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惊艳无比的LED封装形态

发布时间:

2023-09-14 09:32


LED封装技术的要素有三点:封装结构设计、选用合适封装材料和工艺水平。

  目前LED封装结构形式有100多种,主要的封装类型有Lamp系列40多种、SMD(chip LED和TOP LED)系列30多种、COB系列30多种、PLCC、大功率封装、光集成封装和模块化封装等,封装技术的发展要紧跟和满足LED应用产品发展的需要。

  LED封装技术的基本内容

  LED封装技术的基本要求是:提高出光效率、高光色性能及器件可靠性。

  (1)提高出光效率

  LED封装的出光效率一般可达80~90%。

  ①选用透明度更好的封装材料:透明度≥95%(1mm厚度),折射率大于1.5等。

  ②选用高激发效率、高显性的荧光粉,颗粒大小适当。

  ③装片基板(反射杯)要有高反射率,出光率高的光学设计外形。

  ④选用合适的封装工艺,特别是涂覆工艺。

  (2)高光色性能

  LED主要的光色技术参数有:高度、眩光、色温、显色性、色容差、光闪烁等。

  显色指数CRI≥70(室外)、≥80(室外)、≥90(美术馆等)。

  色容差≤3 SDCM≤5 SDCM(全寿命期间)

  封装上要采用多基色组合来实现,重点改善LED辐射的光谱量分布SPD,向太阳光的光谱量分布靠近。要重视量子点荧光粉的开发和应用,来实现更好的光色质量。

  (3)LED器件可靠性

  LED可靠性包含在不同条件下LED器件性能变化及各种失效模式机理(LED封装材料退化、综合应力的影响等),这是主要提到可靠性的表征值—寿命,目前LED器件寿命一般为3~5小时,可达5~10万小时。

  ①选用合适的封装材料:结合力要大、应力小、匹配好、气密性好、耐温、耐湿(低吸水性)、抗紫外光等。

  ②封装散热材料:高导热率和高导电率的基板,高导热率、高导电率和高强度的固晶材料,应力要小。

  ③合适的封装工艺:装片、压焊、封装等结合力强,应力要小,结合要匹配。

  LED光集成封装技术

  LED光集成封装结构现有30多种类型,正逐步走向系统集成封装,是未来封装技术的发展方向。

  (1)COB集成封装

  COB集成封装现有MCOB、COMB、MOFB、MLCOB等30多种封装结构形式,COB封装技术日趋成熟,其优点是成本低。COB封装现占LED光源约40%左右市场,光效达160~178 lm/w,热阻可达2℃/w,COB封装是近期LED封装发展的趋势。

  (2)LED晶园级封装

  晶园级封装从外延做成LED器件只要一次划片,是LED照明光源需求的多系统集成封装形式,一般衬底采用硅材料,无需固晶和压焊,并点胶成型,形成系统集成封装,其优点是可靠性好、成本低,是封装技术发展方向之一。

  (3)COF集成封装

  COF集成封装是在柔性基板上大面积组装中功率LED芯片,它具有高导热、薄层柔性、成本低、出光均匀、高光效、可弯曲的面光源等优点,可提供线光源、面光源和三维光源的各种LED产品,也可满足LED现代照明、个性化照明要求,也可作为通用型的封装组件,市场前景看好。

  (4)LED模块化集成封装

  模块化集成封装一般指将LED芯片、驱动电源、控制部分(含IP地址)、零件等进行系统集成封装,统称为LED模块,具有节约材料、降低成本、可进行标准化生产、维护方便等很多优点,是LED封装技术发展的方向。

  (5)覆晶封装技术

  覆晶封装技术是由芯片、衬底、凸块形成了一个空间,这样封装出来的芯片具有体积小、性能高、连线短等优点,采用陶瓷基板、覆晶芯片、共晶工艺、直接压合等来达到高功率照明性能要求。

  用金锡合金将芯片压合在基板上,替代以往的银胶工艺,“直接压合”替代过去“回流焊”,具有优良的导电效果和导热面积。该封装技术是大功率LED封装的重要发展趋势。

  (6)免封装芯片技术

  免封装技术是一个技术的整合,采用倒装芯片,不用固晶胶、金线和支架是半导体封装技术70种工艺形成中的一种。

  PFC免封装芯片产品的光效可提升至200lm/w,发光角度大于300度的超广角全周光设计,不要使用二次光学透镜,将减少光效的耗损与降低成本,但要投入昂贵的设备。

  PFC新产品主打LED照明市场,特别是应用在蜡烛灯上,不仅可以模拟钨丝灯的造型,同时可以突破散热体积的限制。

  (7)LED其他封装结构形式

  ①EMC封装结构:是嵌入式集成封装形式(Embedded LED Chip)不会直接看到LED光源。

  ②EMC封装技术:(Epoxy Molding Compound)以环氧塑封料为支架的封装技术,具有高耐热、高集成度、抗UV、体积小等优点,但气密性差些,现已批量生产。

