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火狐体育投注靠谱不:LED封装技能(超全面很完好)
2021-08-25 16:14:52 | 来源:火狐体育靠谱吗 作者:火狐体育投注靠谱不

  LED照明技能 陕西科技大学 电气与信息工程学院 王进军 第六章 LED封装技能 6.1 概述 6.2 LED的封装办法 6.3 LED封装工艺 6.4 功率型LED封装要害技能 6.5 荧光粉溶液涂改技能 6.6 封胶胶体规划 6.7 散热规划 §6.1 概述 一、封装的必要性 LED芯片仅仅一块很小的固体,它的两个电极要在显 微镜下才干看见,参加电流之后他才会发光。 在制造工艺上,除了要对LED芯片的两个电极进行焊 接,然后引出正极、负极之外,一起还需求对LED芯片和 两个电极进行维护。 §6.1 概述 二、封装的效果 研制低热阻、优异光学特性、高牢靠的封装技能是新 型LED走向有用、走向市场的产业化必经之路. LED技能大都是在半导体别离器材封装技能基础上发 展与演化而来的。 将一般二极管的管芯密封在封装体内,起效果是维护 芯片和完结电气互连。 §6.1 概述 二、封装的效果 对LED的封装则是: ? 完结输入电信号、 ? 维护芯片正常作业、 ? 输出可见光的功用, 其间既有电参数又有光参数的规划及技能要求。 §6.1 概述 三、LED封装的办法的挑选 LED pn结区宣布的光子对错定向的,即向各个方向发 射有相同的几率,因而并不是芯片发生的一切光都能够发 射出来。 能发射多少光,取决于半导体资料的质量、芯片结构 、几许形状、封装内部资料与包装资料。 因而,对LED封装,要依据LED芯片的巨细、功率大 小来挑选适宜的封装办法。 §6.2 LED的封装办法 常用的LED芯片封装办法包含: ? 引脚式封装 ? 平面式封装 ? 表贴封装 ? 食人鱼封装 ? 功率型封装 §6.2 LED的封装办法 一、LED封装的开展进程 §6.2 LED的封装办法 二、小功率LED封装 惯例小功率LED的封装办法首要有: ? 引脚式封装; ? 平面式封装; ? 外表贴装式SMD LED; ? 食人鱼Piranha LED; §6.2 LED的封装办法 1. 引脚式封装 (1)引脚式封装结构 LED引脚式封装选用引线架作为各种封装外型的引脚 ,常见的是直径为5mm的圆柱型(简称Φ 5mm)封装。 §6.2 LED的封装办法 1、引脚式封装 (2)引脚式封装进程(Φ5mm引脚式封装) ① 将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上( 一般称为支架); ② 芯片的正极用金属丝键合连到另一引线架上; ③ 负极用银浆粘结在支架反射杯内或用金丝和反射杯引脚 相连; §6.2 LED的封装办法 1、引脚式封装 (3)引脚式封装原理 ④ 然后顶部用环氧树脂包封,做成直径5mm的圆形外形 反射杯的效果是搜集管芯旁边面、界面宣布的光,向 希望的方向角内发射。 §6.2 LED的封装办法 1、引脚式封装 (3)引脚式封装原理 顶部包封的环氧树脂做成必定形状,有这样几种效果 : ① 维护管芯等不受外界腐蚀; ② 选用不同的形状和资料性质(掺或不掺散色剂)起透镜 或漫射透镜功用,操控光的发散角。 §6.2 LED的封装办法 2、平面式封装 (1)原理 平面式封装LED器材是由多个LED芯片组合而成的结 构型器材。 经过LED的恰当联接(包含串联和并联)和适宜的光 学结构,可构成发光显示器的发光段和发光点,然后由这 些发光段和发光点组成各种发光显示器,如数码管、“米 ”字管、矩阵管等。 §6.2 LED的封装办法 2、平面式封装 (2)结构 §6.2 LED的封装办法 3、表贴式封装 外表贴片LED(SMD)是一种新式的外表贴装式半导 体发光器材,具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可 靠性高级长处。 其发光色彩可所以白光在内的各种色彩,能够满意表 面贴装结构的各种电子产品的需求,特别是手机、笔记本 电脑。 §6.2 LED的封装办法 3、表贴式封装 §6.2 LED的封装办法 4、食人鱼式封装 (1)结构 §6.2 LED的封装办法 4、食人鱼式封装 (2)长处 为什么把着这种LED称为食人鱼,因为它的形状很像 亚马孙河中的食人鱼Piranha 。 食人鱼LED产品有许多长处,因为食人鱼LED所用的 支架是铜制的,面积较大,因而传热和散热快。 LED点亮后, pn结发生的热量很快就能够由支架的四 个支脚导出到PCB的铜带上。 §6.2 LED的封装办法 4、食人鱼式封装 (2)长处 食人鱼LED比φ 3mm、φ 5mm引脚式的管子传热快,从 而能够延伸器材的运用寿数。 一般状况下,食人鱼LED的热阻会比φ 3mm、φ 5mm管 子的热阻小一半,所以很受用户的欢迎。 §6.2 LED的封装办法 三、功率型封装 功率型LED是未来半导体照明的中心,大功率LED有 ? 大的耗散功率, ? 大的发热量, ? 以及较高的出光功率, ? 长寿数。 §6.2 LED的封装办法 三、功率型封装 大功率LED的封装不能简略地套用传统的小功率LED 的封装,有必要在: ? 封装结构规划; ? 选用资料; ? 选用设备 等方面重新考虑,研讨新的封装办法。 §6.2 LED的封装办法 三、功率型封装 现在功率型LED首要有以下6种封装办法: 1. 沿用引脚式 LED封装思路的大尺度环氧树脂封装 §6.2 LED的封装办法 三、功率型封装 2. 仿食人鱼式环氧树脂封装 §6.2 LED的封装办法 三、功率型封装 3. 铝基板(MCPCB)式封装 §6.2 LED的封装办法 三、功率型封装 4. 学习大功率三极管思路的TO封装 §6.2 LED的封装办法 三、功率型封装 5. 功率型SMD封装 §6.2 LED的封装办法 三、功率型封装 6. L公司的Lxx封装 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 五大物料 晶片 支架 銀膠 金線 環氧樹脂 銲線 封膠 切腳 測試 固晶 五大製程 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 1. 首要工艺 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 1. 首要工艺 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (1)芯片查验 用显微镜查看资料外表 ? 是否有机械损害及麻点; ? 芯片尺度及电极巨细是否契合工艺要求; ? 电极图画是否完好。 §6.3 LED封装工艺 (2)扩片 因为 LED 芯片在划片后仍然摆放严密距离很小(约 0.1mm),晦气于后工序的操作。 选用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张,使LED芯片的 距离拉伸到约0.6mm。 也能够选用手艺扩张,但很简略构成芯片坠落糟蹋等 不良问题。 §6.3 LED封装工艺 2. 首要工艺阐明 (3)点胶 在LED支架的相应方位点上银胶或绝缘胶。 ? 关于GaAs、SiC导电衬底,具有反面电极的红光、黄光、 黄绿芯片,选用银胶。 ? 关于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片,选用绝缘胶 来固定芯片。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (3)点胶 工艺难点在于点胶量的操控,在胶体高度、点胶方位 均有具体的工艺要求。 因为银胶和绝缘胶在储存和运用均有严厉的要求,银 胶的醒料、拌和、运用时刻都是工艺上有必要留意的事项。