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國內外功率型LED封裝技術

發布日期:2014-08-06

  超高亮度LED的應用麵不斷擴大,首先進入特種照明的市場領域,並向普通照明市場邁進。由於LED芯片輸入功率的不斷提高,對這些功率型LED的封裝技術提出了更高的要求。功率型LED封裝技術主要應滿足以下兩點要求:一是封裝結構要有高的取光效率,其二是熱阻要盡可能低,這樣才能保證功率LED的光電性能和可靠性。 

  半導體LED若要作為照明光源,常規產品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源相比,距離甚遠。因此,LED要在照明領域發展,關鍵是要將其發光效率、光通量提高至現有照明光源的等級。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長技術和多量子阱結構,雖然其內量子效率還需進一步提高,但獲得高發光通量的最大障礙仍是芯片的取光效率低。現有的功率型LED的設計采用了倒裝焊新結構來提高芯片的取光效率,改善芯片的熱特性,並通過增大芯片麵積,加大工作電流來提高器件的光電轉換效率,從而獲得較高的發光通量。除了芯片外,器件的封裝技術也舉足輕重。關鍵的封裝技術工藝有:

  散熱技術

  傳統的指示燈型LED封裝結構,一般是用導電或非導電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯中或載片台上,由金絲完成器件的內外連接後用環氧樹脂封裝而成,其熱阻高達250/W~300/W,新的功率型芯片若采用傳統式的LED封裝形式,將會因為散熱不良而導致芯片結溫迅速上升和環氧碳化變黃,從而造成器件的加速光衰直至失效,甚至因為迅速的熱膨脹所產生的應力造成開路而失效。

  因此,對於大工作電流的功率型LED芯片,低熱阻、散熱良好及低應力的新的封裝結構是功率型LED器件的技術關鍵。可采用低阻率、高導熱性能的材料粘結芯片;在芯片下部加銅或鋁質熱沉,並采用半包封結構,加速散熱;甚至設計二次散熱裝置,來降低器件的熱阻。在器件的內部,填充透明度高的柔性矽橡膠,在矽橡膠承受的溫度範圍內(一般為-40~200℃),膠體不會因溫度驟然變化而導致器件開路,也不會出現變黃現象。零件材料也應充分考慮其導熱、散熱特性,以獲得良好的整體熱特性。

  二次光學設計技術

  為提高器件的取光效率,設計外加的反射杯與多重光學透鏡。

  功率型LED白光技術

  常見的實現白光的工藝方法有如下三種:

  (1)藍色芯片上塗上YAG熒光粉,芯片的藍色光激發熒光粉發出540nm~560nm的黃綠光,黃綠光與藍色光合成白光。該方法製備相對簡單,效率高,具有實用性。缺點是布膠量一致性較差、熒光粉易沉澱導致出光麵均勻性差、色調一致性不好;色溫偏高;顯色性不夠理想。

  (2RGB三基色多個芯片或多個器件發光混色成白光,或者用藍+黃綠色雙芯片補色產生白光。隻要散熱得法,該方法產生的白光較前一種方法穩定,但驅動較複雜,另外還要考慮不同顏色芯片的不同光衰速度。

  (3)在紫外光芯片上塗RGB熒光粉,利用紫光激發熒光粉產生三基色光混色形成白光。由於目前的紫外光芯片和RGB熒光粉效率較低,仍未達到實用階段。