膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備

21、膠工藝。（5）手工刺片將擴(kuò)張后LED芯片（備膠或未備膠）安置在刺片臺的夾具上，LED支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應(yīng)的位置上。手工刺片和自動裝架相比有一個好處，便于隨時更換不同的芯片，適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品.（6）自動裝架自動裝架其實是結(jié)合了沾膠（點膠）和安裝芯片兩大步驟，先在LED支架上點上銀膠（絕緣膠），然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置，再安置在相應(yīng)的支架位置上。自動裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程，同時對設(shè)備的沾膠及安裝精度進(jìn)行調(diào)整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對LED芯片表面的損傷，特別是蘭、綠色芯片必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片表面

22、的電流擴(kuò)散層。（7）燒結(jié)燒結(jié)的目的是使銀膠固化，燒結(jié)要求對溫度進(jìn)行監(jiān)控，防止批次性不良。銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150，燒結(jié)時間2小時。根據(jù)實際情況可以調(diào)整到170，1小時。絕緣膠一般150，1小時。銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時（或1小時）打開更換燒結(jié)的產(chǎn)品，中間不得隨意打開。燒結(jié)烘箱不得再其它用途，防止污染。（8）壓焊壓焊的目的將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作。LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。右圖是鋁絲壓焊的過程，先在LED芯片電極上壓上第一點，再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方，壓上第二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球，其余過程類似。壓焊是LED

23、封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲（鋁絲）拱絲形狀，焊點形狀，拉力。對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題，如金（鋁）絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈刀（鋼嘴）選用、劈刀（鋼嘴）運動軌跡等等。（下圖是同等條件下，兩種不同的劈刀壓出的焊點微觀照片，兩者在微觀結(jié)構(gòu)上存在差別，從而影響著產(chǎn)品質(zhì)量。）我們在這里不再累述。特別需要注意的是,加在焊線上的壓力不要太大,一般是3040g之間,壓力太大容易把電極打裂,而這種裂縫通過一般的顯微鏡都是看不見的。如果存在電極裂縫,那么在通電加熱后,這個裂縫會逐步變大,相應(yīng)的漏電流也會增大,這樣LED在使用時會很快損壞。（9）涂覆熒光粉此工藝流程要根據(jù)

24、產(chǎn)品要求決定是否需要。首先要把熒光粉和環(huán)氧樹脂調(diào)配好,調(diào)配的濃度和數(shù)量都要根據(jù)以往的經(jīng)驗。這里要特別強(qiáng)調(diào)的是,膠和熒光粉一定要充分?jǐn)嚢杈鶆?要讓A、B膠充分混合。在點熒光粉(熒光粉和膠混合,即點膠)的過程中,熒光粉不能沉淀,濃度要始終保持一致。 點熒光粉所用的設(shè)備、裝膠的容器和針頭都要保持一定的溫度并不斷攪拌,防止膠凝固和熒光粉沉淀。點膠的針頭最好使用不粘膠的針頭,這種針頭只需輕輕一吹就會干凈。在點膠過程中要保證針頭不會發(fā)生堵塞,并且出膠要均勻。這樣做才能使白光的色溫一致性較好。目前生產(chǎn)白光LED的廠家,大多數(shù)是采用人工點熒光粉,點熒光粉的工人要經(jīng)過長期的培訓(xùn),在掌握經(jīng)驗后才能很好地完成這項工

25、藝。點熒光粉所用的點膠機(jī)一般有兩種：粘膠機(jī)：即將熒光粉和膠配好后,均勻地分布在滾筒上,滾筒不斷滾動,這樣膠就可以均勻分布在滾筒的外壁上。把焊好金絲的藍(lán)光芯片的整個支架(20粒)靠到滾筒上,滾筒上的熒光粉膠就會均勻地粘到20個芯片的支架“碗”內(nèi)。圖3給出了熒光粉粘膠機(jī)的示意圖。 點膠機(jī)：另一種是用自動配好熒光粉的膠從針頭滴到焊好LED的支架上,其工作原理就像灌膠機(jī)一樣。灌膠機(jī)一次可灌20粒,點熒光粉膠一般一次為45粒。這種點膠機(jī)滴出來的膠量可以進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。裝在點膠機(jī)容器內(nèi)的膠要保持一定的溫度,需要經(jīng)常攪拌,這樣不會產(chǎn)生沉淀。以上兩種都適用于3mm、5mm等引腳式封裝的LED管子。圖4給出了熒光

