大功率LED封裝技術(shù)詳解

　　LED 的工藝設(shè)計(jì)包括芯片的設(shè)計(jì)以及芯片的封裝。目前，大功率LED 的封裝技術(shù)及其散熱技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)研究的熱點(diǎn)。由于大功率LED 封裝工藝流程講起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是實(shí)際的工藝中是非常復(fù)雜的。而且LED 封裝技術(shù)直接影響了LED 的使用壽命。所以在大功率LED 封裝過(guò)程中，要考慮到諸多因素，例如，光、熱、電、機(jī)械等諸多因素。光學(xué)方面要考慮到大功率LED 光衰問(wèn)題、熱學(xué)方面要考慮到大功率LED 的散熱問(wèn)題、電學(xué)方面要考慮到大功率LED 的驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)、機(jī)械方面要考慮到封裝過(guò)程中LED 的封裝形式等。

　　1 大功率LED 封裝的要求及關(guān)鍵技術(shù)

　?。?大功率）LED 具有壽命長(zhǎng)、低污染、低功耗、節(jié)能和抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)。跟傳統(tǒng)的照明器具相比較，（ 大功率）LED 不僅單色性好、光學(xué)效率高、光效強(qiáng)，而且可以滿足不同的需要高顯色指數(shù)。盡管如此，大功率LED 的封裝工藝卻有嚴(yán)格的要求。

　　具體體現(xiàn)在：①低成本；②系統(tǒng)效率最大化；③易于替換和維護(hù)；④多個(gè)LED 可實(shí)現(xiàn)模塊化；⑤散熱系數(shù)高等簡(jiǎn)單的要求。

　　根據(jù)大功率LED 封裝技術(shù)要考慮的種種因素，在封裝關(guān)鍵技術(shù)方面也提出了幾點(diǎn)。主要包括：

　?。?1） 在大功率LED 散熱方面：考慮到低熱阻封裝。LED 芯片是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，是LED光源的核心部分。由于大功率LED 芯片大小不一，并且在驅(qū)動(dòng)方式上采用的是恒流驅(qū)動(dòng)的方式?？梢灾苯影央娔苻D(zhuǎn)化為光能所以LED 芯片在點(diǎn)亮過(guò)程需要吸收輸入的大部分電能， 在此過(guò)程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生很大的熱量。所以，針對(duì)大功率LED 芯片散熱技術(shù)是LED 封裝工藝的重要技術(shù)，也是在大功率LED 封裝過(guò)程中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

　?。?2）LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極。所以高取光率封裝結(jié)構(gòu)也是大功率LED 封裝過(guò)程中一項(xiàng)重要的關(guān)鍵技術(shù)。在LED 芯片發(fā)光過(guò)程中，在發(fā)射過(guò)程中，由于界面處折射率的不同會(huì)引起光子反射的損失和可能造成的全反射損失等，所以可以在芯片表面涂覆一層折射率相對(duì)較高的透明膠。

　　這層透明膠必須具有其透光率高、折射率高、流動(dòng)性好、易于噴涂、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。目前常用的透明膠層有環(huán)氧樹脂和硅膠這兩種材料。

　　2 LED 的封裝形式

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LED 的封裝形式有很多種， 有引腳式封裝、表面組裝貼片式封裝、板上芯片直接式封裝、系統(tǒng)封裝式封裝。

　　小功率LED 的封裝一般采用的是引腳式LED 封裝形式。引腳式LED 封裝也比較常見(jiàn)。普通的發(fā)光二極管基本都是采用引腳式封裝。引腳式LED 封裝熱量是由負(fù)極的引腳架散發(fā)至PCB 板上，散熱問(wèn)題也比較好的解決。但是也存在著一定的缺點(diǎn)，那就是熱阻較大，LED 的使用壽命短。

