大功率LED封裝工藝的方案介紹及討論

芯片設(shè)計(jì)

從芯片的演變歷程中發(fā)現(xiàn)，各大LED生產(chǎn)商在上游磊晶技術(shù)上不斷改進(jìn)，如利用不同的電極設(shè)計(jì)控制電流密度，利用ITO薄膜技術(shù)令通過(guò)LED的電流能平均分布等，使在結(jié)構(gòu)上都盡可能產(chǎn)生最多的。再運(yùn)用各種不同方法去抽出LED發(fā)出的每一粒光子，如生產(chǎn)不同外形的芯片；利用芯片周邊有效地控制光折射度提高LED取率，研制擴(kuò)大單一芯片表面尺寸（>2mm2）增加發(fā)光面積，更有利用粗糙的表面增加光線的透出等等。

有一些高亮度LED芯片上p-n兩個(gè)電極的位置相距拉近，令芯片發(fā)光效率及散熱能力提高。而最近已有的生產(chǎn)，就是利用新改良的溶解（Laser lift-o）及金屬黏合技術(shù)（metal bonding），將LED磊晶晶圓從GaAs或GaN長(zhǎng)晶基板移走，并黏合到另一金屬基板上或其它具有高反射性及高熱傳導(dǎo)性的物質(zhì)上面，幫助大功率LED提高取光效率及散熱能力。

封裝設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，垂直（φ3mm、φ5mm）和SMD燈（表面貼裝LED）已演變成一種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品模式。但隨著芯片的發(fā)展及需要，開(kāi)拓出切合大功率的封裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)，為了利用自動(dòng)化組裝技術(shù)降低制造成本，大功率的SMD燈亦應(yīng)運(yùn)而生。而且，在可攜式消費(fèi)產(chǎn)品市場(chǎng)急速的帶動(dòng)下，大功率LED封裝體積設(shè)計(jì)也越小越薄以提供更闊的產(chǎn)品設(shè)計(jì)空間。

為了保持成品在封裝后的光亮度，新改良的大功率SMD器件內(nèi)加有杯形反射面，有助把全部的光線能一致地反射出封裝外以增加輸出。而蓋住LED上圓形的，用料上更改用以Silone封膠，代替以往在環(huán)氧樹(shù)脂（Epoxy），使封裝能保持一定的耐用性。

封裝工藝及方案

封裝之主要目的是為了確保半導(dǎo)體芯片和下層電路間之正確電氣和機(jī)械性的互相接續(xù)，及保護(hù)芯片不讓其受到機(jī)械、熱、潮濕及其它種種的外來(lái)沖擊。選擇封裝方法、材料和運(yùn)用機(jī)臺(tái)時(shí)，須考慮到LED磊晶的外形、電氣/機(jī)械特性和固晶精度等因素。因LED有其光學(xué)特性，封裝時(shí)也須考慮和確保其在光學(xué)特性上能夠滿足。

無(wú)論是垂直LED或SMD封裝，都必須選擇一部高精度的固晶機(jī)，因LED晶粒放入封裝的位置精準(zhǔn)與否是直接影響整件封裝器件發(fā)光效能。若晶粒在反射杯內(nèi)的位置有所偏差，光線未能完全反射出來(lái)，影響成品的光亮度。但若一部固晶機(jī)擁有先進(jìn)的預(yù)先圖像辨識(shí)系統(tǒng)（PR System），盡管品質(zhì)參差的引線框架，仍能精準(zhǔn)地焊接于反射杯內(nèi)預(yù)定之位置上。

一般低功率LED器件（如指示設(shè)備和手機(jī)鍵盤(pán)的照明）主要是以銀漿固晶，但由于銀漿本身不能抵受高溫，在提升亮度的同時(shí)，發(fā)熱現(xiàn)象也會(huì)產(chǎn)生，因而影響產(chǎn)品。要獲得高品質(zhì)高功率的LED,新的固晶工藝隨之而發(fā)展出來(lái)，其中一種就是利用共晶焊接技術(shù)，先將晶粒焊接于一散熱基板（soubmount）或熱沉（heat sink）上，然后把整件晶粒連散熱基板再焊接于封裝器件上，這樣就可增強(qiáng)器件散熱能力，令發(fā)相對(duì)地增加。至于基板材料方面，硅（Silicon）、銅（Copper）及陶瓷（Ceramic）等都是一般常用的散熱基板物料。

共晶焊接

技術(shù)最關(guān)鍵是共晶材料的選擇及焊接溫度的控制。新一代的InGaN高亮度LED,如采用共晶焊接，晶粒底部可以采用純錫（Sn）或金錫（Au-Sn）合金作接觸面鍍層，晶?？珊附佑阱冇薪鸹蜚y的基板上。當(dāng)基板被加熱至適合的共晶溫度時(shí)，金或銀元素滲透到金錫合金層，合金層成份的改變提高溶點(diǎn)，令共晶層固化并將LED緊固的焊于熱沉或基板上。

選擇共晶溫度視乎晶粒、基板及器件材料耐熱程度及往后SMT回焊制程時(shí)的溫度要求?？紤]共晶固晶機(jī)臺(tái)時(shí)，除高位置精度外，另一重要條件就是有靈活而且穩(wěn)定的溫度控制，加有氮?dú)饣蚧旌蠚怏w裝置，有助于在共晶過(guò)程中作防氧化保護(hù)。當(dāng)然和銀漿固晶一樣，要達(dá)至高精度的固晶，有賴于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋C(jī)械設(shè)計(jì)及高精度的馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，才能令焊頭運(yùn)動(dòng)和焊力控制恰到好處之余，亦無(wú)損高產(chǎn)能及高良品率的要求。

進(jìn)行共晶焊接工藝時(shí)亦可加入助焊劑，這技術(shù)最大的特點(diǎn)是無(wú)須額外附加焊力，故此不會(huì)因固晶焊力過(guò)大而令過(guò)多的共晶合金溢出，減低LED產(chǎn)生短路的機(jī)會(huì)。