26、粉點膠機(jī)的示意圖。 有些制造大功率白光LED的方法,是預(yù)先把熒光粉和膠調(diào)配好,然后開出一個模子,把熒光粉膠刷在模子上,讓它干后成為一片膠餅。再把膠餅蓋在焊好的大功率LED芯片上,并用適量的膠把膠餅固定在芯片上。這樣做出來的LED其色溫會比較一致。（10）點膠封裝LED的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種。基本上工藝控制的難點是氣泡、多缺料、黑點。設(shè)計上主要是對材料的選型，選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架。（一般的LED無法通過氣密性試驗）如TOP-LED和Side-LED適用點膠封裝。手動點膠封裝對操作水平要求很高（特別是白光LED），主要難點是對點膠量的控制，因為環(huán)氧在使用過程中會變稠。白光LED的點膠

27、還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致出光色差的問題。（11）灌膠封裝Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱讓環(huán)氧固化后，將LED從模腔中脫出即成型。（12）模壓封裝將壓焊好的LED支架放入模具中，將上下兩副模具用液壓機(jī)合模并抽真空，將固態(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中，環(huán)氧順著膠道進(jìn)入各個LED成型槽中并固化。（13）固化及后固化固化是指封裝環(huán)氧的固化，一般環(huán)氧固化條件在135，1小時。模壓封裝一般在150，4分鐘。（14）后固化后固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時對LED進(jìn)行熱老化。后固化對于提高環(huán)氧及支架（PC

28、B）的粘接強(qiáng)度非常重要。一般條件為120，4小時。（15）切筋和劃片由于LED在生產(chǎn)中是連在一起的（不是單個），Lamp封裝LED采用切筋切斷LED支架的連筋。SMD-LED則是在一片PCB板上，需要劃片機(jī)來完成分離工作。（16）測試測試LED的光電參數(shù)、檢驗外形尺寸，同時根據(jù)客戶要求對LED產(chǎn)品進(jìn)行分選。（17）包裝將成品進(jìn)行計數(shù)包裝。超高亮LED需要防靜電包裝5）Lamp LED的工藝流程圖解6）SMD LED的工藝流程圖解4、LED封裝器件的性能LED器件性能指標(biāo)主要包括亮度/光通量、光衰、失效率、光效、一致性、光學(xué)分布等。1、亮度或光通量由于小芯片(15mil以下)已可在國內(nèi)芯片企業(yè)大

29、規(guī)模量產(chǎn)(盡管有部分外延片來自進(jìn)口)，小芯片亮度已及國外最高亮度產(chǎn)品接近，其亮度要求已能滿足95%的LED應(yīng)用需求，而封裝器件的亮度90%程度上取決于芯片亮度。中大尺寸芯片(24mil以上)目前絕大部分依賴進(jìn)口，每瓦流明值取決于所采購芯片的流明值，封裝環(huán)節(jié)對流明值的影響只有10%。2、光衰一般研究認(rèn)為，光衰及芯片關(guān)聯(lián)度不大，及封裝材料及工藝關(guān)聯(lián)度最大。影響光衰的封裝材料主要有固晶底膠、熒光膠、外封膠等，影響光衰的封裝工藝主要有各工序的烘烤溫度和時間及材料匹配等。目前，中國LED封裝工藝經(jīng)過多年的發(fā)展和積累，已有較好的基礎(chǔ)，在光衰的控制上已及國外一些產(chǎn)品匹敵。3、失效率失效率及芯片質(zhì)量、封裝輔助

30、材料、生產(chǎn)工藝、設(shè)計水平和管理水平相關(guān)。LED失效主要表現(xiàn)為死燈、光衰過大、波長或色溫漂移過大等。根據(jù)LED器件的不同用途要求，其失效率也有不同的要求。例如指示燈用途LED可以為1000PPM(3000小時);照明用途LED為500PPM(3000小時);彩色顯示屏用途LED為50PPM(3000小時)。中國封裝企業(yè)的LED失效率整體水平有待提高?？上驳氖?，少量中國優(yōu)秀封裝企業(yè)的失效率已達(dá)到世界水平。4、光效LED光效90%取決于芯片的發(fā)光效率。中國LED封裝企業(yè)對封裝環(huán)節(jié)的光效提高技術(shù)也有大量研究。如果中國在大尺寸瓦級芯片的研發(fā)生產(chǎn)上取得突破及量產(chǎn)，將會極大促進(jìn)功率型封裝器件光效的提高。5、

