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功率型LED封装技术(下)

2021-08-20 09:43540
 多芯片组合封装的大功率 LED 其结构和封装形式较多,这里介绍几种典型的结构封装形式:

1.美国UOE 公司于2001 年推出多芯片组合封装的Norlux 系列LED,其结构是采用六角形铝板作为衬底,如图5 所示。铝层导热好,中央发光区部分可装配40 只芯片,封装可为单色或多色组合,也可根据实际需求布置芯片数和金线焊接方式。该封装的大功率LED 其光通量效率为20lm/W,发光通量为100lm。
 


 

2.Lanina Ceramics 公司于2003 年推出采用公司的金属基板上低温烧结陶瓷 LTCC-M 技术封装的大功率LED 阵列。有二种产品:一种为7 元LED 阵列,光通量为840lm, 功率为 21W;另一种是134 元LED 阵列,光通量为5360lm,功率134W。由于LTCC-M 技术是将LED 芯片直接连接到密封阵列配置的封装盒上,因此工作温度可达250C°。
3.松下公司于2003 年推出由64 只芯片组合封装的大功率白光LED,光通量可达120lm,采用散热性能优良的衬底,把这些芯片封装在2cm 的面积中,其驱动电流可达8W。这种封装中每1W输入功率其温升仅为 1.2 C°。
4.日亚公司于2003 年推出号称是全世界亮的白光LED,其光通量可达600lm,输出光束为1000lm 时,耗电量为30W,大输入功率为50W。提供展览的白光LED 模块发光效率达33lm/W,如图六所示。
 


 

5.LED Tronics 公司发布一种新型的G25-style Décor LED 型灯泡是组合功率LED。其基座为Edison 螺旋型,可直接替代白炽灯。其功耗为1.0~1.7W,使用寿命长达11 年,现可提供产品的发光颜色包括红橙黄绿蓝和白,用户可自定制选项;雾化彩色灯泡和多色灯泡主要用于装饰性照明。
    有关多芯片组合的大功率LED 许多公司根据实际市场需求,不断开发很多新结构封装的新产品,其开发研制的速度是非常快。
2 国内功率型LED 封装技术
    国内LED 普通产品的后工序封装能力应该是很强的,封装产品的品种较齐全。据初步估计全国LED 封装厂超过200 家,封装能力超过200 亿只/年。封装的配套能力也是很强的,但是很多封装厂为私营企业,目前来看规模偏小。
    国内功率型LED 的封装早在上世纪九十年代就开始,一些有实力的后封装企业当时就开始开发并批量生产如食人鱼、功率型LED。国内的大学研究所很少对大功率LED 封装技术开展研究,信息产业部第13 研究所对功率型LED 封装技术开展研究工作并取得很好的研究成果,具体开发出功率LED 产品。国内有实力的LED 封装企业(外商投资除外),如佛山国星、厦门华联等几个企业,很早就开展功率型LED 的研发工作并取得较好的效果,如食人鱼和PLCC 封装结构的产品均可批量生产,并已研制出单芯片1W 级的大功率LED 封装的样品,而且还进行多芯片或多器件组合的大功率LED 研制开发,并可提供部分样品供试用。
    对大功率LED 封装技术的研究开发,目前国家尚未正式支持投入国内研究单位,很少介入封装企业,投入研发的力度、人力和财力还很不够,形成国内对封装技术的开发力量薄弱的局面,其封装的技术水平与国外相比还有相当的差距。
三 功率型 LED 产业化关键的封装技术
    半导体LED 要作为照明光源,常规产品的光通量与白炽灯和荧光灯等通用性光源相比距离甚远,因此LED 要在照明领域发展关键要将其发光效率光通量提高至现有照明光源的等级。功率型LED 所用的外延材料采用MOCVD 的外延生长技术和多量子阱结构,虽然其外量子效率还需进一步提高,但获得高发光通量的大障碍仍是芯片的取光效率低。现有的功率型LED 的设计采用了倒装焊新结构来提高芯片的取光效率,改善芯片的热特性,并通过增大芯片面积加大工作电流来提高器件的光功率,从而获得较高的发光通量。除了芯片外器件的封装技术也举足轻重,关键的封装技术工艺有:
1 散热技术
    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寸的反射杯中或载片台上,由金丝完成器件的内外连接后用环氧树脂封装而成,其热阻高达250~300 /W。新的功率型芯片若采用传统式的LED 封装形式将会因为散热不良而导致芯片结温迅速上升和环氧碳化变黄从而造成器件的加速光衰,直至失效,甚至因为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效,因此对于大工作电流的功率型LED 芯片,低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是功率型LED 器件的技术关键。采用低电阻率、高导热性能的材料粘结芯片;在芯片下部加铜或铝质热沉,并采用半包封结构加速散热,甚至设计二次散热装置来降低器件的热阻;在器件的内部填充透明度高的柔性硅橡胶,在硅橡胶承受的温度范围内(一般为-40 ~200 ),胶体不会因温度骤然变化而导致器件开路,也不会出现变黄现象。零件材料也应充分考虑其导热、散热特性,以获得良好的整体热特性。
2 二次光学设计技术
为提高器件的取光效率设计外加的反射杯与多重光学透镜。
3 功率型LED 白光技术
常见的实现白光的工艺方法有如下三种:
1)蓝色芯片上涂上YAG 荧光粉,芯片的蓝色光激发荧光粉,发出典型值为500nm~560nm 的黄绿光,黄绿光与蓝色光合成白光。该方法制备相对简单,效率高,具有实用性。缺点是布胶量一致性较差,荧光粉易沉淀导致出光面均匀性差、色调一致性不好、色温偏高、显色性不够理想。
2)RGB 三基色,多个芯片或多个器件发光混色成白光,或者用蓝+黄绿色双芯片补色产生白光。只要散热得法,该方法产生的白光较前一种方法稳定,但驱动较复杂,另外还要考虑不同颜色芯片的不同光衰速度。
3)在紫外光芯片上涂RGB 荧光粉,利用紫光激发荧光粉产生三基色光,混色形成白光。但目前的紫外光芯片和RGB 荧光粉效率较低,环氧树脂在紫外光照射下易分解老化。

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