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (4) 备胶 和点胶相反,备胶是用备胶机先把银胶涂在LED反面 电极上,然后把背部带银胶的LED设备在LED支架上。 备胶的功率远高于点胶,但不是一切产品均适用备胶 工艺。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (5)手艺刺片 将扩张后LED芯片(备胶或未备胶)安顿在刺片台的 夹具上,LED支架放在夹具底下,在显微镜下用针将LED 芯片一个一个刺到相应的方位上。 手艺刺片和主动装架比较有一个优点,便于随时替换 不同的芯片,适用于需求设备多种芯片的产品。 §6.3 LED封装工艺 2. 首要工艺阐明 (6)主动装架 主动装架其实是结合了沾胶(点胶)和设备芯片两大 进程: ? 先在LED支架上点上银胶(绝缘胶), ? 然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动方位, ? 再安顿在相应的支架方位上。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (6) 主动装架 主动装架在工艺上首要要了解设备操作编程,一起对 设备的沾胶及设备精度进行调整。 在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴,防止对LED芯片 外表的损害,特别是兰、绿色芯片有必要用胶木的。因为钢 嘴会划伤芯片外表的电流涣散层。 §6.3 LED封装工艺 2. 首要工艺阐明 (7)烧结 烧结的意图是使银胶固化,烧结要求对温度进行监控 ,防止批次性不良。 银胶烧结的温度一般操控在150℃,烧结时刻2小时。 依据实践状况能够调整到170℃,1小时。 绝缘胶一般150℃,1小时。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (7)烧结 银胶烧结烘箱的有必要按工艺要求隔2小时(或1小时) 翻开替换烧结的产品,中心不得随意翻开。 烧结烘箱不得再其他用处,防止污染。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (8)压焊 压焊的意图将电极引到LED芯片上,完结产品内外引 线的联接作业。 LED的压焊工艺有两种: ? 金丝球焊 ? 铝丝压焊 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (8)压焊 1)铝丝压焊进程: ? 先在LED芯片电极上压上榜首点, ? 再将铝丝拉到相应的支架上方,压上第二点后扯断铝丝。 2)金丝球焊进程: 在压榜首点前先烧个球,其他进程类似。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (8)压焊 压焊是LED封装技能中的要害环节,工艺上首要需求 监控的是压焊金丝(铝丝)拱丝形状,焊点形状,拉力。 对压焊工艺的深入研讨涉及到多方面的问题,如金( 铝)丝资料、超声功率、压焊压力、劈刀(钢嘴)选用、 劈刀(钢嘴)运动轨道等等。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (9)点胶封装 :TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (9)点胶封装 点胶封装根本上工艺操控的难点是气泡、多缺料、黑 点。 规划上首要是对资料的选型,选用结合杰出的环氧和 支架。(一般的LED无法经过气密性试验) §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (9)点胶封装 手动点胶封装对操作水平要求很高(特别是白光LED ),首要难点是对点胶量的操控,因为环氧在运用进程中 会变稠。 白光LED的点胶还存在荧光粉沉积导致出光色差的问 题。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (10)灌胶封装 Lamp-LED的封装选用灌封的办法,灌封的进程是: ? 先在LED成型模腔内注入液态环氧, ? 然后刺进压焊好的LED支架,放入烘箱让环氧固化后, ? 将LED从模腔中脱出即成型。 §6.3 LED封装工艺 2. 首要工艺阐明 (11)模压封装 ① 将压焊好的LED支架放入模具中, ② 将上下两副模具用液压机合模并抽真空, ③ 将固态环氧放入注胶道的进口加热, ④ 用液压顶杆压入模具胶道中, ⑤ 环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (12)固化与后固化 固化是指封装环氧的固化,一般环氧固化条件在 135℃,1小时。 模压封装一般在150℃,4分钟。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (12)固化与后固化 后固化是为了让环氧充沛固化,一起对LED进行热老 化。 后固化关于进步环氧与支架(PCB)的粘接强度十分 重要。 一般条件为120℃,4小时。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (13)切筋和划片 因为LED在出产中是连在一起的(不是单个),Lamp 封装LED选用切筋堵截LED支架的连筋。 SMD-LED则是在一片PCB板上,需求划片机来完结分 离作业。 §6.3 LED封装工艺 一、引脚式封装工艺 2. 首要工艺阐明 (14)测验 测验LED的光电参数、查验外形尺度,一起依据客户 要求对LED产品进行分选。 (15)包装 将制品进行计数包装。超高亮LED需求防静电包装。 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (1)金相显微镜 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (2)晶片扩张机 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (3)点胶机 §6.3 LED封装工艺 (3)点胶机 点胶机和固晶机相同,精度要求高,这样才干有用的 操控胶量。 胶量假如太多,芯片贴上去后就简略让剩余的胶揉捏 出,阻挠和吸收的芯片周围的发光,而且对反射杯壁发射 出的光吸收,影响了光亮度; 假如胶量太少,特别是进入焊线的工序时,使得芯片 从杯底掉落,就会引起死灯、漏电等等而构成次品。 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (4)背胶机 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (5)固晶机 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (5)固晶机 LED的晶粒放入封装方位的准确与否影响整件封装器 件的发光效能,若晶粒在反射杯内的方位有所误差,光线 未能彻底发射出来,影响制品的光亮度。 因而,固晶机有必要挑选高精度的固晶机,最好是具有 先进的预先图象识别体系。 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (6)焊线)焊线焊的功率,温度,压 力;以及超声波的温度,功率。 让这些参数能够让金线g的拉力。 这样才不会让今后的烘烤工序因为物质的膨胀系数不 同而导致金线)灌胶机 §6.3 LED封装工艺 (7)灌胶机 灌胶机的针头有必要都是坚持在同一水平的方位,而且 漏胶的通道不能有剩余,而且密封的很好,针头也有必要隔 段时刻进行整理。 因为封装后所构成的是由环氧树脂构成的一层光学“ 透镜”,假使这层透镜中混有杂质就会使得出光功率欠好 ,而且光斑中也会有黑点。 