圖文詳解:大功率白光LED封裝技術及發展趨勢
上傳人:陳輝 上傳時間: 2011-06-04 瀏覽次數: 208 |
總體而言,為提高LED的出光效率和可靠性,封裝膠層有逐漸被高折射率透明玻璃或微晶玻璃等取代的趨勢,通過將熒光粉內摻或外涂于玻璃表面,不僅提高了熒光粉的均勻度,而且提高了封裝效率。此外,減少LED出光方向的光學界面數,也是提高出光效率的有效措施。

圖4 LED封裝技術和結構發展
(三)陣列封裝與系統集成技術
經過40多年的發展,LED封裝技術和結構先后經歷了四個階段,如圖4所示。
1、引腳式(Lamp)LED封裝
引腳式封裝就是常用的Æ3-5mm封裝結構。一般用于電流較小(20-30mA),功率較低(小于0.1W)的LED封裝。主要用于儀表顯示或指示,大規模集成時也可作為顯示屏。其缺點在于封裝熱阻較大(一般高于100K/W),壽命較短。
2、表面組裝(貼片)式(SMT-LED)封裝
表面組裝技術(SMT)是一種可以直接將封裝好的器件貼、焊到PCB表面指定位置上的一種封裝技術。具體而言,就是用特定的工具或設備將芯片引腳對準預先涂覆了粘接劑和焊膏的焊盤圖形上,然后直接貼裝到未鉆安裝孔的PCB 表面上,經過波峰焊或再流焊后,使器件和電路之間建立可靠的機械和電氣連接。SMT技術具有可靠性高、高頻特性好、易于實現自動化等優點,是電子行業最流行的一種封裝技術和工藝。
3、板上芯片直裝式(COB)LED封裝
COB是Chip On Board(板上芯片直裝)的英文縮寫,是一種通過粘膠劑或焊料將LED芯片直接粘貼到PCB板上,再通過引線鍵合實現芯片與 PCB板間電互連的封裝技術。PCB板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纖維增強的環氧樹脂),也可以是高熱導的金屬基或陶瓷基復合材料(如鋁基板或覆銅陶瓷基板等)。而引線鍵合可采用高溫下的熱超聲鍵合(金絲球焊)和常溫下的超聲波鍵合(鋁劈刀焊接)。COB技術主要用于大功率多芯片陣列的LED封裝,同SMT相比,不僅大大提高了封裝功率密度,而且降低了封裝熱阻(一般為6-12W/m.K)。
4、系統封裝式(SiP)LED封裝
SiP(System in Package)是近幾年來為適應整機的便攜式發展和系統小型化的要求,在系統芯片System on Chip(SOC)基礎上發展起來的一種新型封裝集成方式。對SiP-LED而言,不僅可以在一個封裝內組裝多個發光芯片,還可以將各種不同類型的器件(如電源、控制電路、光學微結構、傳感器等)集成在一起,構建成一個更為復雜的、完整的系統。同其他封裝結構相比,SiP具有工藝兼容性好(可利用已有的電子封裝材料和工藝),集成度高,成本低,可提供更多新功能,易于分塊測試,開發周期短等優點。按照技術類型不同,SiP可分為四種:芯片層疊型,模組型,MCM型和三維(3D)封裝型。
目前,高亮度LED器件要代替白熾燈以及高壓汞燈,必須提高總的光通量,或者說可以利用的光通量。而光通量的增加可以通過提高集成度、加大電流密度、使用大尺寸芯片等措施來實現。而這些都會增加LED的功率密度,如散熱不良,將導致LED芯片的結溫升高,從而直接影響LED器件的性能(如發光效率降低、出射光發生紅移,壽命降低等)。多芯片陣列封裝是目前獲得高光通量的一個最可行的方案,但是LED陣列封裝的密度受限于價格、可用的空間、電氣連接,特別是散熱等問題。由于發光芯片的高密度集成,散熱基板上的溫度很高,必須采用有效的熱沉結構和合適的封裝工藝。常用的熱沉結構分為被動和主動散熱。被動散熱一般選用具有高肋化系數的翅片,通過翅片和空氣間的自然對流將熱量耗散到環境中。該方案結構簡單,可靠性高,但由于自然對流換熱系數較低,只適合于功率密度較低,集成度不高的情況。對于大功率 LED封裝,則必須采用主動散熱,如翅片+風扇、熱管、液體強迫對流、微通道致冷、相變致冷等。
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