5050白光LED封裝的主要目的是實現(xiàn)LED芯片和外界電路的電氣互連與機械接觸,保護LED免受機械、熱、潮濕等外部沖擊,實現(xiàn)光學(xué)方面的要求,提高出光效率,滿足芯片散熱要求,提高其使用性能和可靠性。
LED封裝設(shè)計主要涉及光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和機械(結(jié)構(gòu))等方面,這些因素彼此相互獨立,又相互影響,其中光是LED封裝的目的,熱是關(guān)鍵,電和機械是手段,而性能是具體體現(xiàn)。
當(dāng)前高效率,大功率是LED的主要發(fā)展方向之一,各國及研究機構(gòu)均致力于高性能LED芯片的研究:表面粗化、倒金字塔結(jié)構(gòu)、透明襯底技術(shù)、優(yōu)化電極幾何形狀、分布布拉格反射層、激光襯底剝離技術(shù)、微結(jié)構(gòu)和光子晶體技術(shù)等。
大功率LED封裝由于結(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜,并直接影響到LED的使用性能和壽命,一直是近年來的研究熱點,特別是照明級大功率LED散熱封裝更是研究熱點中的熱點,很多大學(xué)、研究所和公司也都對LED封裝技術(shù)進行了研究并取得成果:大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu)和共晶焊接技術(shù)、thin.film技術(shù)、金屬基板和陶瓷基板技術(shù)、熒光粉保形涂層(conformalcoating)技術(shù)、光予散射萃取工藝(ScatteredPhotonExtractionmethod,SPE)、耐UV和日光輻射及抗潮的封裝樹脂研究、光學(xué)優(yōu)化設(shè)計等。
隨著大功率LED芯片性能的迅速提高,功率型LED的封裝技術(shù)不斷改進以適應(yīng)形勢的發(fā)展,:從開始的引線框架式封裝到多芯片陣列組裝,再到如今的3D陣列式封裝,其輸入功率不斷提高,而封裝熱阻顯著降低。為了推動LED在普通照明領(lǐng)域的發(fā)展,迸一步改善LED封裝的熱管理將是關(guān)鍵之一,另外芯片設(shè)計制造與封裝工藝的有機融合也非常有利于產(chǎn)品性價比的提升;隨著表面貼裝技術(shù)(SMT)在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用,采用透明型封裝材料和功率型MOSFET封裝平臺將是LED封裝發(fā)展的一個方向,功能集成(比如驅(qū)動電路)也將進一步的推動LED封裝技術(shù)的發(fā)展。應(yīng)用于其它學(xué)科中的技術(shù)也可能在未來LED照明光源的封裝中找到舞臺,如新興的流體自組裝(FluidicSelf-Assembly,F(xiàn)SA)技術(shù)等。
為了進一步提高單個元件的光通量并降低封裝成本,近年來多芯片封裝技術(shù)獲得了很大的發(fā)展。把半導(dǎo)體封裝工藝中的SiP/CoB(SysteminPackaging/ChiponBoard,系統(tǒng)封裝/板上芯片)技術(shù)運用到LED芯片的封裝上,即直接將LED芯片封裝在散熱基板上,可使大功率LED器件穩(wěn)定且可靠的工作,又能做到封裝結(jié)構(gòu)簡單緊湊。如何讓LED保持長時間的持續(xù)可靠工作是目前大功率LED器件封裝和系統(tǒng)封裝的關(guān)鍵技術(shù)。
隨著芯片技術(shù)的日益成熟;單個LED芯片的輸入功率可以進一步提高到3W、5W甚至更高,芯片本身承受的電流密度以及熱流密度急劇提高,因此防止LED的熱量累積變得越來越重要。如果不能有效的耗散這些熱量,隨之而來的熱效應(yīng)將嚴(yán)重影響到整個LED發(fā)光器件的可靠性以及壽命;若多個大功率LED芯片密集排列構(gòu)成白光照明系統(tǒng),熱量的耗散問題更為嚴(yán)重,如何提高封裝散熱能力是現(xiàn)階段照明級大功率LED函待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
在封裝過程中LED芯片、金線、封裝樹脂、透鏡、以及芯片熱沉等各個環(huán)節(jié),散熱問題都必須很好地重視。其突破點就是芯片襯底的結(jié)構(gòu)、材料以及外部集成的冷卻模塊技術(shù)。摸索合適的結(jié)構(gòu)和材料、制備工藝和參數(shù)來設(shè)計和制備低接口熱阻、高散熱性能及低機械應(yīng)力的封裝結(jié)構(gòu)對于未來大功率LED封裝的散熱性能的提高和發(fā)展具有非?,F(xiàn)實的意義。