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (8)烤箱 §6.3 LED封装工艺 (8)烤箱 烤箱有必要是循环风,而且烤箱的隔层的托盘有必要是保 持水平的。 在做白光LED的时分,点好的荧光粉有必要要在烤箱内 烤干,可是假如不是循环风和隔层的托盘,烤出的荧光粉 散布不均匀,构成光斑的不均匀,还有或许构成荧光粉的 溢出。 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (9)液压机 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (10)切脚机 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (11)测验机 §6.3 LED封装工艺 3. 封装设备 (12)分光分色机 §6.3 LED封装工艺 二、SMD LED封装工艺 §6.3 LED封装工艺 二、SMD LED封装工艺 §6.3 LED封装工艺 三、Display LED封装工艺 §6.3 LED封装工艺 三、Display LED封装工艺 §6.3 LED封装工艺 四、食人鱼LED封装工艺 1. 选定食人鱼LED的支架 依据每一个食人鱼管子要放几个LED芯片,需求确认 食人鱼支架中冲凹下去的碗的形状巨细及深浅。 §6.3 LED封装工艺 四、食人鱼LED封装工艺 2. 清洗支架 3. 将LED芯片固定在支架碗中 4. 经烘干后把LED芯片南北极焊好 5. 依据芯片的多少和出光视点的巨细,选用相应的模粒。 食人鱼LED封装模粒的形状是多种多样的,有Φ 3mm圆 头和Φ 5mm圆头,也有凹型形状和平头形状,依据出光角 度的要求可挑选相应的封装模粒。 §6.3 LED封装工艺 四、食人鱼LED封装工艺 6. 在模粒中灌满胶,把焊好LED芯片的食人鱼支架对准模粒 倒插在模粒中。 7. 待胶干后(用烘箱烘干),脱模即可 8. 然后放到切筋模上把它切下来 9. 接着进行测验和分选。 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 1、L型电极的大功率LED芯片的封装 美国GREE公司的1W大功率芯片(L型电极)封装结 构中上下各有一个电极。 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 1、L型电极的大功率LED芯片封装 ① 首要在SiC衬底镀一层金锡合金(一般做芯片的厂家已 镀好), ② 然后在热沉上相同也镀一层金锡合金, ③ 将LED芯片底座上的金属和热沉上的金属熔合在一起, 称为共晶焊接。 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 1、L型电极的大功率LED芯片的封装 这种封装办法,必定要留意当LED芯片与热沉在一起 加热时,二者要触摸好,最好二者之间加有必定压力,而 且二者触摸面受力均匀,双面平衡。 操控好金和锡的份额,这样焊接效果才好,这种办法 做出来的LED的热阻较小、散热较好、光效较好。 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 1、L型电极的大功率LED芯片的封装 这种封装办法上下双面输入电流,假如与热沉相连的 一极是与热沉直接导电的,则热沉也成为一个电极。 运用这种LED要测验热沉是否与其触摸的一极是零电 阻,若为零则是连通的。 因而联接热沉与散热片时要留意绝缘,而且要运用导 热胶把热沉与散热片粘连好。 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 2、V型电极的大功率LED芯片的封装 两个电极的p极和n极都在同一面 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 2、V型电极的大功率LED芯片的封装 对V型电极的大功率LED芯片的衬底一般是绝缘体(如 蓝宝石)。 而且在绝缘体的底层外壳上一般镀有一层光反射层, 能够使射到衬底的光反射回来,然后让光线从正面射出, 以进步光效。 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 2、V型电极的大功率LED芯片的封装 这种封装应在绝缘体的下外表用一种(绝缘)胶把 LED芯片与热沉粘合,上面把两个电极用金丝焊出。 在封装V型电极大功率LED芯片时,因为点亮时发热 量比较大,能够在LED芯片上涂一层硅凝胶,而不行用环 氧树脂,这样: §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 2、V型电极的大功率LED芯片的封装 一方面可防止金丝热膨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环氧树脂变黄变污,成果 透光功用欠好。 所以在制造V型电极大功率LED时运用硅凝胶谐和荧 光粉。 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 3、V型电极的大功率LED芯片倒装封装 (1)理论基础 光线由一种介质进入另一种介质时,入射光一部分被 折射,另一部分被反射。 若光线)射向光疏介质(折射 率n2),当入射角(i1) 大于全反射临界角(ic)时,折 射光线消失,光线 LED封装工艺 五、功率型封装 3、V型电极的大功率LED芯片倒装封装 (1)理论基础 ic=Sin-1n2/n1 n2 < n1,若n2与n1的数值相差越大,则全反射临界 角(ic)越小,光线越简略发生全反射现象。 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 3、V型电极的大功率LED芯片倒装封装 (2)正装的LED芯片 GaN类正装芯片封装的LED的出光通道折射率改动为: 有源层(n=2.4)→环氧树脂(n=1.5)→空气(n=1)。 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 3、V型电极的大功率LED芯片倒装封装 (2)倒装的LED芯片 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 3、V型电极的大功率LED芯片倒装封装 (2)倒装的LED芯片 GaN类倒装芯片封装的LED的出光通道折射率改动为 :有源层(n=2.4)→蓝宝石(n=1.8)→环氧树脂( n=1.5)→空气(n=1); 选用倒装芯片封装的LED的出光功率比正装芯片要高。 §6.3 LED封装工艺 五、大功率封装 4、集成LED芯片封装 §6.3 LED封装工艺 五、功率型封装 4、集成LED芯片封装 运用单层或双层铝基板作为热沉,把单个芯片或多个 芯片用固晶胶直接固定在铝基板(或同基板)上,LED芯 片的p和n两个电极则键合在铝基板表层的薄铜板上。 依据所需功率的巨细确认底座上摆放LED芯片的数目, 可组合封装成1W、2W、3W等高亮度的大功率LED。 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 1. 预期预备 (1)芯片查验: 用显微镜查看资料外表: ? 是否有机械损害及麻点、 ? 芯片尺度及电极巨细是否契合工艺要求 ? 电极图画是否完好。 §6.3 LED封装工艺 1. 预期预备 (2)扩片: 因为LED芯片在划片后仍然摆放严密距离很小(约0. 1mm,晦气于后工序操作,选用扩片机对勃结芯片的膜进 行扩张,使LED芯片与芯片的距离拉伸到约0. 6mm。也可 以选用手艺扩张。 (3)清洗: 选用超声波清洗LED支架,并烘干。 