LED封裝的100多種結(jié)構(gòu)形式區(qū)分方式
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(jī)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(qiáng)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(qiáng),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(jìn)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、維護(hù)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(jìn)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(jìn)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(jī)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;,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。
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