31、一致性LED的一致性包括波長一致性、亮度一致性、色溫一致性、衰減一致性等前三項一致性是可以通過投料工藝控制和分光分色機(jī)篩選達(dá)到的。前三項水平來說，中國LED封裝技術(shù)及國外一致。角度一致性往往難以分選出來，需通過優(yōu)化設(shè)計、物料機(jī)械精度控制、生產(chǎn)制程嚴(yán)格控制來達(dá)到。例如，LED全彩顯示屏用途的紅、綠、藍(lán)三種橢圓形LED的角度一致性控制非常重要，決定性地影響LED全彩顯示屏的色彩品質(zhì)，成為LED器件的一項高端技術(shù)。衰減一致性也及物料控制和工藝控制有關(guān)，包括不同顏色LED的衰減一致性和同一顏色LED的衰減一致性。一致性的研究是LED封裝技術(shù)的一個重要課題。中國部分LED封裝企業(yè)在LED一致性方面的技術(shù)

32、已及國際接軌。6、光學(xué)分布LED是一個發(fā)光器件，對于很多LED應(yīng)用用途來說，LED的光形分布是一個重要指標(biāo)，決定了應(yīng)用產(chǎn)品二次光學(xué)的設(shè)計基礎(chǔ)，也直接影響了LED應(yīng)用產(chǎn)品的視覺效果。例如，LED戶外顯示屏使用的LED橢圓形透鏡設(shè)計能夠使顯示屏在角度變化時亮度變化平穩(wěn)并有較大視角，符合人的視覺習(xí)慣。又如，LED路燈的光學(xué)要求，使得LED的一次光學(xué)設(shè)計和路燈的二次光學(xué)設(shè)計必須匹配，達(dá)到最佳路面光斑和最佳發(fā)光效率。通過計算機(jī)光學(xué)模擬軟件來進(jìn)行設(shè)計開發(fā)是常用的手段。中國LED封裝企業(yè)在積極迎頭趕上，及國外技術(shù)的差距在縮小。5、提高LED發(fā)光效率的技術(shù)1）透明襯底技術(shù)InGaAlP LED通常是在GaAs

33、襯底上外延生長InGaAlP發(fā)光區(qū)GaP窗口區(qū)制備而成。及InGaAlP相比，GaAs材料具有小得多的禁帶寬度，因此，當(dāng)短波長的光從發(fā)光區(qū)及窗口表面射入GaAs襯底時，將被悉數(shù)吸收，成為器件出光效率不高的主要原因。在襯底及限制層之間生長一個布喇格反射區(qū)，能將垂直射向襯底的光反射回發(fā)光區(qū)或窗口，部分改善了器件的出光特性。一個更為有效的方法是先去除GaAs襯底，代之于全透明的GaP晶體。由于芯片內(nèi)除去了襯底吸收區(qū)，使量子效率從4提升到了25-30。為進(jìn)一步減小電極區(qū)的吸收，有人將這種透明襯底型的InGaAlP器件制作成截角倒錐體的外形，使量子效率有了更大的提高。2）金屬膜反射技術(shù)透明襯底制程首先起

34、源于美國的HP、Lumileds等公司，金屬膜反射法主要有日本、臺灣廠商進(jìn)行了大量的研究及發(fā)展。這種制程不但回避了透明襯底專利，而且，更利于規(guī)模生產(chǎn)。其效果可以說及透明襯底法具有異曲同工之妙。該制程通常謂之MB制程，首先去除GaAs襯底，然后在其表面及Si基底表面同時蒸鍍Al質(zhì)金屬膜，然后在一定的溫度及壓力下熔接在一起。如此，從發(fā)光層照射到基板的光線被Al質(zhì)金屬膜層反射至芯片表面，從而使器件的發(fā)光效率提高2.5倍以上。3）表面微結(jié)構(gòu)技術(shù)表面微結(jié)構(gòu)制程是提高器件出光效率的又一個有效技術(shù)，該技術(shù)的基本要點是在芯片表面刻蝕大量尺寸為光波長量級的小結(jié)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)呈截角四面體狀，如此不但擴(kuò)展了出光面積，

35、而且改變了光在芯片表面處的折射方向，從而使透光效率明顯提高。測量指出，對于窗口層厚度為20µm的器件，出光效率可增長30。當(dāng)窗口層厚度減至10µm時，出光效率將有60的改進(jìn)。對于585-625nm波長的LED器件，制作紋理結(jié)構(gòu)后，發(fā)光效率可達(dá)30lm/w，其值已接近透明襯底器件的水平。4）倒裝芯片技術(shù)通過MOCVD技術(shù)在蘭寶石襯底上生長GaN基LED結(jié)構(gòu)層，由P/N結(jié)發(fā)光區(qū)發(fā)出的光透過上面的P型區(qū)射出。由于P型GaN傳導(dǎo)性能不佳，為獲得良好的電流擴(kuò)展，需要通過蒸鍍技術(shù)在P區(qū)表面形成一層Ni-Au組成的金屬電極層。P區(qū)引線通過該層金屬薄膜引出。為獲得好的電