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (1)点胶:将胶体点在支架杯体里,有必要 ? 要点在杯体的正中心, ? 而且胶量要恰当, ? 胶量依据芯片的面积的巨细来规则,其规范为芯片面积的 2/3。 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (1)点胶 胶体在这里是起个粘合剂的效果,也便是将芯片固定 在支架内。 因为蓝色的高亮度芯片是双电极的,咱们就用绝缘胶 来固定。 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (2)贴片: 将扩张后的芯片安顿在刺晶台上,在显微镜下用刺晶 笔将管芯一个一个设备在LED支架相应的焊盘上。 芯片必定要很稳当的置于杯正中心,若芯片有偏置就 会导致光斑的不均匀,然后影响LED的均匀光强。 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (3)烘烤: 将半制品放入烤箱内,烤箱温度为1500C,烘烤1小时。 (4)焊线: 用金丝焊机将电极联接到LED管芯上,以作电流注入的 引线 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (4)焊线: 在压榜首点前先烧个球,再将金丝拉到相应的支架上 方,压上第二点后扯断金丝。 工艺上首要需求监控的是压焊金丝拱丝形状,焊点形 状,拉力。 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (5)点荧光粉: 将荧光粉抽掉真空后,然后用注射器均匀的点在杯内 。 (6)烘烤:放入120度的烤箱,烘烤15-20分钟。 (7)抽真空:将封装用的胶(AB胶)抽线 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (8)灌胶: ? 先在LED成型模腔内注入液态树脂, ? 然后刺进压焊好的LED支架, ? 放入烘箱让树脂固化后,将LED从模腔中脱出即成型。 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (9)烘烤: 前固化是指密封树脂的固化,一般固化条件在1350C , 1小时。 后固化是为了让树脂充沛固化,一起对LED进行热老 化。后固化关于进步树脂与支架的粘接强度十分重要。一 般条件为1200C,4小时。 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (10)脱模: (11)质检:用肉眼直接的检测,测出死灯。 (12)裁切: 因为LED在出产中是连在一起的(不是单个),LED 选用切筋堵截LED支架的连筋。分为前切和后切。 §6.3 LED封装工艺 六、白光LED封装一般工艺流程 2. 操作进程 (13)分光: 测验LED的光电参数、查验外形尺度,一起依据客户 要求对LED产品进行分选。 (14)包装: 将制品进行计数包装。超高亮LED需求防静电包装。 §6.4 功率型LED封装要害技能 一、照明范畴对半导体LED光源的要求 传统LED的光通量与白炽灯和荧光灯等通用光源比较 ,距离甚远。 LED要进入照明范畴,首要任务是将其发光功率、光 通量进步至现有照明光源的等级。 因为LED芯片输入功率的不断进步,对功率型LED的 封装技能提出了更高的要求。 §6.4 功率型LED封装要害技能 一、照明范畴对半导体LED光源的要求 针对照明范畴对光源的要求,照明用功率型LED的封 装面临着以下应战: ① 更高的发光功率; ② 更高的单灯火通量; ③ 更好的光学特性(光指向性、色温、显色性等); ④ 更大的输入功率; §6.4 功率型LED封装要害技能 一、照明范畴对半导体LED光源的要求 ⑤ 更高的牢靠性(更低的失功率、更长的寿数等); ⑥ 更低的光通量本钱。 这些应战的要求在美国半导体照明开展蓝图中已充沛 表现(见下表)。 咱们能够经过改进LED封装的要害技能,来逐渐使之 完结。 §6.4 功率型LED封装要害技能 一、照明范畴对半导体LED光源的要求 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 1. 进步发光功率的途径 LED的发光功率是由芯片的发光功率和封装结构的出 光功率一起决议的。 进步LED发光功率的首要途径有: ① 进步芯片的发光功率; §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 1. 进步发光功率的途径 ② 将芯片宣布的光有用地萃取出来; ③ 将萃取出来的光高效地导出LED管体外; ④ 进步荧光粉的激起功率(对白光而言); ⑤ 下降LED的热阻。 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 2. 芯片的挑选 LED的发光功率首要决议于芯片的发光功率。跟着 芯片制造技能的不断进步,芯片的发光功率在敏捷进步。 现在发光功率高的芯片首要有: ① HP公司的TS类芯片、 ② ③ CREE公司的XB类芯片、 WB(wafer bonding)类芯片、 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 2. 芯片的挑选 ④ ⑤ ⑥ ITO类芯片、 外表粗化芯片 倒装焊类芯片等等。 能够依据不同的运用需求和LED封装结构特色,选 择适宜的高发光功率的芯片进行封装。 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 3. 出光通道的规划与资料挑选 芯片选定之后,要进步LED的发光功率,能否将芯片 宣布的光高效地萃取和导出,就显得十分要害了。 (1)光的萃取 §6.4 功率型LED封装要害技能 3. 出光通道的规划与资料挑选 (1)光的萃取 因为芯片发光层的折射率较高(GaN n=2.4,GaP n=3.3),假如出光通道与芯片外表接合的物质的折射率 与之相差较大(如环氧树脂为n=1.5)。 则会导致芯片外表的全反射临界角较小,芯片宣布的 光只要一部分能经过界面逸出被有用运用,适当一部分的 光因全反射而被困在芯片内部,构成萃光功率偏低,直接 影响LED的发光功率。 §6.4 功率型LED封装要害技能 3. 出光通道的规划与资料挑选 (1)光的萃取 为了进步萃光功率,在挑选与芯片外表接合的物质时 ,有必要考虑其折射率要与芯片外表资料的折射率尽或许相 匹配。 选用高折射率的柔性硅胶作与芯片外表接合的资料, 既能够进步萃光功率,又能够使芯片和键合引线得到杰出 的应力维护。 §6.4 功率型LED封装要害技能 (1)光的萃取 GaN类倒装芯片封装的LED的出光通道折射率改动为 :有源层(n=2.4)→蓝宝石(n=1.8)→环氧树脂( n=1.5)→空气(n=1); GaN类正装芯片封装的LED的出光通道折射率改动为 :有源层(n=2.4)→环氧树脂(n=1.5)→空气(n=1) 选用倒装芯片封装的LED的出光通道折射率匹配比正 装芯片要好,出光功率更高。 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 3. 出光通道的规划与资料挑选 (2)光的导出 1)规划杰出的出光通道,使光能够高效地导出到LED管体外 ①反射腔体的规划; ②透镜的规划; ③出光通道中各种不同资料的接合界面规划和折射率的匹配 ④尽或许削减出光通道中不必要的光吸收和走漏现象。 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 3. 出光通道的规划与资料挑选 (2)光的导出 2)出光通道资料的挑选: ①高的透光率; ②匹配杰出的折射率; ③抗UV、防黄变特性; ④高的温度耐受才干和杰出的应力特性。 