全面解析LED的100多種封裝結(jié)構(gòu)形式

LED封裝技術(shù)的要素有三點：封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、選用合適封裝材料和工藝水平，目前LED封裝結(jié)構(gòu)形式有100多種，主要的封裝類型有Lamp系列40多種、SMD(chip LED和TOP LED)系列30多種、COB系列30多種、PLCC、大功率封裝、光集成封裝和模塊化封裝等，封裝技術(shù)的發(fā)展要緊跟和滿足LED應(yīng)用產(chǎn)品發(fā)展的需要。

LED封裝技術(shù)的基本內(nèi)容

LED封裝技術(shù)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封裝的出光效率一般可達(dá)80~90%。

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

②選用高激發(fā)效率、高顯性的熒光粉，顆粒大小適當(dāng)。

③裝片基板(反射杯)要有高反射率，出光率高的光學(xué)設(shè)計外形。

④選用合適的封裝工藝，特別是涂覆工藝。

(2)高光色性能

LED主要的光色技術(shù)參數(shù)有：高度、眩光、色溫、顯色性、色容差、光閃爍等。

顯色指數(shù)CRI≥70(室外)、≥80(室外)、≥90(美術(shù)館等)

色容差≤3 SDCM

≤5 SDCM(全壽命期間)

封裝上要采用多基色組合來實現(xiàn)，重點改善LED輻射的光譜量分布SPD，向太陽光的光譜量分布靠近。要重視量子點熒光粉的開發(fā)和應(yīng)用，來實現(xiàn)更好的光色質(zhì)量。

(3)LED器件可靠性

LED可靠性包含在不同條件下LED器件性能變化及各種失效模式機理(LED封裝材料退化、綜合應(yīng)力的影響等)，這是主要提到可靠性的表征值—壽命，目前LED器件壽命一般為3~5小時，可達(dá)5~10萬小時。

①選用合適的封裝材料：結(jié)合力要大、應(yīng)力小、匹配好、氣密性好、耐溫、耐濕(低吸水性)、抗紫外光等。

②封裝散熱材料：高導(dǎo)熱率和高導(dǎo)電率的基板，高導(dǎo)熱率、高導(dǎo)電率和高強度的固晶材料，應(yīng)力要小。

③合適的封裝工藝：裝片、壓焊、封裝等結(jié)合力強，應(yīng)力要小，結(jié)合要匹配。

LED光集成封裝技術(shù)

LED光集成封裝結(jié)構(gòu)現(xiàn)有30多種類型，正逐步走向系統(tǒng)集成封裝，是未來封裝技術(shù)的發(fā)展方向。

(1)COB集成封裝

COB集成封裝現(xiàn)有MCOB、COMB、MOFB、MLCOB等30多種封裝結(jié)構(gòu)形式，COB封裝技術(shù)日趨成熟，其優(yōu)點是成本低。COB封裝現(xiàn)占LED光源約40%左右市場，光效達(dá)160~178 lm/w，熱阻可達(dá)2℃/w，COB封裝是近期LED封裝發(fā)展的趨勢。

(2)LED晶園級封裝

晶園級封裝從外延做成LED器件只要一次劃片，是LED照明光源需求的多系統(tǒng)集成封裝形式，一般襯底采用硅材料，無需固晶和壓焊，并點膠成型，形成系統(tǒng)集成封裝，其優(yōu)點是可靠性好、成本低，是封裝技術(shù)發(fā)展方向之一。

(3)COF集成封裝

COF集成封裝是在柔性基板上大面積組裝中功率LED芯片，它具有高導(dǎo)熱、薄層柔性、成本低、出光均勻、高光效、可彎曲的面光源等優(yōu)點，可提供線光源、面光源和三維光源的各種LED產(chǎn)品，也可滿足LED現(xiàn)代照明、個性化照明要求，也可作為通用型的封裝組件，市場前景看好。

(4)LED模塊化集成封裝

模塊化集成封裝一般指將LED芯片、驅(qū)動電源、控制部分(含IP地址)、零件等進行系統(tǒng)集成封裝，統(tǒng)稱為LED模塊，具有節(jié)約材料、降低成本、可進行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、維護方便等很多優(yōu)點，是LED封裝技術(shù)發(fā)展的方向。