36、流擴(kuò)展，Ni-Au金屬電極層就不能太薄。為此，器件的發(fā)光效率就會受到很大影響，通常要同時兼顧電流擴(kuò)展及出光效率二個因素。但無論在什么情況下，金屬薄膜的存在，總會使透光性能變差。此外，引線焊點的存在也使器件的出光效率受到影響。采用GaN LED倒裝芯片的結(jié)構(gòu)可以從根本上消除上面的問題。5）芯片鍵合技術(shù)光電子器件對所需要的材料在性能上有一定的要求，通常都需要有大的帶寬差和在材料的折射指數(shù)上要有很大的變化。不幸的是，一般沒有天然的這種材料。用同質(zhì)外延生長技術(shù)一般都不能形成所需要的帶寬差和折射指數(shù)差，而用通常的異質(zhì)外延技術(shù)，如在硅片上外延GaAs和InP等，不僅成本較高，而且結(jié)合接口的位錯密度也非常高

37、，很難形成高質(zhì)量的光電子集成器件。由于低溫鍵合技術(shù)可以大大減少不同材料之間的熱失配問題，減少應(yīng)力和位錯，因此能形成高質(zhì)量的器件。隨著對鍵合機(jī)理的逐漸認(rèn)識和鍵合制程技術(shù)的逐漸成熟，多種不同材料的芯片之間已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)互相鍵合，從而可能形成一些特殊用途的材料和器件。如在硅片上形成硅化物層再進(jìn)行鍵合就可以形成一種新的結(jié)構(gòu)。由于硅化物的電導(dǎo)率很高，因此可以代替雙極型器件中的隱埋層，從而減小RC常數(shù)。6）激光剝離技術(shù)（LLO）激光剝離技術(shù)（LLO）是利用激光能量分解GaN/藍(lán)寶石接口處的GaN緩沖層，從而實現(xiàn)LED外延片從藍(lán)寶石襯底分離。技術(shù)優(yōu)點是外延片轉(zhuǎn)移到高熱導(dǎo)率的熱沉上，能夠改善大尺寸芯片中電流擴(kuò)展

38、。n面為出光面：發(fā)光面積增大，電極擋光小，便于制備微結(jié)構(gòu)，并且減少刻蝕、磨片、劃片。更重要的是藍(lán)寶石襯底可以重復(fù)運用。第六章白光LED的基礎(chǔ)知識1、白光LED的概念隨著ZnSe和GaN等寬帶隙材料及其發(fā)光器件技術(shù)的發(fā)展，于20世紀(jì)90年代中期推出了一種白光LED。由于白光LED具有低驅(qū)動電壓、快速開關(guān)響應(yīng)時間、無頻閃、高發(fā)光效率、小體積、低能耗、長壽命、強(qiáng)抗震性等特點，有望取代傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈和高壓氣體放電燈，實現(xiàn)環(huán)保和綠色照明光源，在軍民用領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景，因此白光LED被稱為愛迪生發(fā)明白熾燈之后的又一次燈具技術(shù)革命，世界各國正不惜重金支持這種極具社會和經(jīng)濟(jì)效益的白光LE

39、D的發(fā)展。一般人所指的白光是指白天所看到的太陽光，學(xué)理上分析后發(fā)現(xiàn)其蘊含自400700nm范圍的連續(xù)光譜，以目視的顏色而言，可分解成紅橙黃綠藍(lán)青紫等七色。根據(jù)LED的發(fā)光原理，一般LED只能發(fā)出單色光，為了讓它發(fā)白光，工藝上必須混合兩種以上互補(bǔ)色的光而成，2019年白光LED研發(fā)成功，經(jīng)過10年多的發(fā)展，常用來形成白光LED的組合方式有三種：1）藍(lán)光LED及黃色熒光粉之組合2）紅/綠/藍(lán)三色LED之組合3）UV LED及多色熒光粉之組合目前，掌握白光LED關(guān)鍵技術(shù)的廠家包括日亞化工、Cree、Lumileds、歐思朗等。2、白光LED發(fā)光原理1）單芯片（1）InGaN(藍(lán))/YAG熒光粉這是一

