2.5 大功率LED封装技术

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1、2.5 大功率大功率LED封装技术封装技术 内容内容l一、引言一、引言l二、二、L型电极的大功率型电极的大功率LED芯片的封装芯片的封装l三、三、V型电极的大功率型电极的大功率LED芯片的封装芯片的封装l四、四、V型电极的型电极的LED芯片倒装封装芯片倒装封装l五、集成五、集成LED的封装的封装l六、大功率六、大功率LED封装的注意事项封装的注意事项l七、大功率七、大功率LED产品实例产品实例一、引言一、引言LED发展方向同发展方向同LED芯片的发展方向：芯片的发展方向：l大功率大功率l高效率高效率大功率大功率LED封装关键技术封装关键技术 二、二、L型电极的大功率型电极的大功率LED芯片的封

2、装芯片的封装共晶焊接概念共晶焊接概念l美国美国GREE公司的公司的1W大功率芯片（大功率芯片（L型电极），型电极），它的上下各有一个电极。其碳化硅（它的上下各有一个电极。其碳化硅（SiC）衬）衬底的底层首先镀一层金属，如金锡合金（一般底的底层首先镀一层金属，如金锡合金（一般做芯片的厂家已镀好），然后在热沉上也同样做芯片的厂家已镀好），然后在热沉上也同样镀一层金锡合金。将镀一层金锡合金。将LED芯片底座上的金属和芯片底座上的金属和热沉上的金属熔合在一起热沉上的金属熔合在一起 ，共晶焊接。，共晶焊接。共晶焊接封装注意事项共晶焊接封装注意事项l力学：一定要注意当力学：一定要注意当LED芯片与热沉一起

3、加热芯片与热沉一起加热时，二者接触要好，最好二者之间加有一定压时，二者接触要好，最好二者之间加有一定压力，而且二者接触面一定要受力均匀，两面平力，而且二者接触面一定要受力均匀，两面平衡。衡。l材料学：控制好金和锡的比例，这样焊接效果材料学：控制好金和锡的比例，这样焊接效果才好。才好。l电学：热沉也成为一个电极，接热沉与散热片电学：热沉也成为一个电极，接热沉与散热片时要注意导热同时要绝缘。时要注意导热同时要绝缘。共晶点概念共晶点概念 加热温度也称为共晶点。温度的多少要根据金加热温度也称为共晶点。温度的多少要根据金和锡的比例来定：和锡的比例来定：lAuSn（金（金80%，锡，锡20%）：共晶点为）

4、：共晶点为282，加热时间控制在几秒钟之内。加热时间控制在几秒钟之内。lAuSn（金（金10%，锡，锡90%）：共晶点为）：共晶点为217，加热时间控制在几秒钟之内。加热时间控制在几秒钟之内。lAgSn（银（银3.5%，锡，锡96.5%）：共晶点为）：共晶点为232，加热时间控制在几秒钟之内。，加热时间控制在几秒钟之内。三、三、V型电极的大功率型电极的大功率LED芯片的封装芯片的封装V型电极的特点型电极的特点l电学：其中两个电极的电学：其中两个电极的p极和极和n极都在同一面，极都在同一面，这种这种LED芯片的衬底通常是绝缘体（如芯片的衬底通常是绝缘体（如Al2O3蓝宝石）蓝宝石）l光学：而且在

5、绝缘体的底层外壳上一般镀有一光学：而且在绝缘体的底层外壳上一般镀有一层光反射层，可以使衬底的光反射回来，从而层光反射层，可以使衬底的光反射回来，从而让光线从正面射出，以提高光效。让光线从正面射出，以提高光效。 V型电极型电极LED封装注意事项封装注意事项l机械：这种封装应在绝缘体下表面用一种导热机械：这种封装应在绝缘体下表面用一种导热（绝缘）胶把（绝缘）胶把LED芯片与热沉粘合。芯片与热沉粘合。l电学：上面把两个电极用金丝焊出。特别要注电学：上面把两个电极用金丝焊出。特别要注意大功率意大功率LED通过的电流大，通过的电流大，1W LED的电流的电流一般为一般为350mA，所以要用粗金丝。不过有

6、时粗，所以要用粗金丝。不过有时粗金丝不适用于焊线机，也可以并联焊两根金丝，金丝不适用于焊线机，也可以并联焊两根金丝，这样使每根金丝通过的电流减少。这样使每根金丝通过的电流减少。V型电极型电极LED封装注意事项封装注意事项l热学：这种芯片的烘干温度是热学：这种芯片的烘干温度是100150，时，时间一般是间一般是6090分钟。分钟。 l光学：发热量比较大，可以在光学：发热量比较大，可以在LED芯片上盖一芯片上盖一层层硅凝胶硅凝胶，而不可用环氧树脂。这样做一方面，而不可用环氧树脂。这样做一方面可防止金丝热胀冷缩与环氧树脂不一致而被拉可防止金丝热胀冷缩与环氧树脂不一致而被拉断；另一方面防止因温度高而使

