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大功率白光LED封裝技術

編輯：chris 2012-10-11 13:41:56 瀏覽：1264 來源：

　　隨著照明技術的發展，大功率白光LED將是未來照明的核心。白光LED作為新型光源，與傳統光源相比具有壽命長、體積小、節能、高效、響應速度快、抗震、無污染等優點，被認為是可以進入普通照明領域的“綠色照明光源”，尤其是大功率白光LED的誕生被業界稱為“照明領域的第四次革命”，LED大規模應用于普通照明是一個必然的趨勢。

LED的產業鏈總體分為上、中、下游，分別是LED外延片、LED封裝、LED產品應用。其中關于LED封裝，特別是大功率LED封裝不能再按照傳統的設計理念與生產模式（傳統的大功率LED封裝技術存在著一些不足，如散熱問題、光取出方式等等）。大功率LED封裝不僅結構和工藝復雜，而且對封裝材料有一定的要求，因此，當前需要對傳統的封裝工藝進行研究。現在我們所面臨的挑戰是尋找導熱性能優良的封裝材料；優化封裝結構;改進封裝工藝。

隨著照明技術的發展，為了滿足普通照明的要求，大功率芯片隨之誕生，這就對LED封裝的熱學、電學、機械提出了更高要求，傳統的小功率LED封裝結構和工藝難以滿足要求。

一、大功率LED封裝的關鍵技術

　　相對于普通白光LED，大功率LED芯片具有較大的熱流率會產生大量的熱量。研究發現，LED器件的光通量與芯片的取光方式和出光效率的封裝設計有關，因此LED封裝方式將會向以下的幾個方向發展。

1、低熱阻封裝工藝

　　傳統的照明對散熱問題要求不高，白熾燈、熒光燈可以通過輻射的方式進行散熱。白光LED以熱傳導為主進行散熱，LED是由固體半導體芯片作為發光材料，采用電致發光，所以其熱量僅有極少部分通過輻射散發出。對現有的LED器件而言，輸入電能的80%左右轉變成熱能，所以芯片散熱管理對LED封裝意義重大。芯片散熱管理主要包括芯片的位置、封裝材料（散熱基板、熱界面材料）、封裝結構（如熱學界面）還有熱沉設計等。

LED封裝兩大主要熱阻內部熱阻和界面熱阻，熱阻的封裝材料散熱基板。芯片所產生的熱量被散熱基板所吸收，并傳到熱沉上，通過熱沉實現與外界進行熱交換。常見的LED散熱基板的類型有：

（1）高散熱金屬基板：擁有高熱導性、高耐熱性、電磁屏蔽等優點。不過，金屬基板其缺點是金屬熱膨脹系數很大。

（2）陶瓷基板散熱性更好，且耐高溫，耐潮濕等優點，但是由于價格是普通基板的數倍，所以至今還沒能成為散熱型基板的理想材料。

（3）高熱傳導可繞基板與傳統的可繞基板相同，唯獨在絕緣層方面，采用軟質環氧樹脂充填高熱傳導性無機物，具有柔軟可繞，高可靠性的優點。以上基板的熱導率如表1所示：

2、倒裝芯片封裝技術

傳統的LED采用正裝結構，上面通常涂敷一層環氧樹脂，下面采用藍寶石為襯底。在傳統的正裝LED芯片封裝方式中，由于P型GaN摻雜非常困難，現在大多數采用的方法是在P型GaN上制備金屬透明電極（見圖1），使電流穩定擴散，達到均勻發光的目的。這種正裝結構的PN結是通過藍寶石襯底來進行散熱，由于環氧樹脂導熱能力很差，藍寶石又是熱的不良導體，熱阻大，導致熱量傳導不出去，從而影響各個器件的正常工作。

　　為了克服傳統正裝LED芯片的缺陷，采用了先進的倒裝芯片（flipchip）技術，是在芯片的P極和N極下方用金線焊線機制作兩個金絲球焊點（如圖2），作為電極的引出機構，用金線來連接芯片外側和Si底板。這就克服正裝芯片出光效率和電流問題的弊端。從芯片PN極上的熱量通過金絲球焊點傳到Si熱沉，Si是散熱的良導體，其散熱效果遠好于靠藍寶石來散熱。利用倒裝芯片封裝技術不但提高了LED的壽命，而且使LED整體散熱性能有了一次飛躍。