40、種目前較為成熟的產(chǎn)品，其中 1W的和5W的Lumileds已有批量產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用芯片倒裝結(jié)構(gòu)，提高發(fā)光效率和散熱效果。熒光粉涂覆工藝的改進(jìn)，可將色均勻性提高10倍。實驗證明，電流和溫度的增加使LED光譜有些藍(lán)移和紅移，但對熒光光譜影響并不大。壽命實驗結(jié)果也較好，5的白光LED在工作1.2萬小時后，光輸出下降80%，而這種功率LED在工作1.2萬小時后，僅下降10%，估計工作5萬小時后下降30%。這種稱為Luxeon的功率LED最高效率達(dá)到44.3lm/w，最高光通量為187lm，產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品可達(dá)120lm，Ra為75-80。（2）InGaN(藍(lán))/紅熒光粉+綠熒光粉Lumileds公司采用4

41、60nmLED配以SrGa2S4：Eu2+(綠色)和SrS：Eu2+(紅色)熒光粉，色溫可達(dá)到3000K-6000K的較好結(jié)果，Ra達(dá)到82-87，較前述產(chǎn)品有所提高。（3）InGaN(紫外)/(紅+綠+藍(lán))熒光粉Cree、日亞、豐田等公司均在大力研制紫外LED。Cree公司已生產(chǎn)出50mW、385nm405nm的紫外LED；豐田已生產(chǎn)此類白光LED，其Ra大于等于90，但發(fā)光效率還不夠理想；日亞于最近制得365nm、1mm2、4.6V、500mA的高功率紫外LED，如制成白色LED，會有較好效果。ZnSe和OLED白光器件也有進(jìn)展，但離產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)尚遠(yuǎn)。2）雙芯片可由藍(lán) LED+黃LED、藍(lán)L

42、ED+黃綠LED以及藍(lán)綠LED+黃LED制成，此種器件成本比較便宜，但由于是兩種顏色LED形成的白光，顯色性較差，只能在顯色性要求不高的場合使用。3）三芯片 (藍(lán)色+綠色+紅色)LEDPhilips公司用470nm、540nm和610nm的LED芯片制成Ra大于80的器件，色溫可達(dá)3500K。如用470nm、525nm和635nm的LED芯片，則缺少黃色調(diào)，Ra只能達(dá)到20或30。采用波長補(bǔ)償和光通量反饋方法可使色移動降到可接受程度。美國 TIR公司采用Luxeon RGB器件制成用于景觀照明的系統(tǒng)產(chǎn)品，用Lumileds制成液晶電視屏幕(22英寸)，產(chǎn)品的性能都不錯。4）四芯片 (藍(lán)色+綠色

43、+紅色+黃色)LED采用 465nm、535nm、590nm和625nm LED芯片可制成Ra大于90的白光LED。此外， Norlux公司用90個三色芯片(R、G、B)制成10W的白光LED，每個器件光通量達(dá)130lm，色溫為5500K。5）單芯片和多芯片的比較方式實務(wù)優(yōu)劣比較多芯片型RGB三色混光不易1.材料來源簡單1.使用三顆LED芯片，成本高2.三色混光不易使光色相同，一致性差BCW藍(lán)光+琥珀色黃光可行1.一致性高2.可用于高電量產(chǎn)品(ex:汽車)1.專利權(quán)在美商Gentex手中2.由于電壓高，有過熱問題單芯片型藍(lán)光+YAG螢光粉可行1.材料來源簡單，一致性高2.可用于低電量產(chǎn)品(ex

44、:手機(jī))3.低電壓，沒有過熱問題1.專利權(quán)在Nichia手中UV+RGB螢光粉不易1.亮度較亮，一致性佳，沒有過熱問題1.芯片、螢光粉的來源都不易，目前量產(chǎn)都有問題ZnSe難1.制作不易，且屬活潑性元素，信賴度待提升 3、白光LED技術(shù)指標(biāo)照明用白光LED不同于傳統(tǒng)的LED產(chǎn)品，在技術(shù)性能指標(biāo)上有一些特殊要求：光通量一個5 LED的光通量僅為1lm左右，而用作照明的白光功率LED希望達(dá)到1Klm。當(dāng)然，光通量為0.1Klm和0.01Klm的功率LED也能達(dá)到要求較低的照明需求。由于15W白熾燈效率較低，僅8lm/w，所以一個15W白熾燈的光通量，及25lm/w的白光功率LED5W器件

