LED现在首要的封装技能比较

led在曩昔的30多年里，取得飞速开展。第一批产品呈现在1968年，作业电流20mA的led的光通量只需千分之几流明，相应的发光功率为0.1 lm/W，并且只需一种光色为650 nm的赤色光。70年代初该技能进步很快，发光功率到达1 lm/W，色彩也扩大到赤色、绿色和黄色。伴跟着新资料的创造和光效的进步，单个led光源的功率和光通量也在敏捷添加。原先，一般led的驱动电流仅为 20 mA。到了20世纪90年代，一种代号为“食人鱼”的led光源的驱动电流添加到50-70mA，而新式大功率led的驱动电流到达300—500 mA。特别是1998年白光led的开发成功，使得led运用从单纯的标识显现功用向照明功用迈出了实质性的一步。图2-1到图2-4描绘了led的开展进程。

图2-1 一般led首要用于指示灯

图2-2 高亮度led首要用于照明灯

图2-3 食人鱼led

图2-4 大功率led

A 功率型led封装技能现状

功率型led分为功率led和瓦(W)级功率led两种。功率led的输入功率小于1W(几十毫瓦功率led在外)；W级功率led的输入功率等于或大于1W。
最早有HP公司于20世纪90年代初推出“食人鱼”封装结构的 led，并于1994年推出改进型的“Snap led”，有两种作业电流，别离为70mA和150mA，输入功率可达0.3W。接着OSRAM公司推出“Power TOP led”，之后一些公司推出多种功率led的封装结构。这些结构的功率led比原支架式封装的led输入功率进步几倍，热阻降为曩昔的几分之一。

W级功率led是未来照明的中心，国际各大公司投入很大力气，对其封装技能进行研究开发。单芯片W级功率led最早是由Lumileds公司于1998年推出的LUXEON led，该封装结构的特色是选用热电别离的方式，将倒装芯片用硅载体直接焊在热沉上，并选用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新资料，现可提供单芯片1W、3W和5W的大功率led，Lumileds公司具有多项功率型白光二极管封装方面的专利技能。OSRAM于2003年推出单芯片的Golden Dragon”系列led，其特色是热沉与金属线路板直接触摸，具有很好的散热功能，而输入功率可达1W。日亚的1W led作业电流为350 mA，白光、蓝光、蓝绿光和绿光的光通量别离为23、7、28和20流明，估计其寿命为5万小时。

B 功率型led封装技能概述

半导体led若要作为照明光源，惯例产品的光通量与白炽灯和荧光灯等通用性光源比较，间隔甚远。因而，led要在照明范畴开展，要害是要将其发光功率、光通量进步至现有照明光源的等级。因为led芯片输入功率的不断进步，功率型led封装技能首要应满意以下两点要求：①封装结构要有高的取光功率；②热阻要尽或许低，这样才干确保功率led的光电功能和牢靠性。

功率型led所用的外延资料选用MOCVD的外延成长技能和多量子阱结构，尽管其内量子功率还需进一步进步，但取得高发光通量的最大妨碍仍是芯片的取光功率低。现有的功率型led的规划选用了倒装焊新结构来进步芯片的取光功率，改进芯片的热特性，并经过增大芯片面积，加大作业电流来进步器材的光电转化功率，然后取得较高的发光通量，除了芯片外，器材的封装技能也无足轻重。

功率型led封装要害技能：

a.散热技能

传统的指示灯型led封装结构，一般是用导电或非导电胶将芯片装在小尺度的反射杯中或载片台上，由金丝完结器材的表里衔接后用环氧树脂封装而成，其热阻高达150～250℃/W，新的功率型芯片若选用传统式的led封装方式，将会因为散热不良而导致芯片结温敏捷上升和环氧碳化变黄，然后构成器材的加快光衰直至失效，乃至因为敏捷的热膨胀所发作的应力构成开路而失效。

关于大作业电流的功率型led芯片，低热阻、散热杰出及低应力的新的封装结构是功率型led器材的技能要害。可选用低阻率、高导热功能的资料粘结芯片；在芯片下部加铜或铝质热沉，并选用半包封结构，加快散热；乃至规划二次散热装置，来下降器材的热阻；在器材的内部，填充透明度高的柔性硅胶，胶体不会因温度突然改变而导致器材开路，也不会呈现变黄现象；零件资料也应充分考虑其导热、散热特性，以取得杰出的整体热特性。

一般led和大功率led封装结构别离见图2-5，图2-6。热阻参阅值见表2-1。

表2-1一般led与大功率led的热阻参阅值比照

led功率   热阻参阅 (℃/W)

