提高LED节能灯取光效率的封装技术-电子工程世界

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半导体LED若要作为照明光源，通例产物的光通量与白炽灯和荧光灯等通用性光源相比，隔断甚远。因此，LED节能灯要在照明范畴生长，关键是要将其发光服从、光通量进步至现有照明光源的品级。功率型LED所用的外延质料接纳MOCVD的外延生长技能和多量子阱结构，固然其内量子服从还需进一步进步，但得到高发光通量的最大停滞还是芯片的取光服从低。现有的功率型LED的计划接纳了倒装焊新结构来进步芯片的取光服从，改造芯片的热特性，并通过增大芯片面积，加大事变电流来进步器件的光电转换服从，从而得到较高的发光通量。除了芯片外，器件的封装技能也举足轻重。关键的封装技能工艺有：

　　散热技能

　　传统的指示灯型LED封装结构，一样平常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，由金丝完成器件的表里毗连后用环氧树脂封装而成，其热阻高达250℃/W～300℃/W，新的功率型芯片若接纳传统式的LED封装情势，将会由于散热不良而导致芯片结温灵敏上升和环氧碳化变黄，从而造成器件的加快光衰直至失效，以致由于灵敏的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。

　　因此，敷衍大事变电流的功率型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器件的技能关键。可接纳低阻率、高导热性能的质料粘结芯片;在芯片下部加铜或铝质热沉，并接纳半包封结构，加快散热;以致计划二次散热装置，来低落器件的热阻。在器件的内部，添补透明度高的柔性硅橡胶，在硅橡胶蒙受的温度范畴内(一样平常为-40℃～200℃)，胶体不会因温度猛然变革而导致器件开路，也不会出现变黄征象。零件质料也应充实思量其导热、散热特性，以得到良好的团体热特性。

　　二次光学计划技能

　　为进步器件的取光服从，计划外加的反射杯与多重光学透镜。

　　功率型LED白光技能

　　常见的实现白光的工艺要领有如下三种：

　　(1)蓝色芯片上涂上YAG荧光粉，芯片的蓝色光引发荧光粉发出540nm～560nm的黄绿光，黄绿光与蓝色光合成白光。该要领制备相对简单，服从高，具有实用性。缺点是布胶量同等性较差、荧光粉易沉淀导致出光面匀称性差、色调同等性欠好;色温偏高;显色性不敷抱负。

　　(2)RGB三基色多个芯片或多个器件发光混色成白光，大概用蓝+黄绿色双芯片补色产生白光。只要散热得法，该要领产生的白光较前一种要领稳固，但驱动较庞大，别的还要思量差别颜色芯片的差别光衰速率。

　　(3)在紫外光芯片上涂RGB荧光粉，利用紫光引发荧光粉产生三基色光混色形成白光。由于现在的紫外光芯片和RGB荧光粉服从较低，仍未到达实用阶段。我们以为，照明用W级功率LED产物要实现财产化还必须管理如下技能标题：

　　1.粉涂布量控制：LED芯片+荧光粉工艺接纳的涂胶要领，通常是将荧光粉与胶殽杂后用分派器将其涂到芯片上。在利用历程中，由于载体胶的粘度是动态参数、荧光粉比巨大于载体胶而产生沉淀以及分派器精度等因素的影响，此工艺荧光粉的涂布量匀称性的控制有难度，导致了白光颜色的不匀称。

　　2.片光电参数共同：半导体工艺的特点，决定同种质料同一晶圆芯片之间都大概存在光学参数(如波长、光强)和电学(如正向电压)参数差别。RGB三基色芯片更是如许，敷衍白光色度参数影响很大。这是财产化必须要管理的关键技能之一。

　　3.凭据应用要求产生的光色度参数控制：差别用途的产物，对白光LED的色坐标、色温、显色性、光功率(或光强)和光的空间漫衍等要求差别。上述参数的控制涉及产物结构、工艺要领、质料等多方面因素的共同。在财产化生产中，对上述因素举行控制，得到切合应用要求、同等性好的产物非常紧急。

　　检测技能与尺度

　　随着W级功率芯片制造技能和白光LED工艺技能的生长，LED产物正渐渐进入(特种)照明市场，体现或指示用的传统LED产物参数检测尺度及测试要领已不能满足照明应用的必要。国表里的半导体装备仪器生产企业也纷纷推出各自的测试仪器，差别的仪器利用的测试原理、条件、尺度存在肯定的差别，增长了测试应用、产物性能比力事变的难度和标题庞大化。

　　我国光学光电子行业协会光电子器件分会行业协会凭据LED产物生长的必要，于2003年公布了“发光二极管测试要领(试行)”，该测试要领增长了对LED色度参数的规定。但LED要往照明业拓展，创建LED照明产物尺度是财产范例化的紧急本领.