45、相當(dāng)。發(fā)光效率目前產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品已從 15lm/w提高到100lm/w，研究水平為125lm/w，最高水平已達(dá)130lm/w。色溫在 2500K-10000K之間，最好是2500K-5000K之間。顯色指數(shù) Ra 最好是100。目前可以過到85穩(wěn)定性波長和光通量均要求保持穩(wěn)定，但其穩(wěn)定性程度依照明場合的需求而定。壽命 5萬小時至10萬小時。4、白光LED技術(shù)難點1）InGaN(紫外)/(紅+綠+藍(lán))熒光粉有理論計算結(jié)果顯示，LED的外量子效率達(dá)到和超過50%才能成為日后通用照明的主流。因此，如何提高LED的外部量子效率成為LED研究的一個主要方向。而材料的位錯密度是造成GaN基LED量子效率低的其

46、中一個主要原因，尤其是對于發(fā)短波長的LED。高的位錯密度主要是由藍(lán)寶石襯底和GaN外延層之間的晶格失配和熱膨脹系數(shù)失配造成的。除此之外，有源區(qū)的質(zhì)量好壞對LED的量子效率起著至關(guān)重要的作用，主要包括阱層和勢壘層的厚度，In組分，應(yīng)力，界面和每層材料生長的質(zhì)量高低。對于近紫外LED的研究，目前主要存在的一下幾個研究難點：（1）高質(zhì)量Gan外延層的生長（2）低歐姆接觸電極的制作（3）電流擁堵效應(yīng)的解決（4）電流注入效率的提高（5）出光效率的提高技術(shù)（6）熒光材料的高效合成（7）耐熱抗UV封裝材料的研究（8）散熱問題的解決5、大功率白光LED的封裝技術(shù)研究大功率LED封裝結(jié)構(gòu)1）大功率LED封裝關(guān)鍵

47、技術(shù)大功率LED封裝主要涉及光、熱、電、結(jié)構(gòu)及工藝等方面，如圖1所示。這些因素彼此既相互獨立，又相互影響。其中，光是LED封裝的目的，熱是關(guān)鍵，電、結(jié)構(gòu)及工藝是手段，而性能是封裝水平的具體體現(xiàn)。從工藝兼容性及降低生產(chǎn)成本而言，LED封裝設(shè)計應(yīng)及芯片設(shè)計同時進(jìn)行，即芯片設(shè)計時就應(yīng)該考慮到封裝結(jié)構(gòu)和工藝。否則，等芯片制造完成后，可能由于封裝的需要對芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而延長了產(chǎn)品研發(fā)周期和工藝成本，有時甚至不可能。圖1 大功率白光LED封裝技術(shù)具體而言，大功率LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)包括：(1) 低熱阻封裝工藝對于現(xiàn)有的LED光效水平而言，由于輸入電能的80%左右轉(zhuǎn)變成為熱量，且LED芯片面積小，因此

48、，芯片散熱是LED封裝必須解決的關(guān)鍵問題。主要包括芯片布置、封裝材料選擇(基板材料、熱界面材料)及工藝、熱沉設(shè)計等。LED封裝熱阻主要包括材料(散熱基板和熱沉結(jié)構(gòu))內(nèi)部熱阻和界面熱阻。散熱基板的作用就是吸收芯片產(chǎn)生的熱量，并傳導(dǎo)到熱沉上，實現(xiàn)及外界的熱交換。常用的散熱基板材料包括硅、金屬(如鋁，銅)、陶瓷(如Al2O3，AlN，SiC)和復(fù)合材料等。如Nichia公司的第三代LED采用CuW做襯底，將1mm芯片倒裝在CuW襯底上，降低了封裝熱阻，提高了發(fā)光功率和效率;Lamina Ceramics公司則研制了低溫共燒陶瓷金屬基板，如圖2(a)，并開發(fā)了相應(yīng)的LED封裝技術(shù)。該技術(shù)首先制備出適于

49、共晶焊的大功率LED芯片和相應(yīng)的陶瓷基板，然后將LED芯片及基板直接焊接在一起。由于該基板上集成了共晶焊層、靜電保護(hù)電路、驅(qū)動電路及控制補(bǔ)償電路，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且由于材料熱導(dǎo)率高，熱界面少，大大提高了散熱性能，為大功率LED陣列封裝提出了解決方案。德國Curmilk公司研制的高導(dǎo)熱性覆銅陶瓷板，由陶瓷基板(AlN或Al2O3)和導(dǎo)電層(Cu)在高溫高壓下燒結(jié)而成，沒有使用黏結(jié)劑，因此導(dǎo)熱性能好、強(qiáng)度高、絕緣性強(qiáng)，如圖2(b)所示。其中氮化鋁(AlN)的熱導(dǎo)率為160W/mk，熱膨脹系數(shù)為4.0×10-6/(及硅的熱膨脹系數(shù)3.2×10-6/相當(dāng))，從而降低了封裝熱應(yīng)力。圖