7、环氧树脂变黄断；另一方面防止因温度高而使环氧树脂变黄变污，结果透光性能不好。所以在制作白光变污，结果透光性能不好。所以在制作白光LED时应用硅凝胶调和荧光粉。如果时应用硅凝胶调和荧光粉。如果LED芯片芯片底层已镀上金锡合金，也可用第一种办法来做底层已镀上金锡合金，也可用第一种办法来做。 四、四、V型电极的型电极的LED芯片倒装封装芯片倒装封装传统正装的传统正装的LED传统正装的传统正装的LED问题问题芯片结构芯片结构l透明电极层：不可缺少，因为透明电极层：不可缺少，因为p型型GaN掺杂掺杂困难困难 。太薄影响扩散电流，太厚对光的吸。太薄影响扩散电流，太厚对光的吸收多，金属透明电极要吸收收多，金

8、属透明电极要吸收30%40%的光。的光。l衬底：导热系统为衬底：导热系统为35W/(mK)蓝宝石蓝宝石l电极和引线：挡住部分光线出光。电极和引线：挡住部分光线出光。 结论：这种结构光学特性、热学性能都不是最优的。结论：这种结构光学特性、热学性能都不是最优的。 问题的解决问题的解决倒装芯片倒装芯片 美国美国Lumileds Lighting 公司发明了公司发明了Flipchip（倒装芯片）技术（倒装芯片）技术 蓝宝石透过率蓝宝石透过率倒装芯片封装方法简介倒装芯片封装方法简介l芯片：制备具有适合共晶焊接的大尺寸芯片：制备具有适合共晶焊接的大尺寸LED芯片芯片l底板：制备相应尺寸的硅底板，并在其上制

9、底板：制备相应尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层l两者连接：利用共晶焊接设备将大尺寸两者连接：利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与硅底板焊在一起。芯片与硅底板焊在一起。 上游中游产业合作上游中游产业合作l生产芯片的厂家：市场上大多数产品已经倒装生产芯片的厂家：市场上大多数产品已经倒装焊接好的，并装上防静电保护二极管。焊接好的，并装上防静电保护二极管。l封装厂家：将硅底板与热沉用导热胶粘在一起，封装厂家：将硅底板与热沉用导热胶粘在一起，两个电极分别用一根两个电极分别用一根3mil金丝或两根金丝或两根1mil金丝。金丝。倒装芯片封装考虑

10、的问题倒装芯片封装考虑的问题 l电学：由于电学：由于LED是是W级芯片，那么应该采用直级芯片，那么应该采用直径多大的金丝才合适？径多大的金丝才合适？l热学：怎样把倒装好的芯片固定在热沉上，是热学：怎样把倒装好的芯片固定在热沉上，是用导热胶还是用共晶焊接？用导热胶还是用共晶焊接？l光学：考虑在热沉上制作一个聚光杯，把芯片光学：考虑在热沉上制作一个聚光杯，把芯片发出的光能聚集成光束。发出的光能聚集成光束。市场上常用的两种倒装法市场上常用的两种倒装法 分类依据：底板的不同分类依据：底板的不同l硅底板倒装法硅底板倒装法 l陶瓷底板倒装法陶瓷底板倒装法 （步骤同上，只是将底板换（步骤同上，只是将底板换为

11、陶瓷的。即芯片，底板，连接）为陶瓷的。即芯片，底板，连接）五、集成LED的封装集成集成LED的封装思想的封装思想获得大功率的方法获得大功率的方法l单个大功率芯片封装单个大功率芯片封装l多个小功率芯片封装、多个大功率芯片封装多个小功率芯片封装、多个大功率芯片封装（食人鱼（食人鱼LED是一种）是一种）集成集成l多个封装好的多个封装好的LED再组合再组合亚克力亚克力l亚克力亚克力Acrylic(丙烯酸的丙烯酸的) ：就是有机玻璃，：就是有机玻璃，聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 ，透明度是所有塑料中最，透明度是所有塑料中最高的。高的。 l亚克力是继陶瓷之后能够制造卫生洁具的最好亚克力是继陶瓷之后能够

12、制造卫生洁具的最好的新型材料。的新型材料。l作为一种特殊的有机玻璃，亚克力还可以用于作为一种特殊的有机玻璃，亚克力还可以用于飞机挡风玻璃并在恶劣环境下使用几十年。飞机挡风玻璃并在恶劣环境下使用几十年。 亚克力盒亚克力盒亚克力餐桌亚克力餐桌亚克力标牌亚克力标牌l选择芯片：等效电阻相近。选择芯片：等效电阻相近。l机械：在排列芯片时，要让每个机械：在排列芯片时，要让每个LED芯片之间芯片之间有一定的间隙。有一定的间隙。 l力学：固定住芯片推力不小于力学：固定住芯片推力不小于100g（不大于（不大于100g？）（？）（100g作用的力作用在作用的力作用在1mm正方形正方形上的压强？）。上的压强？）。

