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 sunny3
管理员   142  2017/6/20 10:35:00
楼主

大功率LED封装伟德国际平台注册及发展趋势

  一、前言  大功率LED封装由于结构和工艺复杂,并直接影响到LED的使用性能和寿命,一直是近年来的研究热点,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.机械保护,以提高可靠性;2.加强散热,以降低芯片结温,提高LED性能;3.光学控制,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,以及电源控制等。  LED封装方法、材料、结构和工艺的选择主要由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。经过40多年的发展,LED封装先后经历了支架式(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,特别是固态照明伟德国际平台注册发展的需求,对LED封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。为了有效地降低封装热阻,提高出光效率,必须采用全新的伟德国际平台注册思路来进行封装设计。  二、大功率LED封装关键伟德国际平台注册  大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面,如图1所示。这些因素彼此既相互独立,又相互影响。其中,光是LED封装的目的,热是关键,电、结构与工艺是手段,而性能是封装水平的具体体现。从工艺兼容性及降低生产成本而言,LED封装设计应与芯片设计同时进行,即芯片设计时就应该考虑到封装结构和工艺。否则,等芯片制造完成后,可能由于封装的需要对芯片结构进行调整,从而延长了伟德研发周期和工艺成本,有时甚至不可能  具体而言,大功率LED封装的关键伟德国际平台注册包括:  (一)低热阻封装工艺  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,因此,芯片散热是LED封装必须解决的关键问题。主要包括芯片布置、封装材料选择(基板材料、热界面材料)与工艺、热沉设计等。  LED封装热阻主要包括材料(散热基板和热沉结构)内部热阻和界面热阻。散热基板的作用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。常用的散热基板材料包括硅、金属(如铝,铜)、陶瓷(如Al2O3,AlN,SiC)和复合材料等。如Nichia公司的第三代LED采用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公司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封装伟德国际平台注册。该伟德国际平台注册首先制备出适于共晶焊的大功率LED芯片和相应的陶瓷基板,然后将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、驱动电路及控制补偿电路,不仅结构简单,而且由于材料热导率高,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方案。德国Curmilk公司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)在高温高压下烧结而成,没有使用黏结剂,因此导热性能好、强度高、绝缘性强,如图2(b)所示。其中氮化铝(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),从而降低了封装热应力。  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效果。例如,室温下接触良好的界面在高温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。因此,芯片和散热基板间的热界面材料(TIM)选择十分重要。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材料,可大大降低界面热阻。  (四)封装大生产伟德国际平台注册  晶片键合(Wafer bonding)伟德国际平台注册是指芯片结构和电路的制作、封装都在晶片(Wafer)上进行,封装完成后再进行切割,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后,即进行切割形成芯片(Die),然后对单个芯片进行封装(类似现在的LED封装工艺),如图6所示。很明显,晶片键合封装的效率和质量更高。由于封装费用在LED器件制造成本中占了很大比例,因此,改变现有的LED封装形式(从芯片键合到晶片键合),将大大降低封装制造成本。