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大功率LED封装 技术实现 及发展趋势

文章来源:9778818威尼斯官网人气:4713发表时间:2018-11-30 19:08:15

大功率LED封装由于结构和手工制作复杂,并直接影响到LED的使用性能和寿命,一直是目上来的研究热点,特别是大功率白光LED封装更是研究热点中的热点。


LED封装的功能主要包括:


1.机器保护,以提高可靠性;


2.加强散热,以降低芯片结温,提高LED性能;


3.光学把握,提高出光效率,优化光束分布;


4.供电管理,包括交流/直流转变,以及电源把握等。


LED封装方法、质料、结构和手工制作的决定主要由芯片结构、光电/机器特性、具体应用和底等圆素决定。经过40接连许多年的发展,LED封装先下经历了支架式(Lamp LED)、贴片式(SMD LED)、功率型LED(Power LED)等发展阶段。随着芯片功率的增大,特别是固态照明 技术实现 发展的需求,对LED封装的光学、热学、电学和机器结构等提出了新的、更高的要旨。为了有效地降低封装热阻,提高出光效率,必须采取应用全新的 技术实现 思路来进行封装策划。


二、大功率LED封装关键 技术实现


大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与手工制作等关键,如图1所示。这些圆素彼此既竞相独立,又竞相影响。此道,光是LED封装的鹄的,热是关键,电、结构与手工制作是手段,而性能是封装水平的具体体现。从手工制作兼容性及降低生产底而言,LED封装策划应与芯片策划再是进行,即芯片策划时就应该揣摩到封装结构和手工制作。否则,等芯片制造完成下,可能由于封装的需要对芯片结构进行调整,易于 延长了产品研发周期和手工制作底,有时甚至非能够


具体而言,大功率LED封装的关键 技术实现 包括:


(一)低热阻封装手工制作


对于现有的LED光效水平而言,由于输入电能的80%左右转变成为热量,且LED芯片面积小,易于 ,芯片散热是LED封装必须解决的关键小case。主要包括芯片布置、封装质料决定(基板质料、热界面质料)与手工制作、热沉策划等。


LED封装热阻主要包括质料(散热基板和热沉结构)内部热阻和界面热阻。散热基板的感化就是吸收芯片产生的热量,并传导到热沉上,实现与外界的热交换。常用的散热基板质料包括硅、金属(如铝,铜)、陶瓷(如Al2O3,AlN,SiC)和复合质料等。如Nichia集团官网的第三代LED采取应用CuW做衬底,将1mm芯片倒装在CuW衬底上,降低了封装热阻,提高了发光功率和效率;Lamina Ceramics集团官网则研制了低温共烧陶瓷金属基板,如图2(a),并开发了相应的LED封装 技术实现 。该 技术实现 起首制备出适于共晶焊的大功率LED芯片和相应的陶瓷基板,然下将LED芯片与基板直接焊接在一起。由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路及把握补偿电路,不单结构easy,而且由于质料热导率高,热界面少,大大提高了散热性能,为大功率LED阵列封装提出了解决Plan。德国Curmilk集团官网研制的高导热性覆铜陶瓷板,由陶瓷基板(AlN或Al2O3)和导电层(Cu)在 摄氏高压下烧结而成,没有使用黏结剂,易于 导热性能好、强度高、绝缘性强,如图2(b)所示。此道氮化铝(AlN)的热导率为160W/mk,热膨胀系数为4.0×10-6/℃(与硅的热膨胀系数3.2×10-6/℃相当),易于 降低了封装热应力。


研究表明,封装界面对热阻影响也很大,如果不能正确处理界面,就难以获得良好的散热成果。 诸如,室温下接触良好的界面在 摄氏下可能存在界面间隙,基板的翘曲也可能会影响键合和局部的散热。改善LED封装的关键在于减少界面和界面接触热阻,增强散热。易于 ,芯片和散热基板间的热界面质料(TIM)决定十分要紧。LED封装常用的TIM为导电胶和导热胶,由于热导率较低,一般为0.5-2.5W/mK,致使界面热阻很高。而采取应用低温或共晶焊料、焊膏或者内掺纳米颗粒的导电胶作为热界面质料,可大大降低界面热阻。


(四)封装大生产 技术实现


晶片键合(Wafer bonding) 技术实现 是指芯片结构和电路的制作、封装都在晶片(Wafer)上进行,封装完成下再进行切割,形成单个的芯片(Chip);与之相对应的芯片键合(Die bonding)是指芯片结构和电路在晶片上完成下,即进行切割形成芯片(Die),然下对单个芯片进行封装(类似Now的LED封装手工制作),如图6所示。很明显,晶片键合封装的效率和质料更高。由于封装费用在LED器件制造底中占了很大比例,易于 ,改动现有的LED封装形式(从芯片键合到晶片键合),将大大降低封装制造底。易于 得出,晶片键合封装还可以提高LED器件生产的洁净度,防止键合上的划片、分片手工制作对器件结构的破坏,提高封装成品率和可靠性,易于 是一种降低封装底的有效手段。

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