　　筛选技能与可靠性包管

　　由于灯具表面的限定，照明用LED的装配空间密封且受到范围，密封且有限的空间倒霉于LED散热，这意味着照明LED的利用情况要劣于传统体现、指示用LED产物。别的，照明LED是处于大电流驱动下事变，这就对其提出更高的可靠性要求。在财产化生产中，针对差别的产物用途，举行得当的热老化、温度循环打击、负载老化工艺筛选试验，剔除早期失效品，包管产物的可靠性很有须要。

　　电防护技能

　　由于GaN是宽禁带质料，电阻率较高，该类芯片在生产历程中因静电产生的感生电荷不易消散，累积到相称的程度，可以产生很高的静电电压。当超过质料的蒙受本领时，会产生击穿征象并放电。蓝宝石衬底的蓝色芯片其正负电极均位于芯片上面，间距很小;敷衍InGaN/AlGaN/GaN双异质结，InGaN活化薄层仅几十纳米，对静电的蒙受本领很小，极易被静电击穿，使器件失效。　因此，在财产化生产中，静电的防备是否得当，直接影响到产物的成品率、可靠性和经济效益。静电的防备技能有如下几种：

　　1.对生产、利用场合从人体、台、地、空间及产物传输、堆放等方面实行防备，本领有防静电打扮、手套、手环、鞋、垫、盒、离子风扇、检测仪器等。

　　2.芯片上计划静电掩护线路。

　　3.LED上装配掩护器件。

　　干系链接

　　功率型LED封装技能现状

　　功率型LED分为功率LED和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除外);W级功率LED的输入功率便是或大于1W。

　　外洋功率型LED封装技能

　　(1)功率LED

　　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年推出改造型的“Snap LED”，有两种事变电流，分别为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，热阻降为几分之一。

　　(2)W级功率LED

　　W级功率LED是未来照明的焦点部门，以是天下各大公司投入很大力气，对W级功率LED的封装技能举行研究开辟。

　　单芯片W级功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的LUXEON LED，该封装结构的特点是接纳热电分散的情势，将倒装芯片用硅载体直接焊接在热沉上，并接纳反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新质料，现可提供单芯片1W、3W和5W的大功率LED。OSRAM公司于2003年推出单芯片的“Golden Dragon”系列LED，其结构特点是热沉与金属线路板直接打仗，具有很好的散热性能，而输入功率可达1W。

　　多芯片组合封装的大功率LED，其结构和封装情势较多。美国UOE公司于2001年推出多芯片组合封装的Norlux系列LED，其结构是接纳六角形铝板作为衬底。Lanina Ceramics公司于2003年推出了接纳公司独占的金属基板上低温烧结陶瓷(LTCC-M)技能封装的大功率LED阵列。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。日亚公司于2003年推出号称是全天下最亮的白光LED，其光通量可达600lm，输出光束为1000lm时，耗电量为30W，最大输入功率为50W，提供展览的白光LED模块发光服从达33lm/W。

　　有关多芯片组合的大功率LED，很多公司凭据实际市场需求，不绝开辟出很多新结构封装的新产物，其开辟研制的速率非常快。

　　海内功率型LED封装技能

　　海内LED封装产物的品种较齐备，据开端预计，天下LED封装厂超过200家，封装本领超过200亿只/年，封装的配套本领也很强。但是很多封装厂为私营企业，范围偏小。但我国台湾UEC公司(国联)接纳金属键合(Metal Bonding)技能封装的MB系列大功率LED的特点是，用Si代替GaAs衬底，散热好，并以金属黏结层作光反射层，进步光输出。

　　敷衍大功率LED封装技能的研究开辟，现在国度尚未正式支持投入，海内研究单元很少到场，封装企业投入研发的力度(人力和财力)还很不敷，形成海内对封装技能的开辟力气单薄的局面，封装的技能程度与外洋相比尚有相称的差距。

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