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 4. 荧光粉的运用 就白光LED而言,荧光粉的运用是否合理,对其发光 功率影响较大。 首要要选用与芯片波长相匹配的高受激转化功率的荧 光粉; 其次是选用适宜的载体胶分配荧光粉,并使其以杰出 的涂布办法均匀而有用地掩盖在芯片的外表及四周,以达 到最佳的激起效果。 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 4. 荧光粉的运用 传统大将荧光胶悉数注满反射杯的做法: (1)不光涂布均匀性得不到保证, (2)而且会在反射腔体中构成荧光粉的漫射散布,构成不 必要的光走漏丢失,既影响光色的质量,又会使LED光效 下降。 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 4. 荧光粉的运用 选用荧光粉薄膜式涂布能够处理上述问题: §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 5. 热阻的下降 LED自身的发热使芯片的结温升高,导致芯片发光效 率的下降。 功率型 LED有必要要有杰出的散热结构,使LED内部的 热量能赶快尽量地被导出和散失,以下降芯片的结温,提 高其发光功率。 §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 5. 热阻的下降 芯片结温(TJ)与环境温度(TA)、热阻(Rth)和输 入功率(PD)的联系是: TJ=TA+RthPD §6.4 功率型LED封装要害技能 二、进步发光功率 5. 热阻的下降 在输入功率PD必定的状况下,热阻Rth的巨细对结温的 凹凸有很大的影响,也便是说,热阻的凹凸是LED散热结 构好坏的标志。 选用优秀的散热技能下降封装结构的热阻,将使LED 发光功率的进步得到有用确实保。 §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 1. 调控光强的空间散布 与传统光源比较,LED宣布的光有较强的指向性,如 果操控妥当,能够进步全体的照明功率,使照明效果更佳 。 怎么依据照明运用的需求,调控LED的光强空间散布 呢? §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 1. 调控光强的空间散布 能够经过以下进程来完结。 ①清楚了解芯片发光的散布特色; ②依据芯片发光的散布特色和LED终究光强散布的要求规划 出光通道: ? 反射腔体的规划; §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 1. 调控光强的空间散布 ? 透镜的规划; ? 光线在出光通道中折射和漫射的考虑; ? 出光通道各部分的几许尺度的规划和合作。 ③ 挑选适宜的出光通道资料和加工工艺。 §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 2. 改进光色均匀性 现在最常用的LED白光生成的技能道路是 :蓝色芯片 +黄色荧光粉(YAG/TAG)。 该工艺办法,是将荧光粉与载体胶混合后涂布到芯片 上。 §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 2. 改进光色均匀性 在操作进程中,因为: ① 载体胶的粘度是动态参数; ② 荧光粉比严峻于载体胶而简略发生沉积; ③ 以及涂布设备精度等要素的影响。 荧光粉的涂布量和均匀性的操控有难度,导致白光 色彩的不均匀。 §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 2. 改进光色均匀性 改进光色均匀性的办法有: ① 出光通道的规划; ② 荧光粉粒度巨细的合理挑选; ③ 载体胶粘度特性的掌握; §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 2. 改进光色均匀性 ④ 改进荧光胶分配的工艺办法,防止操作进程中荧光粉 在载体胶内发生沉降; ⑤ 选用高精度的荧光粉涂布设备,并改进荧光胶涂布的 办法和办法 §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 3. 改进色温与显色性 白光LED色温的调控首要是经过: ? 蓝色芯片波长的选定, ? 荧光粉受激波长的匹配, ? 和荧光粉涂布量、均匀性的操控来完结的。 §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 3. 改进色温与显色性 依据蓝色芯片+黄色荧光粉(YAG/TAG)LED白光生 成技能道路的机理和荧光粉的特性,前期传统的白光LED 在高色温区域(5500K)里,色温的调控比较简略完结 ,显色性也较好(Ra80)。 §6.4 功率型LED封装要害技能 3. 改进色温与显色性 在照明运用一般要求的低色温区域(2700K~5500K) ,传统白光LED的色温调控较难,显色性也欠安(Ra80 ),与照明光源的要求有必定的距离。 即便能够生成低色温的白光,其色坐标也违背黑体辐 射轨道较远(一般是在轨道上方),使其光色不正,显色 性差。 §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 3. 改进色温与显色性 要处理这一问题,要害是荧光粉的改进,能够经过添 加赤色荧光粉,使LED宣布的白光的色坐标尽量接近黑体 辐射轨道,然后改进其光色和显色性。 现在改进白光LED在低色温区的显色性的首要办法有 4种: §6.4 功率型LED封装要害技能 三、改进LED的光学特性 3. 改进色温与显色性 ① 尽量选用短波长的蓝色芯片(λD460nm); ② 剖析白光LED发光谱线的缺陷,选用含有能够补偿这些缺 陷的物质的适宜的荧光粉; ③ 改进荧光粉的涂布技能,保证荧光粉得到充沛而均匀的激 发; ④ 选用其它具有显色性优势的白光生成技能道路 功率型LED封装要害技能 四、进步LED的单灯火通量和输入功率 现在LED的单灯火通量偏小,独立运用于照明有较大 的约束; 其输入功率也偏小,需求较多的外围运用电路合作。 LED要进入照明范畴,有必要进步LED的单灯火通量和 输入功率。 §6.4 功率型LED封装要害技能 四、进步LED的单灯火通量和输入功率 进步LED的单灯火通量和输入功率的途径有: 1. 在输入功率必定的前提下,进步LED的发光功率是获取更 大单灯火通量的最直接的途径; 2. 选用大面积芯片封装LED,加大作业电流,能够获得较高 的单灯火通量和输入功率; §6.4 功率型LED封装要害技能 四、进步LED的单灯火通量和输入功率 3. 选用多芯片高密度集成化封装功率型LED,是现在获得高 单灯火通量和高输入功率的最常用办法。 在以上3种途径中,散热技能是要害。进步LED的散 热才干,下降热阻,是进步LED的单灯火通量和输入功率 得以完结的底子保证。 §6.4 功率型LED封装要害技能 五、下降LED的本钱 价格高是半导体LED进入照明范畴的终究瓶颈。就封 装技能而言,LED要下降本钱,有必要处理以下五个问题: ①老练可行的技能道路; ②简略牢靠、易于产业化出产的工艺办法; ③通用化的产品规划; §6.4 功率型LED封装要害技能 五、下降LED的本钱 ④ 高的产品功用和牢靠性; ⑤ 高的制品率。 六、改进LED的牢靠性 在实践运用中,人们遍及重视的LED牢靠性问题首要有 :死灯、光衰、色移、闪耀和寿数等等。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 在白光LED的规划中,最重要的进程便是点荧光粉, 点荧光粉是白光构成的要害。 芯片的波长是460-470nm的,选取的荧光粉相同也在 这个波段,点荧光粉是分为两个很重要的操作的, ? 