此外,晶片键合封装还可以提高LED器件生产的洁净度,防止键合前的划片、分片工艺对器件结构的破坏,提高封装成品率和可靠性,因而是一种降低封装成本的有效手段。  此外,对于大功率LED封装,必须在芯片设计和封装设计过程中,尽可能采用工艺较少的封装形式(Package-less Packaging),同时简化封装结构,尽可能减少热学和光学界面数,以降低封装热阻,提高出光效率。  (五)封装可靠性测试与评估  LED器件的失效模式主要包括电失效(如短路或断路)、光失效(如高温导致的灌封胶黄化、光学性能劣化等)和机械失效(如引线断裂,脱焊等),而这些因素都与封装结构和工艺有关。LED的使用寿命以平均失效时间(MTTF)来定义,对于照明用途,一般指LED的输出光通量衰减为初始的70%(对显示用途一般定义为初始值的50%)的使用时间。由于LED寿命长,通常采取加速环境试验的方法进行可靠性测试与评估。测试内容主要包括高温储存(100℃,1000h)、低温储存(-55℃,1000h)、高温高湿(85℃/85%,1000h)、高低温循环(85℃~-55℃)、热冲击、耐腐蚀性、抗溶性、机械冲击等。然而,加速环境试验只是问题的一个方面,对LED寿命的预测机理和方法的研究仍是有待研究的难题。  三、固态照明对大功率LED封装的要求  与传统照明灯具相比,LED灯具不需要使用滤光镜或滤光片来产生有色光,不仅效率高、光色纯,而且可以实现动态或渐变的色彩变化。在改变色温的同时保持具有高的显色指数,满足不同的应用需要。但对其封装也提出了新的要求,具体体现在:  (一)模块化  通过多个LED灯(或模块)的相互连接可实现良好的流明输出叠加,满足高亮度照明的要求。通过模块化伟德国际平台注册,可以将多个点光源或LED模块按照随意形状进行组合,满足不同领域的照明要求。  (二)系统效率最大化  为提高LED灯具的出光效率,除了需要合适的LED电源外,还必须采用高效的散热结构和工艺,以及优化内/外光学设计,以提高整个系统效率。  (三)低成本  LED灯具要走向市场,必须在成本上具备竞争优势(主要指初期安装成本),而封装在整个LED灯具生产成本中占了很大部分,因此,采用新型封装结构和伟德国际平台注册,提高光效/成本比,是实现LED灯具商品化的关键。  (四)易于替换和维护  由于LED光源寿命长,维护成本低,因此对LED灯具的封装可靠性提出了较高的要求。要求LED灯具设计易于改进以适应未来效率更高的LED芯片封装要求,并且要求LED芯片的互换性要好,以便于灯具厂商自己选择采用何种芯片。  LED灯具光源可由多个分布式点光源组成,由于芯片尺寸小,从而使封装出的灯具重量轻,结构精巧,并可满足各种形状和不同集成度的需求。唯一的不足在于没有现成的设计标准,但同时给设计提供了充分的想象空间。此外,LED照明控制的首要目标是供电。由于一般市电电源是高压交流电(220V,AC),而LED需要恒流或限流电源,因此必须使用转换电路或嵌入式控制电路(ASICs),以实现先进的校准和闭环反馈控制系统。此外,通过数字照明控制伟德国际平台注册,对固态光源的使用和控制主要依靠智能控制和管理软件来实现,从而在用户、信息与光源间建立了新的关联,并且可以充分发挥设计者和消费者的想象力。  四、结束语  LED封装是一个涉及到多学科(如光学、热学、机械、电学、力学、材料、半导体等)的研究课题。从某种角度而言,LED封装不仅是一门制造伟德国际平台注册(Technology),而且也是一门基础科学(Science),良好的封装需要对热学、光学、材料和工艺力学等物理本质的理解和应用。LED封装设计应与芯片设计同时进行,并且需要对光、热、电、结构等性能统一考虑。在封装过程中,虽然材料(散热基板、荧光粉、灌封胶)选择很重要,但封装结构(如热学界面、光学界面)对LED光效和可靠性影响也很大,大功率白光LED封装必须采用新材料,新工艺,新思路。对于LED灯具而言,更是需要将光源、散热、供电和灯具等集成考虑。 
 qiduzm
实习生   19  2017/7/21 22:22:00
第1楼
只知道 现在一些小的封装公司生存越来越困难了!
东莞七度照明 http://www.7duzm.com/ [回复]  [引用]  [回到顶部]
 18688837765
实习生   12  2017/8/29 15:18:00
第2楼
小公司没有立足市场的伟德国际平台注册优势,很难生存;
 JSmaiwei
实习生   3  2017/9/15 9:18:00
第3楼
提高出光效率,必须采用全新的伟德国际平台注册思路来进行封装设计
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 乾晖光电
乞丐   1  2017/10/20 11:26:00
第4楼
高亮度,高光效
 xgy6420098
乞丐   1  2017/12/11 9:02:00
第5楼
小公司走精品路线,不做低端市场。从而夹缝求生,就如我司极光光电
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