  ③COG封装:(Chip On Glass)将LED芯片放在玻璃基板上进行封装。

  ④QFN封装技术:小间距显示屏象素单元小于或等于P.1时,所采用的封装形式,将替代PLCC结构,市场前景看好。

  ⑤3D封装技术:以三维立体形式进行封装的技术,正在研发中。

  ⑥功率框架封装技术:(Chip-in-Frame Package)在小框架上封装功率LED芯片,产业化光效已达160~170 lm/w,可达200 lm/w以上。

  LED封装材料

  LED封装材料品种很多,而且正在不断发展,这里只简要介绍。

  (1)封装材料

  环氧树脂、环氧塑封料、硅胶、有机硅塑料等,技术上对折射率、内应力、结合力、气密性、耐高温、抗紫外线等有要求。

  (2)固晶材料

  ①固晶胶:树脂类和硅胶类,内部填充金属及陶瓷材料。

  ②共晶类:AuSn、SnAg/SnAgCu。

  (3)基板材料:铜、铝等金属合金材料

  ①陶瓷材料:Al2O3、AlN、SiC等。

  ②铝系陶瓷材料:称为第三代封装材料AlSiC、AlSi等。

  ③SCB基板材料:多层压模基板,散热好(导热率380w/m.k)、成本低。

  ④TES多晶质半导体陶瓷基板,传热速度快。

  (4)散热材料:铜、铝等金属合金材料

  石墨烯复合材料,导热率200~1500w/m.k。

  PCT高温特种工程塑料(聚对苯二甲酸1,4-环已烷二甲脂),加陶瓷纤,耐高温、低吸水性。

  导热工程塑料:非绝缘型导热工程塑料,导热率14w/m.k。

  绝缘型导热工程塑料,导热率8w/m.k。

LED,LED封装

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LED灯珠主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。    LED灯珠支架  1.支架的作用:导电和支撑 2.支架的组成:支架由支架素材经过电镀而形成,由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层所组成。 3.支架的种类:带杯支架做聚光型,平头支架做大角度散光型。  LED灯珠银胶  1.银胶的作用:固定晶片和导电。 2.银胶的主要成份:银粉占75-80% 、EPOXY(环氧树脂)占10-15% 、添加剂占5-10% 。 3.银胶的使用:冷藏,使用前需解冻并充分搅拌均匀,因银胶放置长时间后,银粉会沉淀,如不搅拌均匀将会影响银胶的使用性能。  LED灯珠晶片  1.晶片的作用:晶片是 LED Lamp 的主要组成物料,是发光的半导体材料。 2.晶片的组成:晶片是采用磷化镓(GaP)  、 镓铝砷(GaAlAs)或砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等材料组成,其内部结构具有单向导电性。 3.晶片的结构:焊单线正极性(P/N结构)晶片,双线晶片。晶片的尺寸单位:mil,晶片的焊垫一般为金垫或铝垫。其焊垫形状有圆形、方形、十字形等。 4.晶片的发光颜色:晶片的发光颜色取决于波长,常见可见光的分类大致为:暗红色(700nm)、深红色(640-660nm)、红色(615-635nm)、琥珀色(600-610nm)、黄色(580-595nm)、黄绿色(565-575nm)、纯绿色(500-540nm)、蓝色(450-480nm)、紫色(380-430nm) 。 白光和粉红光是一种光的混合效果。最常见的是由蓝光+黄色荧光粉和蓝光+红色荧光粉混合而成。 5.晶片的主要技术参数:     a.晶片的伏安特性图;     b.正向电压(VF):施加在晶片两端,使晶片正向导通的电压。此电压与晶片本身和测试电流存在相应的关系。VF过大,会使晶片被击穿。     c.正向电流(IF):晶片在施加一定电压后,所产生的正向导通电流。IF的大小,与正向电压的大小有关。晶片的工作电流在10-20mA左右。     d.反向电压(VR):施加在晶片上的反向电压。       e.反向电流(IR):是指晶片在施加反向电压后,所产生的一个漏电流。此电流越小越好。因为电流大了容易造成晶片被反向击穿。     f.亮度(IV):指光源的明亮程度。单位换算:1cd=1000mcd        g.波长:反映晶片的发光颜色。不同波长的晶片其发光颜色不同。单位:nm  LED灯珠金线  1.金线的作用:连接晶片PAD(焊垫)与支架,并使其能够导通。 金线的纯度为99.99%Au;延伸率为2-6%,金线的尺寸有:0.9mil、1.0mil、1.1mil等。  LED灯珠环氧树脂  1.环氧树脂的作用:保护Lamp的内部结构,可稍微改变Lamp的发光颜色、亮度及角度;使Lamp成形。 2.封装树脂包括:A胶(主剂)、B胶(硬化剂)、DP(扩散剂) 、CP(着色剂)四部份组成。其主要成分为环氧树脂(Epoxy Resin)、酸酐类(酸无水物 Anhydride)、高光扩散性填料(Light diffusion) 及热安定性染料(dye)。

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