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LED封装结构形式竟然有100多种

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-12-14  作者:彭万华  浏览次数:395
核心提示:LED封装技术的要素有三点:封装结构设计、选用合适封装材料和工艺水平,目前LED封装结构形式有100多种,主要的封装类型有Lamp系
LED封装技术的要素有三点:封装结构设计、选用合适封装材料和工艺水平,目前LED封装结构形式有100多种,主要的封装类型有Lamp系列40多种、SMD(chip LED和TOP LED)系列30多种、COB系列30多种、PLCC、大功率封装、光集成封装和模块化封装等,封装技术的发展要紧跟和满足LED应用产品发展的需要。


LED封装技术的基本内容


LED封装技术的基本要求是: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封装的出光效率一般可达80~90%。


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


②选用高激发效率、高显性的荧光粉,颗粒大小适当。


③装片基板(反射杯)要有高反射率,出光率高的光学设计外形。


④选用合适的封装工艺,特别是涂覆工艺。


(2)高光色性能


LED主要的光色技术参数有:高度、眩光、色温、显色性、色容差、光闪烁等。


显色指数CRI≥70(室外)、≥80(室外)、≥90(美术馆等)


色容差≤3 SDCM

≤5 SDCM(全寿命期间)


封装上要采用多基色组合来实现,重点改善LED辐射的光谱量分布SPD,向太阳光的光谱量分布靠近。要重视量子点荧光粉的开发和应用,来实现更好的光色质量。


(3)LED器件可靠性


LED可靠性包含在不同条件下LED器件性能变化及各种失效模式机理(LED封装材料退化、综合应力的影响等),这是主要提到可靠性的表征值—寿命,目前LED器件寿命一般为3~5小时,可达5~10万小时。


①选用合适的封装材料:结合力要大、应力小、匹配好、气密性好、耐温、耐湿(低吸水性)、抗紫外光等。


②封装散热材料:高导热率和高导电率的基板,高导热率、高导电率和高强度的固晶材料,应力要小。


③合适的封装工艺:装片、压焊、封装等结合力强,应力要小,结合要匹配。


LED光集成封装技术


LED光集成封装结构现有30多种类型,正逐步走向系统集成封装,是未来封装技术的发展方向。


(1)COB集成封装


COB集成封装现有MCOB、COMB、MOFB、MLCOB等30多种封装结构形式,COB封装技术日趋成熟,其优点是成本低。COB封装现占LED光源约40%左右市场,光效达160~178 lm/w,热阻可达2℃/w,COB封装是近期LED封装发展的趋势。


(2)LED晶园级封装


晶园级封装从外延做成LED器件只要一次划片,是LED照明光源需求的多系统集成封装形式,一般衬底采用硅材料,无需固晶和压焊,并点胶成型,形成系统集成封装,其优点是可靠性好、成本低,是封装技术发展方向之一。


(3)COF集成封装


COF集成封装是在柔性基板上大面积组装中功率LED芯片,它具有高导热、薄层柔性、成本低、出光均匀、高光效、可弯曲的面光源等优点,可提供线光源、面光源和三维光源的各种LED产品,也可满足LED现代照明、个性化照明要求,也可作为通用型的封装组件,市场前景看好。


(4)LED模块化集成封装


模块化集成封装一般指将LED芯片、驱动电源、控制部分(含IP地址)、零件等进行系统集成封装,统称为LED模块,具有节约材料、降低成本、可进行标准化生产、维护方便等很多优点,是LED封装技术发展的方向。


(5)覆晶封装技术


覆晶封装技术是由芯片、衬底、凸块形成了一个空间,这样封装出来的芯片具有体积小、性能高、连线短等优点,采用陶瓷基板、覆晶芯片、共晶工艺、直接压合等来达到高功率照明性能要求。用金锡合金将芯片压合在基板上,替代以往的银胶工艺,“直接压合”替代过去“回流焊”,具有优良的导电效果和导热面积。该封装技术是大功率LED封装的重要发展趋势。


(6)免封装芯片技术


免封装技术是一个技术的整合,采用倒装芯片,不用固晶胶、金线和支架是半导体封装技术70种工艺形成中的一种。PFC免封装芯片产品的光效可提升至200lm/w,发光角度大于300度的超广角全周光设计,不要使用二次光学透镜,将减少光效的耗损与降低成本,但要投入昂贵的设备。PFC新产品主打LED照明市场,特别是应用在蜡烛灯上,不仅可以模拟钨丝灯的造型,同时可以突破散热体积的限制。


(7)LED其他封装结构形式


①EMC封装结构:是嵌入式集成封装形式(Embedded LED Chip)不会直接看到LED光源。


②EMC封装技术:(Epoxy Molding Compound)以环氧塑封料为支架的封装技术,具有高耐热、高集成度、抗UV、体积小等优点,但气密性差些,现已批量生产。


③COG封装:(Chip On Glass)将LED芯片放在玻璃基板上进行封装。


④QFN封装技术:小间距显示屏象素单元小于或等于P.1时,所采用的封装形式,将替代PLCC结构,市场前景看好。


⑤3D封装技术:以三维立体形式进行封装的技术,正在研发中。


⑥功率框架封装技术:(Chip-in-frame Package)在小框架上封装功率LED芯片,产业化光效已达160~170 lm/w,可达200 lm/w以上。


LED封装材料


LED封装材料品种很多,而且正在不断发展,这里只简要介绍。


(1)封装材料:环氧树脂、环氧塑封料、硅胶、有机硅塑料等,技术上对折射率、内应力、结合力、气密性、耐高温、抗紫外线等有要求。


(2)固晶材料:


①固晶胶:树脂类和硅胶类,内部填充金属及陶瓷材料。


②共晶类:AuSn、SnAg/SnAgCu。


(3)基板材料:铜、铝等金属合金材料。


①陶瓷材料:Al2O3、AlN、SiC等。


②铝系陶瓷材料:称为第三代封装材料AlSiC、AlSi等。


③SCB基板材料:多层压模基板,散热好(导热率380w/m.k)、成本低。


④TES多晶质半导体陶瓷基板,传热速度快。


(4)散热材料:铜、铝等金属合金材料。


石墨烯复合材料,导热率200~1500w/m.k。


PCT高温特种工程塑料(聚对苯二甲酸1,4-环已烷二甲脂),加陶瓷纤,耐高温、低吸水性。


导热工程塑料:非绝缘型导热工程塑料,导热率14w/m.k。


绝缘型导热工程塑料,导热率8w/m.k。

 
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