50、2(a)低溫共燒陶瓷金屬基板圖2(b)覆銅陶瓷基板截面示意圖研究表明，封裝界面對熱阻影響也很大，如果不能正確處理界面，就難以獲得良好的散熱效果。例如，室溫下接觸良好的界面在高溫下可能存在界面間隙，基板的翹曲也可能會影響鍵合和局部的散熱。改善LED封裝的關(guān)鍵在于減少界面和界面接觸熱阻，增強(qiáng)散熱。因此，芯片和散熱基板間的熱界面材料(TIM)選擇十分重要。LED封裝常用的TIM為導(dǎo)電膠和導(dǎo)熱膠，由于熱導(dǎo)率較低，一般為0.5-2.5W/mK，致使界面熱阻很高。而采用低溫或共晶焊料、焊膏或者內(nèi)摻納米顆粒的導(dǎo)電膠作為熱界面材料，可大大降低界面熱阻。(2)高取光率封裝結(jié)構(gòu)及工藝在LED使用過程中，輻射復(fù)合產(chǎn)

51、生的光子在向外發(fā)射時產(chǎn)生的損失，主要包括三個方面：芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷以及材料的吸收;光子在出射界面由于折射率差引起的反射損失;以及由于入射角大于全反射臨界角而引起的全反射損失。因此，很多光線無法從芯片中出射到外部。通過在芯片表面涂覆一層折射率相對較高的透明膠層(灌封膠)，由于該膠層處于芯片和空氣之間，從而有效減少了光子在界面的損失，提高了取光效率。此外，灌封膠的作用還包括對芯片進(jìn)行機(jī)械保護(hù)，應(yīng)力釋放，并作為一種光導(dǎo)結(jié)構(gòu)。因此，要求其透光率高，折射率高，熱穩(wěn)定性好，流動性好，易于噴涂。為提高LED封裝的可靠性，還要求灌封膠具有低吸濕性、低應(yīng)力、耐老化等特性。目前常用的灌封膠包括環(huán)氧樹脂和硅膠。硅膠

52、由于具有透光率高，折射率大，熱穩(wěn)定性好，應(yīng)力小，吸濕性低等特點，明顯優(yōu)于環(huán)氧樹脂，在大功率LED封裝中得到廣泛應(yīng)用，但成本較高。研究表明，提高硅膠折射率可有效減少折射率物理屏障帶來的光子損失，提高外量子效率，但硅膠性能受環(huán)境溫度影響較大。隨著溫度升高，硅膠內(nèi)部的熱應(yīng)力加大，導(dǎo)致硅膠的折射率降低，從而影響LED光效和光強(qiáng)分布。熒光粉的作用在于光色復(fù)合，形成白光。其特性主要包括粒度、形狀、發(fā)光效率、轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性(熱和化學(xué))等，其中，發(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率是關(guān)鍵。研究表明，隨著溫度上升，熒光粉量子效率降低,出光減少，輻射波長也會發(fā)生變化，從而引起白光LED色溫、色度的變化，較高的溫度還會加速熒光粉的

53、老化。原因在于熒光粉涂層是由環(huán)氧或硅膠及熒光粉調(diào)配而成，散熱性能較差，當(dāng)受到紫光或紫外光的輻射時，易發(fā)生溫度猝滅和老化，使發(fā)光效率降低。此外，高溫下灌封膠和熒光粉的熱穩(wěn)定性也存在問題。由于常用熒光粉尺寸在1um以上，折射率大于或等于1.85，而硅膠折射率一般在1.5左右。由于兩者間折射率的不匹配，以及熒光粉顆粒尺寸遠(yuǎn)大于光散射極限(30nm)，因而在熒光粉顆粒表面存在光散射，降低了出光效率。通過在硅膠中摻入納米熒光粉，可使折射率提高到1.8以上，降低光散射，提高LED出光效率(10%-20%)，并能有效改善光色質(zhì)量。傳統(tǒng)的熒光粉涂敷方式是將熒光粉及灌封膠混合，然后點涂在芯片上。由于無法對熒光粉

54、的涂敷厚度和形狀進(jìn)行精確控制，導(dǎo)致出射光色彩不一致，出現(xiàn)偏藍(lán)光或者偏黃光。而Lumileds公司開發(fā)的保形涂層(Conformal coating)技術(shù)可實現(xiàn)熒光粉的均勻涂覆，保障了光色的均勻性，如圖3(b)。但研究表明，當(dāng)熒光粉直接涂覆在芯片表面時，由于光散射的存在，出光效率較低。有鑒于此，美國Rensselaer 研究所提出了一種光子散射萃取工藝(Scattered Photon Extraction method，SPE)，通過在芯片表面布置一個聚焦透鏡，并將含熒光粉的玻璃片置于距芯片一定位置，不僅提高了器件可靠性，而且大大提高了光效(60%)，如圖3(c)。圖3 大功率白光LED封裝結(jié)