一个是调荧光粉 ? 一个是涂改荧光粉。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 一般用的荧光粉是粉状的,因而不能将粉状的物质覆 盖在芯片上,有必要是液态的,可是也不或许把荧光粉变成 液态的,因为荧光粉的组分是重金属和稀有金属。 只要将荧光粉溶解在一种溶剂中,然后再将这种荧光 粉液体烤干,这样才干使其掩盖在蓝色的芯片上。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 1. 溶剂挑选 挑选的溶剂有必要是不能损坏荧光粉自身的安排,因而 这个溶剂需求是不能和荧光粉发生化学反应的一种物质。 依据类似相溶的原理知道,荧光粉是不能溶解在有机 溶剂里的,那么就只能是混合了。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 1. 溶剂挑选 假如仅仅单纯的将这种混合溶液掩盖在芯片的外表再 去进行外密封是行不通的,因为外密封是用的环氧树脂这 种液态物质。 也便是说有必要要将其在封装前烤干,所以传统选用外 密封的环氧树脂来做这种溶剂。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 2. 制造溶液 有了溶剂再来装备溶液。在这里选用的资料有相对应 波段的黄色荧光粉和环氧树脂。依据白光的发光原理能够 知道: ? 荧光粉参加的量太多就会构成宣布的白光光偏黄, ? 荧光粉的量参加的太少就会使得宣布的白光光偏蓝。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 2. 制造溶液 因而应该依据荧光粉的发光功率来合理制造荧光粉。 可是用荧光粉+环氧树脂封装出的制品光斑是一片蓝,一 片白,一片黄。 这种光斑构成的原因是因为荧光粉被蓝色的光激起的 不均匀,也便是说荧光粉的纤细颗粒没有被蓝色的光彻底 激起。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 2. 制造溶液 要处理彻底激起的问题,就引进了涣散剂这样的一种 物质,涣散剂能够增强蓝光激起荧光粉的功率,然后增强 了荧光粉的发光功率。 经过试验,发现涣散剂确实对光斑又了改进,使得发 出的光斑不再是一块一块的,可是新的问题又呈现了,光 斑虽然全体呈现一种色彩可是外圈却有一层黄色呈现。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 2. 制造溶液 要改进黄圈有必要要知道原因,将LED制品解剖,能够 看到荧光粉的沉积状况,如下图 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 2. 制造溶液 经过理论剖析知道:这种现象是由黄光功率偏大所引 起的。 首要要改动荧光粉溶液的配比,找到适宜的配比才干 够改进黄圈; 接着便是荧光粉沉积的问题,从图中能够看到荧光粉 掩盖在芯片和支架杯之间的空地中的厚度要比芯片外表的 厚度厚许多。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 2. 制造溶液 这是因为在烘烤的进程中,环氧树脂会蒸发一部分。 环氧树脂是双组分的: ? 一部分是树脂; ? 另一个部分是固化剂归于酸酐类。 固化剂的效果是减小分子之间的距离,使其固化。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 2. 制造溶液 固化剂与树脂的反应是个放热反应,而环氧树脂的热 传导性很差,黏度又很大。 所以发生的热量不简略散失,这样很简略使得荧光粉 沉积。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 2. 制造溶液 别的,芯片的尺度和支架杯底的尺度有差异。这样很 简略导致芯片四周的荧光粉比严峻。 荧光粉溶液的浓度散布不均匀会构成白光LED的色温 散布不均,使得白光LED的亮度和光斑都不能抵达预期效 果。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 2. 制造溶液 怎么改进荧光粉的因沉积而引起的散布不均匀,这是 新一步研讨的问题。理论上能够从2个方面去改进: (1)经过出产的工艺 也便是在出产进程中,在时刻很短的距离里均匀拌和 ,而点荧光粉的速度加速,与下个环节的联接时刻也变紧 ,点好荧光粉的半制品很快进入烘烤的进程中。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 2. 制造溶液 (2)参加一种新的物质,使得荧光粉简略在高温下也能保 持很好的均匀混合状况。 所以在荧光粉溶液中引进了外表活性剂,其效果是: ? 一部分能够吸附有机物; ? 一部分能够吸附无机物的外表活性剂。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 一. 调荧光粉 2. 制造溶液 经过重复的试验,得到的荧光粉、外表活性剂、涣散 剂和环氧树脂的最优质量配比为10: 5: 3: 100。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 关于支架式白光LED的外封装有成型模具,顶部密封 的环氧树脂做成必定形状,有这样几种效果: ? ? 维护管芯等不受外界腐蚀; 选用不同的形状和资料性质(掺或不掺散色剂),起透镜 或漫射透镜功用,操控光的发散角。 因而由环氧树脂构成的“透镜”不能够调理。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 为了抵达更好的光效,有必要规划由涂改的荧光粉而形 成的“透镜”。 荧光粉能够在支架的杯面上构成三种透镜办法: ? 凹透镜; ? 平面透镜; ? 凸透镜。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 依据两层透镜的光辐射图样,选取的是凸透镜。 凸透镜的视点与外封装胶构成的透镜视点是相同的。 这样能使芯片宣布的光线笔直出射,而且能进步光线 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 可是这样荧光粉涂改办法仍是不行完美,芯片周围4 个面的光强散布也是不同的。 虽然对荧光粉溶液的组分和配比做了一些调整,可是 荧光粉的沉积只能得到很好的改进而不能彻底处理的,这 样的涂改办法影响白光LED的色温文色品坐标。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 假如能将荧光粉彻底单薄的掩盖在芯片上,就能处理 这个问题。 可是关于支架式白光LED的封装工艺上是很难办到的 。而要合适工厂的出产和出售,这种涂改技能是不适宜的 。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 这种想象关于大功率这种封装办法是能够做到。 在大功率白光LED中,芯片的发光功率要求高,因而 运用面积比小型芯片(1mm2左右)大10倍的大型LED芯片。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 倒装芯片是把GaN LED晶粒倒装焊在散热板上,并在P 电极上方制造反射率较高的反射层,行将原先从元件上方 宣布的光线从元件其他的发光视点导出,而由蓝宝石基板 端沿取光。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 这样就下降了在电极旁边面的光损耗,可有接近于正装 办法2倍左右的光输出。 因为没有了金线焊垫的阻挠,对进步亮度有必定的帮 助。