大功率白光LED封装技术简述
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- 发布时间:2014-06-12
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大功率白光LED封装技术简述
热学封装技术能否成功地解决散热问题对大功率白光LED 的发光效率和可靠性有很大的影响。对于单颗LED 来说,热量全部来自芯片,而芯片的尺寸很小热量不能及时散发,会加速芯片和荧光粉的老化,还可导致倒装焊的焊锡融化,使芯片失效。当温度超过一定值,器件的的失效率呈指数规律变化,数据显示:元器件温度每上升2℃,可靠性降低10。为了保证器件的寿命,一般要求PN 极的温度在110℃以下,因此芯片散热是LED 封装必须解决的问题。解决热的问题有两种办法:一是提高芯片内量子效率,即提高芯片的发光效率,从根本上减少热量的产生;二是LED 结构的改进,使内部的热量加快散发,有效地降低芯片的温度。封装界面对热阻的影响也是很大的,若不正确处理界面,难于获得良好的散热效果。要改善LED 封装的关键界面间的空隙,增强散热效率,所以选择芯片和散热基板的材料十分重要。LED常用的封装材料为导热胶,导热率很低,使界面热阻很高;采用低温的锡膏作为热界面材料,界面热阻大大地降低了。为了取得更好的散热效果,引入了新的固晶工艺,即共晶焊接技术,以硅(Si)片焊接作为热沉与晶粒之间的连接材料,其散热效果与物理特性远好于以往使用的银(Ag) 胶(银胶的热阻高,采用银胶就等于人为地在芯片和热沉之间加上一层热阻),取得了良好的导热效果。
封装技术的发展方向LED 封装技术主要是向高可靠性、高发光效率、高散热能力与薄型化发展。从芯片来看,水平式芯片最为普遍,垂直式芯片与覆晶型芯片由一些比较有实力的厂家正进行研发。水平式LED 使用蓝宝石作为基板,其散热性能较差,光取出效率下降幅度较大,在高电流驱动下。垂直式芯片使发光层的材料得以充分应用,电流密度增大,LED 电阻降低,热量减少,大功率白光LED 倒装芯片电流分布的均匀性和散热能力得到提升,从而有效改善倒装芯片的质量和性能。大功率白光LED 的封装主流方向如下:
COB 封装技术COB 封装是指直接在电路板上粘贴裸外延片,并将导线直接焊接在PCB 的镀金线路上,再通过封胶技术,将IC 制造过程中的封装步骤转移到电路板上直接组装。COB 的优点在于: 线路设计简单、高成本效益、节省系统空间等,但存在着芯片整合亮度、色温调和与系统整合的技术问题。MCOB 技术好,能够有效提高产品的稳定性,更重要的是降低成本,所以MCOB 技术将是LED 行业的一种主流的封装形式。这是一项基础性技术,MCOB 可以有效提高产品效率。中科院提供了关键技术,成功地解决了MCOB 成本和散热问题,即磁控建设技术有效地提高了反射率。基于这种技术,是将基材和芯片的直接接触,散热结构只有一层,散热基片上的热量可以直接传到基板上。由于MCOB 封装的芯片可以大大降低成本,可以认为在不久的将来LED 照明的成本可以做到比节能灯高一点或者持平。
高电压直流芯片封装正装结构的高电压LED 芯片: 把一个芯片的外延层分割成数个芯片单元,并把它们串联起来,则构成高电压芯片。晶元推出正装结构的高电压直流芯片,其中红光芯片HF27A 的电压为34 伏,效率达到128 lm/W,白光达到135 lm/W (色温5000k)。
无金线封装晶科电子最新推出的陶瓷基光源产品系列,该产品采用倒装焊技术产品基于APT 专利技术,实现了单芯片及多芯片模组的无金线、无固晶胶封装,具有高亮度、高光效、高可靠性、低热阻、颜色一致性好等特点。结语封装技术关键在于优良的封装结构、良好的散热性能、低热阻和低机械应力。照明白光LED受多重因素的影响,其中色度稳定性和均匀性、散热条件对LED 的性能影响比较大。LED 封装设计需要对光学、热学、电学、结构等方面进行综合的考虑,使这几个方面相互达到平衡,以达到最佳效果。大功率白光LED 封装只有通过不断地采用新思路、新材料、新结构、新工艺才能科学地、健康地发展。
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