(5)覆晶封裝技術(shù)

覆晶封裝技術(shù)是由芯片、襯底、凸塊形成了一個空間，這樣封裝出來的芯片具有體積小、性能高、連線短等優(yōu)點，采用陶瓷基板、覆晶芯片、共晶工藝、直接壓合等來達(dá)到高功率照明性能要求。用金錫合金將芯片壓合在基板上，替代以往的銀膠工藝，“直接壓合”替代過去“回流焊”，具有優(yōu)良的導(dǎo)電效果和導(dǎo)熱面積。該封裝技術(shù)是大功率LED封裝的重要發(fā)展趨勢。

(6)免封裝芯片技術(shù)

免封裝技術(shù)是一個技術(shù)的整合，采用倒裝芯片，不用固晶膠、金線和支架是半導(dǎo)體封裝技術(shù)70種工藝形成中的一種。PFC免封裝芯片產(chǎn)品的光效可提升至200lm/w，發(fā)光角度大于300度的超廣角全周光設(shè)計，不要使用二次光學(xué)透鏡，將減少光效的耗損與降低成本，但要投入昂貴的設(shè)備。PFC新產(chǎn)品主打LED照明市場，特別是應(yīng)用在蠟燭燈上，不僅可以模擬鎢絲燈的造型，同時可以突破散熱體積的限制。

(7)LED其他封裝結(jié)構(gòu)形式

①EMC封裝結(jié)構(gòu)：是嵌入式集成封裝形式(Embedded LED Chip)不會直接看到LED光源。

②EMC封裝技術(shù)：(Epoxy Molding Compound)以環(huán)氧塑封料為支架的封裝技術(shù)，具有高耐熱、高集成度、抗UV、體積小等優(yōu)點，但氣密性差些，現(xiàn)已批量生產(chǎn)。

③COG封裝：(Chip On Glass)將LED芯片放在玻璃基板上進行封裝。

④QFN封裝技術(shù)：小間距顯示屏象素單元小于或等于P.1時，所采用的封裝形式，將替代PLCC結(jié)構(gòu)，市場前景看好。

⑤3D封裝技術(shù)：以三維立體形式進行封裝的技術(shù)，正在研發(fā)中。

⑥功率框架封裝技術(shù)：(Chip-in-Frame Package)在小框架上封裝功率LED芯片，產(chǎn)業(yè)化光效已達(dá)160~170 lm/w，可達(dá)200 lm/w以上。

LED封裝材料

LED封裝材料品種很多，而且正在不斷發(fā)展，這里只簡要介紹。

(1)封裝材料：環(huán)氧樹脂、環(huán)氧塑封料、硅膠、有機硅塑料等，技術(shù)上對折射率、內(nèi)應(yīng)力、結(jié)合力、氣密性、耐高溫、抗紫外線等有要求。

(2)固晶材料：

①固晶膠：樹脂類和硅膠類，內(nèi)部填充金屬及陶瓷材料。

②共晶類：AuSn、SnAg/SnAgCu。

(3)基板材料：銅、鋁等金屬合金材料。

①陶瓷材料：Al2O3、AlN、SiC等。

②鋁系陶瓷材料：稱為第三代封裝材料AlSiC、AlSi等。

③SCB基板材料：多層壓模基板，散熱好(導(dǎo)熱率380w/m.k)、成本低。

④TES多晶質(zhì)半導(dǎo)體陶瓷基板，傳熱速度快。

(4)散熱材料：銅、鋁等金屬合金材料。

石墨烯復(fù)合材料，導(dǎo)熱率200~1500w/m.k。

PCT高溫特種工程塑料(聚對苯二甲酸1，4-環(huán)已烷二甲脂)，加陶瓷纖，耐高溫、低吸水性。

導(dǎo)熱工程塑料：非絕緣型導(dǎo)熱工程塑料，導(dǎo)熱率14w/m.k。

絕緣型導(dǎo)熱工程塑料，導(dǎo)熱率8w/m.k。