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在全球能源短缺,环保意识逐渐加强的今天,白光LED由于具有寿命长、耗电量低、控制容易、外形尺寸灵活、环保、坚固耐用等优点,被喻为“绿色照明光源”,在照明市场的应用前景受到全球瞩目,被认为将在未来10年内取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯在照明领域的地位。
本文首先简单介绍LED的概念、发展以及国内外研究的进展和趋势。由现阶段大功率LED的材料和封装结构入手,详细分析了不同制造技术的特点,给出了大功率白光LED的实现方案,提出了当前存在的包括散热及发光取出效率等一系列问题。接着依此对其结构材料、封装结构以及工艺技术进行了改进,提出了一种热传导率高、热膨胀匹配良好、低成本、大功率、高亮度的LED封装技术。
该技术采用低热阻率、高导热性能的材料,将背面出光的蓝光LED芯片倒装焊接在具有双向浪涌和静电保护电路的硅基板上;设计二次散热装置,在芯片下部加铜或铝质热沉,来降低器件的热阻;并采用半包封结构,加速散热。除此之外,材料的热胀冷缩也是LED封装的一个值得考虑的问题,LED外延材料与封装材料之间热膨胀系数的差异可能导致LED芯片和封装之间的开裂,进而导致发光失效或导热减弱。器件的内部,在封装时引入了热膨胀过渡层-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和出现变黄现象,保证了良好热膨胀匹配的同时,减小了热阻。零件材料也充分考虑其导热、散热特性,以获得良好的整体热特性。
经由实际测量可以看出,采用本结构封装的大功率LED,在很短的时间内便可达到稳定,光通量基本保持不变,因热应力导致的光衰在多次开关后没有出现。试验结果表明:本文提出的大功率白光LED封装设计,结构适用、工艺简便、器件稳定、可靠性高;在硅基板上制造双向对称浪涌电流限制和静电保护电路,有效地利用了硅基板材料,降低了成本;采用金球凸点和低热膨胀系数、高导热率的过渡热沉,保证了器件特性,工艺简便易行,重复性好,可靠性高;由于本封装技术利用硅片的平整性和集成性,以及硅片和热沉之间良好的热膨胀匹配特性,因此很好地解决了大功率LED的散热和静电保护问题,提高了器件的寿命。
该技术也可以非常容易地实现LED多芯片集成封装,是一种低成本、通用性、大功率、高亮度的LED封装技术。