10W led       ＜ 9

b 二次光学规划技能

为进步器材的取光功率，规划外加的反射杯与多重光学透镜。

c.功率型led白光技能

常见的完成白光的工艺办法有如下三种：

① 蓝色芯片上涂上YAG荧光粉，蓝光激起荧光粉宣布的黄绿光与蓝光组成白光。该办法相对简略，功率高，具有实用性。缺陷是布胶量一致性较差、荧光粉易沉积导致出光面均匀性差、色彩一致性欠好；色温偏高，显色性不抱负。

② RGB三基色多个芯片或多个器材发光混色成白光，或许用蓝+黄色双芯片补色发作白光。只需散热得法，该办法发作的白光较前一种办法安稳，但驱动较

③ 在紫外光芯片上涂RGB荧光粉，运用紫光激起荧光粉发作三基色光混色构成白光。因为现在的紫外光芯片和RGB荧光粉功率较低，仍未到达实用阶段。

表2-2 三条首要的白光led制备道路比较

紫外led + RGB荧光粉   蓝光led + 黄色荧光粉 二元互补色led   RGB多芯片组合   白光led芯片

运用 白光照明 背光源 特别照明 显现
       

背光源

照明用W级功率led产品要完成工业化还必须处理如下技能问题：

①荧光粉涂敷量和均匀性操控：led芯片+荧光粉工艺选用的涂胶办法，通常是将荧光粉与胶混合后用分配器将其涂到芯片上。在操作过程中，因为载体胶的粘度是动态参数、荧光粉比重大于载体胶而发作沉积以及分配器精度等要素的影响，此工艺荧光粉的涂布量均匀性的操控有难度，导致了白光色彩不均匀。

② 芯片光电参数合作：半导体工艺的特色，决议同种资料同一晶圆芯片之间都或许存在光学参数(如波长、光强)和电学(如正向电压)参数差异。RGB三基色芯片更是这样，关于白光色度参数影响很大，这是工业化必需求处理的要害技能之一。

③ 依据运用要求发作的光色度参数操控：不同用处的产品对白光led的色坐标、色温、显色性、光功率(或光强)和光的空间散布等要求不同，上述参数的操控触及产品结构、工艺办法、资料等多方面要素的合作。在工业化出产中，对上述要素进行操控，得到契合运用要求、一致性好的产品十分重要。

d.检测技能与规范

跟着W级功率芯片制作技能和白光led工艺技能的开展，led产品正逐渐进入照明商场，显现或指示用的传统led产品参数检测规范及测验办法已不能满意照明运用的需求。国表里的半导体设备仪器出产企业也纷繁推出各自的测验仪器，不同的仪器运用的测验原理、条件、规范存在必定的差异，添加了测验运用、产品功能比较作业的难度和问题复杂化。led要往照明业拓宽，树立led照明产品规范是工业规范化的重要手法。

e.挑选技能与牢靠性确保

因为灯具外观的约束，照明用led的安装空间密封且遭到限制，不利于 led散热，这意味着照明led的运用环境要劣于传统显现、指示用led产品。别的，照明led是处于大电流驱动下作业，这就对其提出更高的牢靠性要求。在工业化出产中，针对不同的产品用处，进行恰当的热老化、温度循环冲击、负载老化工艺挑选实验，除掉前期失效品，确保产品的牢靠性很有必要。

f.静电防护技能

因为GaN是宽禁带资料，电阻率较高，该类芯片在出产过程中因静电发作的感生电荷不易消失，累积到适当的程度，能够发作很高的静电电压。当超越资料的承受能力时，会发作击穿现象并放电。蓝宝石衬底的蓝色芯片其正负电极均坐落芯片上面，距离很小；关于InGaN/AlGaN/GaN双异质结，InGaN有源层仅几十纳米，对静电的承受能力很小，极易被静电击穿，使器材失效。 GaN基led和传统的led比较，抗静电能力差是其明显的缺陷，静电导致的失效问题已成为影响产品合格率和运用推行的一个十分扎手的问题。因而，在工业化出产中，静电的防备是否妥当，直接影响到产品的成品率、牢靠性和经济效益。

静电的防备技能有如下几种：①对出产运用场所从人体、台、地、空间及产品传输、堆积等方面施行防备。②芯片上规划静电保护线路。③led上安装静电保护器材。

2）多芯片集成封装

为防止大尺度芯片导致发光功率的下降等问题，可选用小尺度芯片集成的办法来添加单