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 比照两种芯片的优缺陷,依据大于功率LED需求好的 散热环境和宣布高光效来考虑,在大功率白光LED的封装 中,选用的是倒装芯片替代传统的正装大功率芯片。 大功率白光LED的荧光粉涂改技能则是只用将荧光粉 均匀涂改在外表就能够,而不必涂改在芯片四周。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 依据前面介绍的倒装芯片的结构而得出涂改工艺如下 图所示: §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 这种办法是将荧光粉混合溶液直接涂改在芯片上,因 此所用到的溶液胶体不再是环氧树脂,因为环氧树脂的流 动性较强。 假如用传统的环氧树脂来混合荧光粉,荧光粉溶液就 会从芯片外表溢出。 §6.5 荧光粉溶液涂改技能 二. 荧光粉涂覆 所以有必要挑选能够主动成型的UV胶,将UV胶与一般 荧光粉依照必定的分量比进行均匀混合分配。 将分配好的质料参加点胶机对大功率发光二极管芯片 进行点胶涂布,使涂层厚度操控在0.5~0.6mm。 将涂布完结的芯片用紫外灯照耀进行固化,完结固化 工艺进程。 §6.6 封胶胶体规划 一. 对封装胶的要求 1. 理论剖析 依据折射规律,光线从光密介质入射到光疏介质时, 当入射角抵达必定值,即大于等于临界角时,会发生全发 射。 以GaN蓝色芯片来说,GaN资料的折射率是2.3,当光 线从晶体内部射向空气时,依据折射规律: §6.6 封胶胶体规划 一. 对封装胶的要求 1. 理论剖析 θ o=sin-1(n1/n2) 其间n2等于1,即空气的折射率,n1是GaN的折射率 ,由此核算得到临界角 θ o约为25.8度。能射出的光只要 入射角小于25.8度这个空间立体角内的光,因而其有源层 发生的光只要小部分被取出,大部分易在内部经屡次反射 而被吸收,易发生全反射导致过多光丢失。 §6.6 封胶胶体规划 一. 对封装胶的要求 2. 要求 (1)为了进步LED产品封装的取光功率,有必要进步n2的值 ,即进步封装资料的折射率,以进步产品的临界角,然后 进步产品的封装发光功率。 (2)一起,封装资料对光线 封胶胶体规划 二. 传统的封装胶及其缺陷 对白光LED进行封胶,传统选取的是双组分的环氧树 脂,这种封装胶存在下面两个问题: ? 封装用光学级的树脂简略受热变黄; ? 除此之外,不只因为热现象会对环氧树脂发生影响,乃至 短波长也会对环氧树脂构成一些问题。 §6.6 封胶胶体规划 二. 传统的封装胶 这是因为白光LED发光光谱中,也包含了短波长的光 线,而环氧树脂却适当简略被白光LED中的短波长光线破 坏。 低功率的白光LED就已经会构成环氧树脂的损坏,更 况且高功率的白光LED所含的短波长的光线更多,那么恶 化天然也加速。 §6.6 封胶胶体规划 三、白光LED用封装胶 白光LED选用的是硅胶封装。硅胶除了对短波长有较 佳的抗热性、较不易老化外,它还能够涣散蓝色和近紫外 光。 所以,与环氧树脂比较,硅树脂能够按捺资料因为 短波长光线所带来的劣化现象,此外硅胶的光透率、折射 率都很抱负。 §6.6 封胶胶体规划 三、白光LED用封装胶 硅树脂封胶资料是一种安稳的柔性胶凝体,在-40度 到-120度的规模,不会应为温度的聚变而发生内应力,使 金线与引线结构断开,并防止外封装的环氧树脂构成的“ 透镜”。 §6.7 散热规划 关于一般照明运用,将需求许多的LED元件集成在一 块模组中以抵达所需之照度。但LED的光电转化功率不高 ,大约只要15%至20%左右电能转为光输出,其他均转化 成为热能。 热量是LED的最大要挟之一,不只影响LED的电气功用 ,终究导致LED失效。怎么让LED坚持长时刻的持续牢靠 作业是现在大功率LED器材封装和体系封装的要害技能。 §6.7 散热规划 一、热量来历 关于由PN结组成的发光二极管,当正向电流从PN结流 过期,PN结有发热损耗,这些热量经由粘结胶、灌封资料 、热沉等,辐射到空气中。 在这个进程中每一部分资料都有阻挠暖流的热阻抗, 也便是热阻,热阻是由器材的尺度、结构及资料所决议的 固定值。 §6.7 散热规划 一、热量来历 设发光二极管的热阻为Rth (0C/W),热耗散功率为PD (W),此刻因为电流的热损耗而引起的PN结温度上升为: PN结结温为: 其间TA为环境温度。 §6.7 散热规划 二、热量对LED的影响 LED发光进程中发生的热量将会构成LED模组的温度 上升,当温度升高: 1. 发光强度下降: 跟着芯片结温的添加,芯片的发光功率功率也会随之 削减,LED亮度下降。一起,因为热损耗引起的温升增高 ,发光二极管亮度将不再持续跟着电流成份额进步,即显 示出热饱满现象。 §6.7 散热规划 二、热量对LED的影响 2. 发光主波长偏移 跟着结温的上升,发光的峰值波长也将向长波方向漂 移,约0.2-0.3nm/0C,这关于经过由蓝光芯片涂覆YAG荧 光粉混合得到的白光LED来说,蓝光波长的漂移,会引起 与荧光粉激起波长的失配,然后下降白光LED的全体发光 功率,并导致白光色温的改动。 3. 严峻下降LED的寿数,加速LED的光衰。 §6.7 散热规划 三、LED的散热考虑 关于功率LED来说,驱动电流一般都为几百毫安以上 ,PN结的电流密度十分大,所以PN结的温升十分显着。 关于封装和运用来说,怎么下降产品的热阻,使PN结 发生的热量能赶快的散宣布去,不只可进步产品的饱满电 流,进步产品的发光功率,一起也进步了产品的牢靠性和 寿数。 §6.7 散热规划 三、LED的散热考虑 为了下降产品的热阻: 首要封装资料的挑选显得尤为重要,包含支架、基板和 填充资料等,各资料的热阻要低,即要求导热功用杰出。 其次结构规划要合理,各资料间的导热功用接连匹配, 资料之间的导热联接杰出,防止在导热通道中发生散热瓶 颈,保证热量从内到外层层发出。 §6.7 散热规划 三、LED的散热考虑 LED散热首要从3个方面着手: ? 榜首,从芯片到基板的联接资料的选取; ? 第二,基板资料的选取; ? 第三,基板外部冷却设备的选取和基板与外部冷却设备连 接资料的选取。 §6.7 散热规划 三、LED的散热考虑 1. 芯片到基板的联接资料的选取 一般用来联接芯片和基板选用的是银胶。可是银胶的 热阻很高,而且银胶固化后的内部结构是:环氧树脂骨架 和银粉填充式导热导电结构,这样的结构热阻极高,对器 件的散热与物理特性安稳极为晦气,因而挑选的粘接的物 质是锡膏。 §6.7 散热规划 三、LED的散热考虑 2. 接着便是基板的挑选 上表是常见的基板和支架的资料导热系数,由表知, 银、纯铜、黄金的导热系数相对其他较高 但银、纯铜、黄金价格高,为了获得很好的性价比 纯铝的导热系数,因而基板选用的是铜或铝质地。 §6.7 散热规划 三、LED的散热考虑 3. 基板外部冷却设备的选取 大功率LED器材在作业时大部分的损耗变成热量,若 不采纳散热办法,则芯片的温度可抵达或超越答应的节温 ,器材期间将遭到损坏,因而有必要加散热设备。 最常用的是将功率器材设备在散热器上,运用散热器 将热量散到周围空间,它的首要暖流方向是由芯片传到器 件的底下,经散热器将热量散到周围空间。 §6.7 散热规划 三、LED的散热考虑 3. 基板外部冷却设备的选取 散热器由铝合金板料经冲压工艺和外表处理制成,表 面处理有电泳涂漆或黑色氧化处理,意图是进步散热功率 和绝缘功用。 散热器发出的热能与环境温度的温差大致成正比,对 流的速度越快,则散热器自身的热阻也就越小。 §6.7 散热规划 三、LED的散热考虑 4. 基板与外部冷却设备联接资料的选取 就界面热阻而言,空气空地是最大的敌人。 虽然基板与散热器之间肉眼能观察到的空地很小,但 是因为资料外表的不平坦,实践仍是存在着纤细的空地。 因为空气的界面热阻很大,晦气于涣散,故大大添加 了全体界面的热阻。 §6.7 散热规划 三、LED的散热考虑 4. 