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大功率LED封装工艺及方案的介绍及讨论

2010-12-09 14:10
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        芯片设计

        从芯片的演变历程中发现,各大LED生产商在上游磊晶技术上不断改进,如利用不同的电极设计控制电流密度,利用ITO薄膜技术令通过LED的电流能平均分布等,使在结构上都尽可能产生最多的。再运用各种不同方法去抽出LED发出的每一粒光子,如生产不同外形的芯片;利用芯片周边有效地控制光折射度提高LED取率,研制扩大单一芯片表面尺寸(>2mm2)增加发光面积,更有利用粗糙的表面增加光线的透出等等。

        有一些高亮度LED芯片上p-n两个电极的位置相距拉近,令芯片发光效率及散热能力提高。而最近已有的生产,就是利用新改良的溶解(Laser lift-o)及金属黏合技术(metal bonding),将LED磊晶晶圆从GaAs或GaN长晶基板移走,并黏合到另一金属基板上或其它具有高反射性及高热传导性的物质上面,帮助大功率LED提高取光效率及散热能力。

        封装设计

        经过多年的发展,垂直(φ3mm、φ5mm)和SMD灯(表面贴装LED)已演变成一种标准产品模式。但随着芯片的发展及需要,开拓出切合大功率的封装产品设计,为了利用自动化组装技术降低制造成本,大功率的SMD灯亦应运而生。而且,在可携式消费产品市场急速的带动下,大功率LED封装体积设计也越小越薄以提供更阔的产品设计空间。

        为了保持成品在封装后的光亮度,新改良的大功率SMD器件内加有杯形反射面,有助把全部的光线能一致地反射出封装外以增加输出。而盖住LED上圆形的,用料上更改用以Silone封胶,代替以往在环氧树脂(Epoxy),使封装能保持一定的耐用性。

           封装工艺及方案

          封装之主要目的是为了确保半导体芯片和下层电路间之正确电气和机械性的互相接续,及保护芯片不让其受到机械、热、潮湿及其它种种的外来冲击。选择封装方法、材料和运用机台时,须考虑到LED磊晶的外形、电气/机械特性和固晶精度等因素。因LED有其光学特性,封装时也须考虑和确保其在光学特性上能够满足。

         无论是垂直LED或SMD封装,都必须选择一部高精度的固晶机,因LED晶粒放入封装的位置精准与否是直接影响整件封装器件发光效能。若晶粒在反射杯内的位置有所偏差,光线未能完全反射出来,影响成品的光亮度。但若一部固晶机拥有先进的预先图像辨识系统(PR System),尽管品质参差的引线框架,仍能精准地焊接于反射杯内预定之位置上。

         一般低功率LED器件(如指示设备和手机键盘的照明)主要是以银浆固晶,但由于银浆本身不能抵受高温,在提升亮度的同时,发热现象也会产生,因而影响产品。要获得高品质高功率的LED,新的固晶工艺随之而发展出来,其中一种就是利用共晶焊接技术,先将晶粒焊接于一散热基板(soubmount)或热沉(heat sink)上,然后把整件晶粒连散热基板再焊接于封装器件上,这样就可增强器件散热能力,令发相对地增加。至于基板材料方面,硅(Silicon)、铜(Copper)及陶瓷(Ceramic)等都是一般常用的散热基板物料。

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