13、l电学：芯片串、并连接，金丝电极保持排列整电学：芯片串、并连接，金丝电极保持排列整齐，有弧度，无交叉。齐，有弧度，无交叉。多芯片集成大功率多芯片集成大功率LED 工艺注意事项工艺注意事项多芯片集成大功率多芯片集成大功率LED 工艺注意事项工艺注意事项l光学：保持固晶下面的热沉面光洁，让光线能光学：保持固晶下面的热沉面光洁，让光线能从底座反射回来，从而增加出光。因此在铝基从底座反射回来，从而增加出光。因此在铝基板上挖开的槽要光滑，这样有利于出光。板上挖开的槽要光滑，这样有利于出光。 l机械：铝基板挖槽的大小和深度，要根据芯片机械：铝基板挖槽的大小和深度，要根据芯片的多少和出光角度的大小来确定。的

14、多少和出光角度的大小来确定。 多芯片集成大功率多芯片集成大功率LED 工艺注意事项工艺注意事项l工序：在固晶和焊线后，要按满电流工序：在固晶和焊线后，要按满电流20mA点点亮一个小时，合格后才能进行点荧光粉和灌胶。亮一个小时，合格后才能进行点荧光粉和灌胶。封装好后，还要进行几个小时的老化，然后进封装好后，还要进行几个小时的老化，然后进行测试和分选。行测试和分选。 集成的思想集成的思想l根据根据LED技术的发展，大功率的光源必须由多技术的发展，大功率的光源必须由多个芯片集成组合，所以多个芯片集成为大功率个芯片集成组合，所以多个芯片集成为大功率LED光源的技术和工艺必将不断发展。光源的技术和工艺必

15、将不断发展。 l类推：类推：LD（Laser Diode）的封装也是这种集）的封装也是这种集成的思想成的思想六、大功率六、大功率LED封装的注意事项封装的注意事项整体考虑整体考虑l根据根据LED芯片来选用封装的方式和相应的材芯片来选用封装的方式和相应的材料料 。lLED芯片已倒装好，就必须采用倒装的办法来封芯片已倒装好，就必须采用倒装的办法来封装装 。l如果是多个芯片集成的封装如果是多个芯片集成的封装 ，按介绍方法进行。，按介绍方法进行。整体考虑整体考虑l工作人员应该在原有设计的基础上进行实际操工作人员应该在原有设计的基础上进行实际操作。作。l制作出样品进行测试，然后根据测试的结果进制作出样品

16、进行测试，然后根据测试的结果进行分析。行分析。l这样经过反复试验得出最佳效果。这样经过反复试验得出最佳效果。l最后才能确定封装方案。最后才能确定封装方案。 热沉材料的选择热沉材料的选择l经济的角度经济的角度l制造工艺的角度考虑制造工艺的角度考虑l铜和铝都是最好的热沉材料。铜和铝都是最好的热沉材料。 铜、铝及其合金的导热系数铜、铝及其合金的导热系数 热沉的其它材料热沉的其它材料l选择银或在铜上镀一层银，这样的导热效果更选择银或在铜上镀一层银，这样的导热效果更好。好。l导热的陶瓷、碳化硅也都可以用做热沉，而且导热的陶瓷、碳化硅也都可以用做热沉，而且效果也很好。效果也很好。 电极金丝和封装胶电极金丝

17、和封装胶l由于大功率由于大功率LED在通电后会产生较大的热量，在通电后会产生较大的热量，并且如果用于封装的胶和金丝的膨胀系数不一并且如果用于封装的胶和金丝的膨胀系数不一样，那么膨胀时就会使金丝拉断或造成焊点接样，那么膨胀时就会使金丝拉断或造成焊点接触电阻较大，从而影响了发光器件的质量。触电阻较大，从而影响了发光器件的质量。l特别应注意的是，封装胶会因温度过高而出现特别应注意的是，封装胶会因温度过高而出现胶体变黄，因此降低了透光度并影响光的输出。胶体变黄，因此降低了透光度并影响光的输出。 应用大功率应用大功率LED安装散热片安装散热片安装散热片安装散热片七、大功率LED产品实例大功率大功率LED产品参数产品参数l功率：功率：100Wl电压：电压：34.0-36.0Vl电流：电流：3200mAl色温：色温：5500-6500Kl发散全角发散全角FWHM：120degl光通量：光通量：5000-6000lm色温色温色温色温