大功率LED封装技术.ppt

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1、2.5 大功率LED封装技术,内容,一、引言二、L型电极的大功率LED芯片的封装三、V型电极的大功率LED芯片的封装四、V型电极的LED芯片倒装封装五、集成LED的封装六、大功率LED封装的注意事项七、大功率LED产品实例,一、引言,LED发展方向同LED芯片的发展方向：大功率高效率,大功率LED封装关键技术,一、引言,二、L型电极的大功率LED芯片的封装,共晶焊接概念,美国GREE公司的1W大功率芯片（L型电极），它的上下各有一个电极。其碳化硅（SiC）衬底的底层首先镀一层金属，如金锡合金（一般做芯片的厂家已镀好），然后在热沉上也同样镀一层金锡合金。将LED芯片底座上的金属和热沉上的金属熔合

2、在一起，共晶焊接。,二、L型电极的大功率LED芯片的封装,共晶焊接封装注意事项,力学：一定要注意当LED芯片与热沉一起加热时，二者接触要好，最好二者之间加有一定压力，而且二者接触面一定要受力均匀，两面平衡。材料学：控制好金和锡的比例，这样焊接效果才好。电学：热沉也成为一个电极，接热沉与散热片时要注意导热同时要绝缘。,二、L型电极的大功率LED芯片的封装,共晶点概念,加热温度也称为共晶点。温度的多少要根据金和锡的比例来定：AuSn（金80%，锡20%）：共晶点为282，加热时间控制在几秒钟之内。AuSn（金10%，锡90%）：共晶点为217，加热时间控制在几秒钟之内。AgSn（银3.5%，锡96

3、.5%）：共晶点为232，加热时间控制在几秒钟之内。,二、L型电极的大功率LED芯片的封装,三、V型电极的大功率LED芯片的封装,V型电极的特点,电学：其中两个电极的p极和n极都在同一面，这种LED芯片的衬底通常是绝缘体（如Al2O3蓝宝石）光学：而且在绝缘体的底层外壳上一般镀有一层光反射层，可以使衬底的光反射回来，从而让光线从正面射出，以提高光效。,三、V型电极的大功率LED芯片的封装,V型电极LED封装注意事项,机械：这种封装应在绝缘体下表面用一种导热（绝缘）胶把LED芯片与热沉粘合。电学：上面把两个电极用金丝焊出。特别要注意大功率LED通过的电流大，1W LED的电流一般为350mA，所

4、以要用粗金丝。不过有时粗金丝不适用于焊线机，也可以并联焊两根金丝，这样使每根金丝通过的电流减少。,三、V型电极的大功率LED芯片的封装,V型电极LED封装注意事项,热学：这种芯片的烘干温度是100150，时间一般是6090分钟。光学：发热量比较大，可以在LED芯片上盖一层硅凝胶，而不可用环氧树脂。这样做一方面可防止金丝热胀冷缩与环氧树脂不一致而被拉断；另一方面防止因温度高而使环氧树脂变黄变污，结果透光性能不好。所以在制作白光LED时应用硅凝胶调和荧光粉。如果LED芯片底层已镀上金锡合金，也可用第一种办法来做。,三、V型电极的大功率LED芯片的封装,四、V型电极的LED芯片倒装封装,传统正装的L

5、ED,传统正装的LED问题,芯片结构透明电极层：不可缺少，因为p型GaN掺杂困难。太薄影响扩散电流，太厚对光的吸收多，金属透明电极要吸收30%40%的光。衬底：导热系统为35W/(mK)蓝宝石电极和引线：挡住部分光线出光。,结论：这种结构光学特性、热学性能都不是最优的。,四、V型电极的LED芯片倒装封装,问题的解决倒装芯片,四、V型电极的LED芯片倒装封装,美国Lumileds Lighting 公司发明了Flipchip（倒装芯片）技术,蓝宝石透过率,四、V型电极的LED芯片倒装封装,倒装芯片封装方法简介,芯片：制备具有适合共晶焊接的大尺寸LED芯片底板：制备相应尺寸的硅底板，并在其上制作共