　　表面組裝貼片式封裝（ SMT） 是一種新型的LED 封裝方式，是將已經(jīng)封裝好的LED 器件焊接到一個(gè)固定位置的封裝技術(shù)。SMT 封裝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可靠性強(qiáng)、易于自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)、高頻特性好。SMT LED 封裝形式是當(dāng)今電子行業(yè)中最流行的一種貼片式封裝工藝。

　　板上芯片直裝式（ COB）LED 封裝技術(shù)是一種直接貼裝技術(shù)， 是將芯片直接粘貼在印刷電路板上， 然后進(jìn)行引線的縫合，最后使用有機(jī)膠將芯片和引線包裝保護(hù)的工藝。COB 工藝主要應(yīng)用于大功率LED 陣列。具有較高的集成度。

　　系統(tǒng)封裝式（ SIP）LED 封裝技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。

　　它主要是符合了系統(tǒng)便攜式以及系統(tǒng)小型化的要求。跟其他LED 封裝相比，SIP 封裝的集成度最高，成本相對(duì)較低?？梢栽谝粋€(gè)封裝內(nèi)組裝多個(gè)LED 芯片。

　　在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中， 根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求， 筆者采用的便是SMT 封裝的形式。由于在大功率LED 封裝過(guò)程中，要考慮到大功率LED 散熱的因素，本人采用的是采用鋁基板散熱方式的傳統(tǒng)方式。我們通過(guò)實(shí)際的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，SMT 封裝技術(shù)對(duì)于符合實(shí)際的散熱要求。具體的實(shí)物鋁基板散熱實(shí)物圖如圖1所示。

　　　　3 大功率LED 工藝流程

　　LED 的封裝是一門多學(xué)科的工藝技術(shù)。涉及到如光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料、半導(dǎo)體等研究?jī)?nèi)容。所以大功率LED 的封裝技術(shù)是一門比較復(fù)雜的綜合性學(xué)科。良好的LED封裝需要把各個(gè)學(xué)科的因素考慮進(jìn)去。下面就LED 封裝工藝流程作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。其流程如圖2 所示。

　　LED 的發(fā)光體是晶片，不同的晶片價(jià)格不一，形態(tài)大小也不一。晶片形態(tài)大小都不相同，這對(duì)LED 封裝帶來(lái)了一定的困難。在對(duì)支架的選擇方面也提出了考驗(yàn)。

　　支架與外形塑料模具的選擇決定了LED 封裝成品的外形尺寸。支架承載著LED 芯片，所以在支架的選擇方面要根據(jù)實(shí)際的LED 晶片邊長(zhǎng)的大小。

　　固晶膠的選擇主要是考慮其粘結(jié)力，其顆粒大大小。同樣所涂覆的固晶膠的薄厚程度決定了封裝的LED 的熱阻。

　　筆者所選用的固晶膠為銀膠。銀膠跟絕緣膠相比來(lái)說(shuō)，其熱阻低。熱阻的大小，決定了LED 的出光效率。同樣，銀膠還具有另外一種特色，那就是導(dǎo)熱性能好。

　　焊線過(guò)程可以采用機(jī)械焊線和人工焊線， 由于此次實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)的LED 封裝量少，所以采用的是人工焊線。早高倍顯微鏡下，將芯片的正負(fù)極使用金線焊接到支架的兩個(gè)引腳角上。焊接過(guò)程要耐心小心。整個(gè)LED 封裝工藝流程都是按照如圖2 所示的流程制作的。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　LED 的封裝工藝過(guò)程中必須考慮到很多種因素，每個(gè)環(huán)節(jié)都要都要細(xì)心琢磨。熱阻影響著LED 的出光效率。散熱條件和色度穩(wěn)定性對(duì)LED 的性能影響。我們?cè)贚ED 封裝過(guò)程當(dāng)中要選擇合適的材料。改進(jìn)現(xiàn)有的器件結(jié)構(gòu)， 尋求更好的LED 散熱的方式，減少L