基板与外部冷却设备联接资料的选取 依据剖析,减低界面热阻的办法为: ? 添加资料外表的平坦度, ? 减小空气的容量; ? 施加触摸压力。 因而在基板和外散热器的填充物质上,挑选导热的硅树脂。 §6.7 散热规划 四、散热机制 散热的根本途径首要有以下三种:热传导、对流、辐 射。 与其他固体半导体器材比较,LED器材对温度的灵敏 性更强。因为遭到芯片作业温度的约束,芯片只能在120 度以下作业,因而器材的热辐射效应根本能够忽略不计。 传导和对流对LED散热比较重要。 §6.7 散热规划 四、散热机制 从热能剖析,假定Q=发散功率 (Pd) = Vf X If, 而且 Vf和If相对改动比较小。 所以咱们在做散热规划时首要先从热传导方面考虑, 热量预先从LED模块中传导到散热器。 §6.7 散热规划 四、散热机制 1. 热传导 首要考虑热源是均匀地加载在导热资料的整个外表的 状况,由Fourier导热规律得知,暖流密度与温度梯度成正 比: §6.7 散热规划 四、散热机制 1. 热传导 其间k为热导率,A为面积,Δx为导热资料的厚度,q 为暖流密度,表明单位面积的耗散的功率。 关于多层复合资料,总热阻能够简化为: (1) §6.7 散热规划 四、散热机制 1. 热传导 以下图两层资料的热传导为例: (2) §6.7 散热规划 四、散热机制 1. 热传导 从式(1)和式(2)大致能够得到处理散热的根本方 法: 削减资料的厚度并选用高热导率的资料。 可是高热导率资料如铜等资料,一起也会引进比较大 的剩余应力,而且粘片时,需求比较厚的粘结层。这样势 必会添加剩余的触摸热阻。 §6.7 散热规划 四、散热机制 1. 热传导 封装之热阻公式大多用 来描绘: 其间Tj为芯片的结区温度,Ta为环境温度,Q为芯片发 热功率。 同一加热功率与环境温度下,热阻越大,即代表有更 多的热量不能从封装中散出,而积聚在芯片的内部,使芯 片的结区温度T,升高越快,牢靠性也越差。 §6.7 散热规划 四、散热机制 2. 对流状况 热交流发生在固体和流体之间的界面,由流体的活动 而带走外表的热量,由Newton冷却规律得到对流的热交 换公式: (3) A为资料的横截面积。 §6.7 散热规划 四、散热机制 2. 对流状况 由(3)式得到对流热交流的热阻公式: (4) (4)中h为热传导系数,A*为参加热对流热对流面积。 因为对流交流的热量跟对流的外表积成正比,因而需 要优化微流转道的结构,然后进步散热面积A*;别的一方 面进步传热系数h。 §6.7 散热规划 四、散热机制 2. 对流状况 将式(1)和式(4)两个式子兼并在一起,能够得到 热传导和热对流一起起效果的传热机制,总热阻公式: (5) (5)中f为A*/A,A*为参加热对流的面积,A为资料的 横截面积,作为外表增强因子,与微流转道的内部结构有 关。 §6.7 散热规划 四、散热机制 2. 对流状况 经过 的核算,咱们能够开始估量封装器材最大的温度不同 ΔT,即(T1-T2),或许在某种冷却条件下,封装所能容 纳的最大热对流密度。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 传统制冷办法有:空气制冷、水冷、热管制冷、帕尔 贴效应元件制冷(半导体制冷)等。 现在有些新办法也被连续提出来,比方超声制冷、 超导制冷、以及将多种制冷办法有用集成在一个器材之中 。 下面咱们简略介绍几种制冷办法。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 1. 空气制冷 (1).热沉 热沉的热传导率的系数能够经过几种办法来改动,最 盛行的办法是加速经过热沉的气流速度。 但将气流速度添加到10m/s时会引进噪音。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 1. 空气制冷 (1).热沉 另一种办法是改动热沉的形状,经过这种办法,来扩 大有用的散热面积。 散热器形状可规划成多种阵列形状,如圆柱阵列、条 形阵列,或许金字塔的形状等。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 1. 空气制冷 (1).热沉 §6.7 散热规划 五、制冷器材 1. 空气制冷 (2).电扇 一般一起运用散热器和电扇结合的办法,散热器经过 和芯片外表的严密触摸使芯片的热量传导到散热器。 散热器一般是一块带有许多叶片的热的良导体,它的 充沛扩展的外表使热对流大大添加,一起流转的空气也能 带走更大的热能。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 1. 空气制冷 (2).电扇 电扇的规划要抵达两个要求:让冷却功用更有用,噪 音更小。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 2. 水冷 水冷体系由泵、热沉、导水管等部件组成,泵担任驱 动水循环,芯片上的热量传给水,选用液体活动来带走热 量,导水管把热水传送到热沉。热沉和芯片不在一块,可 以有用进步散热才干,热沉起散热效果。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 2. 水冷 一块中空的金属盘与芯片相接,液体在其内部的凹槽 流过,芯片将热量传导到底盘,底盘再将热量传给液体, 然后这些液体流过热沉,在那里它将热量释放到空气中。 冷却后,这些液体就再次进入那个底盘中。 别的选用微流转道的微结构能够增大液体与热沉的接 触面积,然后大幅度添加温降,延伸器材的运用寿数。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 2. 水冷 有些冷却设备中运用热管来散热,由热管来带走CPU 或电子芯片外表的热量,热管里的冷却剂被加热后变为气 体,在热管中上升,抵达上部时,被活动的空气冷却,空 气带走热量,冷却剂降温又变为液体,往下活动。如此周 而复始。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 3. 热电制冷 热电制冷又称作温差电制冷,或半导体制冷,它是利 用热电效应(即帕尔帖效应)的一种制冷办法。 半导体制冷器的优势在于制冷密度大、与IC工艺兼容 、无运动部件,没有磨损、而且结构紧凑,能够进步集成 度。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 3. 热电制冷 把一只p型半导体元件和一只n半导体元件联接成热 电偶,接上直流电源后,在结合处就会发生温差和热量的 搬运。在上面的一个结合处,电流方向是n-p,温度下降 而且吸热,这便是冷端。而在下面的一个结合处,电流方 向是p-n,温度上升而且放热,因而是热端。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 3. 热电制冷 金属热电偶的帕尔帖效应,能够用触摸电位差现象定 性地阐明。 因为触摸电位差的存在,使经过结合处的电子阅历 电位骤变,当触摸电位差与外电场同向时,电场力做功使 电子能量添加。一起,电子与晶体点阵磕碰将此能量变为 晶体内能的增量。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 3. 热电制冷 成果使结合的方位的温度升高,并释放出热量。 当触摸电位差与外电场反向时,电子抵挡电场力做功 ,其能量来自结合处的晶体点阵。成果使得结合处的温度 下降,并从周围环境吸收热量。 §6.7 散热规划 五、制冷器材 3. 热电制冷 为了更进一步进步热电制冷功率,提出选用多级热电 制冷,而且集成热沉添加与外界环境的热交流。

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