6、晶焊接电极的金导电层和引出导电层两者连接：利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与硅底板焊在一起。,四、V型电极的LED芯片倒装封装,上游中游产业合作,生产芯片的厂家：市场上大多数产品已经倒装焊接好的，并装上防静电保护二极管。封装厂家：将硅底板与热沉用导热胶粘在一起，两个电极分别用一根3mil金丝或两根1mil金丝。,四、V型电极的LED芯片倒装封装,倒装芯片封装考虑的问题,电学：由于LED是W级芯片，那么应该采用直径多大的金丝才合适？热学：怎样把倒装好的芯片固定在热沉上，是用导热胶还是用共晶焊接？光学：考虑在热沉上制作一个聚光杯，把芯片发出的光能聚集成光束。,四、V型电极的LED芯片倒装封装,市

7、场上常用的两种倒装法,分类依据：底板的不同硅底板倒装法 陶瓷底板倒装法（步骤同上，只是将底板换为陶瓷的。即芯片，底板，连接）,四、V型电极的LED芯片倒装封装,五、集成LED的封装,集成LED的封装思想,获得大功率的方法单个大功率芯片封装多个小功率芯片封装、多个大功率芯片封装（食人鱼LED是一种）集成多个封装好的LED再组合,五、集成LED的封装,亚克力,亚克力Acrylic(丙烯酸的)：就是有机玻璃，聚甲基丙烯酸甲酯，透明度是所有塑料中最高的。亚克力是继陶瓷之后能够制造卫生洁具的最好的新型材料。作为一种特殊的有机玻璃，亚克力还可以用于飞机挡风玻璃并在恶劣环境下使用几十年。,五、集成LED的封

8、装,亚克力盒,五、集成LED的封装,亚克力餐桌,五、集成LED的封装,亚克力标牌,五、集成LED的封装,选择芯片：等效电阻相近。机械：在排列芯片时，要让每个LED芯片之间有一定的间隙。力学：固定住芯片推力不小于100g（不大于100g？）（100g作用的力作用在1mm正方形上的压强？）。电学：芯片串、并连接，金丝电极保持排列整齐，有弧度，无交叉。,多芯片集成大功率LED 工艺注意事项,五、集成LED的封装,多芯片集成大功率LED 工艺注意事项,光学：保持固晶下面的热沉面光洁，让光线能从底座反射回来，从而增加出光。因此在铝基板上挖开的槽要光滑，这样有利于出光。机械：铝基板挖槽的大小和深度，要根据

9、芯片的多少和出光角度的大小来确定。,五、集成LED的封装,多芯片集成大功率LED 工艺注意事项,工序：在固晶和焊线后，要按满电流20mA点亮一个小时，合格后才能进行点荧光粉和灌胶。封装好后，还要进行几个小时的老化，然后进行测试和分选。,五、集成LED的封装,集成的思想,根据LED技术的发展，大功率的光源必须由多个芯片集成组合，所以多个芯片集成为大功率LED光源的技术和工艺必将不断发展。类推：LD（Laser Diode）的封装也是这种集成的思想,五、集成LED的封装,六、大功率LED封装的注意事项,整体考虑根据LED芯片来选用封装的方式和相应的材料。LED芯片已倒装好，就必须采用倒装的办法来封

10、装。如果是多个芯片集成的封装，按介绍方法进行。,整体考虑,工作人员应该在原有设计的基础上进行实际操作。制作出样品进行测试，然后根据测试的结果进行分析。这样经过反复试验得出最佳效果。最后才能确定封装方案。,六、大功率LED封装的注意事项,热沉材料的选择,经济的角度制造工艺的角度考虑铜和铝都是最好的热沉材料。,六、大功率LED封装的注意事项,铜、铝及其合金的导热系数,六、大功率LED封装的注意事项,热沉的其它材料,选择银或在铜上镀一层银，这样的导热效果更好。导热的陶瓷、碳化硅也都可以用做热沉，而且效果也很好。,六、大功率LED封装的注意事项,电极金丝和封装胶,由于大功率LED在通电后会产生较大的热量，并且如果用于封装的胶和金丝的膨胀系数不一样，那么膨胀时就会使金丝拉断或造成焊点接触电阻较大，从而影响了发光器件的质量。特别应注意的是，封装胶会因温度过高而出现胶体变黄，因此降低了透光度并影响光的输出。,六、大功率LED封装的注意事项,应用大功率LED,安装散热片,六、大功率LED封装的注意事项,安装散热片,六、大功率LED封装的注意事项,七、大功率LED产品实例,大功率LED产品参数,功率：100W电压：电流：3200mA色温：5500-6500K发散全角FWHM：120deg光通量：5000-6000lm,七、大功率LED产品实例,色温,色温,