55、構(gòu)總體而言，為提高LED的出光效率和可靠性，封裝膠層有逐漸被高折射率透明玻璃或微晶玻璃等取代的趨勢，通過將熒光粉內(nèi)摻或外涂于玻璃表面，不僅提高了熒光粉的均勻度，而且提高了封裝效率。此外，減少LED出光方向的光學(xué)界面數(shù)，也是提高出光效率的有效措施。圖4 LED封裝技術(shù)和結(jié)構(gòu)發(fā)展(3)陣列封裝及系統(tǒng)集成技術(shù)經(jīng)過40多年的發(fā)展，LED封裝技術(shù)和結(jié)構(gòu)先后經(jīng)歷了四個階段，如圖4所示。引腳式(Lamp)LED封裝引腳式封裝就是常用的Æ3-5mm封裝結(jié)構(gòu)。一般用于電流較小(20-30mA)，功率較低(小于0.1W)的LED封裝。主要用于儀表顯示或指示，大規(guī)模集成時也可作為顯示屏。其缺點在于封裝熱阻

56、較大(一般高于100K/W)，壽命較短。表面組裝(貼片)式(SMT-LED)封裝表面組裝技術(shù)(SMT)是一種可以直接將封裝好的器件貼、焊到PCB表面指定位置上的一種封裝技術(shù)。具體而言，就是用特定的工具或設(shè)備將芯片引腳對準(zhǔn)預(yù)先涂覆了粘接劑和焊膏的焊盤圖形上，然后直接貼裝到未鉆安裝孔的PCB 表面上，經(jīng)過波峰焊或再流焊后，使器件和電路之間建立可靠的機(jī)械和電氣連接。SMT技術(shù)具有可靠性高、高頻特性好、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，是電子行業(yè)最流行的一種封裝技術(shù)和工藝。板上芯片直裝式(COB)LED封裝COB是Chip On Board(板上芯片直裝)的英文縮寫，是一種通過粘膠劑或焊料將LED芯片直接粘貼到P

57、CB板上，再通過引線鍵合實現(xiàn)芯片及PCB板間電互連的封裝技術(shù)。PCB板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂)，也可以是高熱導(dǎo)的金屬基或陶瓷基復(fù)合材料(如鋁基板或覆銅陶瓷基板等)。而引線鍵合可采用高溫下的熱超聲鍵合(金絲球焊)和常溫下的超聲波鍵合(鋁劈刀焊接)。COB技術(shù)主要用于大功率多芯片陣列的LED封裝，同SMT相比，不僅大大提高了封裝功率密度，而且降低了封裝熱阻(一般為6-12W/m.K)。系統(tǒng)封裝式(SiP)LED封裝SiP(System in Package)是近幾年來為適應(yīng)整機(jī)的便攜式發(fā)展和系統(tǒng)小型化的要求，在系統(tǒng)芯片System on Chip(SOC)基礎(chǔ)上發(fā)展起來

58、的一種新型封裝集成方式。對SiP-LED而言，不僅可以在一個封裝內(nèi)組裝多個發(fā)光芯片，還可以將各種不同類型的器件(如電源、控制電路、光學(xué)微結(jié)構(gòu)、傳感器等)集成在一起，構(gòu)建成一個更為復(fù)雜的、完整的系統(tǒng)。同其它封裝結(jié)構(gòu)相比，SiP具有工藝兼容性好(可利用已有的電子封裝材料和工藝)，集成度高，成本低，可提供更多新功能，易于分塊測試，開發(fā)周期短等優(yōu)點。按照技術(shù)類型不同，SiP可分為四種：芯片層疊型，模組型，MCM型和三維(3D)封裝型。目前，高亮度LED器件要代替白熾燈以及高壓汞燈，必須提高總的光通量，或者說可以利用的光通量。而光通量的增加可以通過提高集成度、加大電流密度、使用大尺寸芯片等措施來實現(xiàn)。而這些都會增加LED的功率密度，如散熱不良，將導(dǎo)致LED芯片的結(jié)溫升高，從而直接影響LED器件的性能(如發(fā)光效率降低、出射光發(fā)生紅移，壽命降低等)。多芯片陣列封裝是目前獲得高光通量的一個最可行的方案，但是LED陣列封裝的密度受限于價格、可用的空間、電氣連接，特