大功率高亮度LED導(dǎo)電銀膠以及其封裝技術(shù)

LED發(fā)光顯示器可由數(shù)碼管或米字管、符號管、矩陳管組成各種多位產(chǎn)品，由實(shí)際需求設(shè)計成各種形狀與結(jié)構(gòu)。以數(shù)碼管為例，有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結(jié)構(gòu)，連接方式有共陽極和共陰極兩種，一位就是通常說的數(shù)碼管，兩位以上的一般稱作顯示器。反射罩式具有字型大，用料省，組裝靈活的混合封裝特點(diǎn)，一般用白色塑料制作成帶反射腔的七段形外殼，將單個LED管芯粘結(jié)在與反射罩的七個反射腔互相對位的PCB板上，每個反射腔底部的中心位置是管芯形成的發(fā)光區(qū)，用壓焊方法鍵合引線，在反射罩內(nèi)滴人環(huán)氧樹脂，與粘好管芯的PCB板對位粘合，然后固化即成。反射罩式又分為空封和實(shí)封兩種，前者采用散射劑與染料的環(huán)氧樹脂，多用于單位、雙位器件;后者上蓋濾色片與勻光膜，并在管芯與底板上涂透明絕緣膠，提高出光效率，一般用于四位以上的數(shù)字顯示。單片集成式是在發(fā)光材料晶片上制作大量七段數(shù)碼顯示器圖形管芯，然后劃片分割成單片圖形管芯，粘結(jié)、壓焊、封裝帶透鏡(俗稱魚眼透鏡)的外殼。單條七段式將已制作好的大面積LED芯片，劃割成內(nèi)含一只或多只管芯的發(fā)光條，如此同樣的七條粘結(jié)在數(shù)碼字形的可伐架上，經(jīng)壓焊、環(huán)氧樹脂封裝構(gòu)成。單片式、單條式的特點(diǎn)是微小型化，可采用雙列直插式封裝，大多是專用產(chǎn)品。LED光柱顯示器在106mm長度的線路板上，安置101只管芯(最多可達(dá)201只管芯)，屬于高密度封裝，利用光學(xué)的折射原理，使點(diǎn)光源通過透明罩殼的13-15條光柵成像，完成每只管芯由點(diǎn)到線的顯示，封裝技術(shù)較為復(fù)雜。

半導(dǎo)體pn結(jié)的電致發(fā)光機(jī)理決定LED不可能產(chǎn)生具有連續(xù)光譜的白光，同時單只LED也不可能產(chǎn)生兩種以上的高亮度單色光，只能在封裝時借助熒光物質(zhì)，藍(lán)或紫外LED管芯上涂敷熒光粉，間接產(chǎn)生寬帶光譜，合成白光;或采用幾種(兩種或三種、多種)發(fā)不同色光的管芯封裝在一個組件外殼內(nèi)，通過色光的混合構(gòu)成白光LED。這兩種方法都取得實(shí)用化，日本2000年生產(chǎn)白光LED達(dá)1億只，發(fā)展成一類穩(wěn)定地發(fā)白光的產(chǎn)品，并將多只白光LED設(shè)計組裝成對光通量要求不高，以局部裝飾作用為主，追求新潮的電光源。

5 表面貼裝封裝

在2002年，表面貼裝封裝的LED(SMD LED)逐漸被市場所接受，并獲得一定的市場份額，從引腳式封裝轉(zhuǎn)向SMD符合整個電子行業(yè)發(fā)展大趨勢，很多生產(chǎn)廠商推出此類產(chǎn)品。

早期的SMD LED大多采用帶透明塑料體的SOT-23改進(jìn)型，外形尺寸3.04×1.11mm，卷盤式容器編帶包裝。在SOT-23基礎(chǔ)上，研發(fā)出帶透鏡的高亮度SMD的SLM-125系列，SLM-245系列LED，前者為單色發(fā)光，后者為雙色或三色發(fā)光。近些年，SMD LED成為一個發(fā)展熱點(diǎn)，很好地解決了亮度、視角、平整度、可靠性、一致性等問題，采用更輕的PCB板和反射層材料，在顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少，并去除較重的碳鋼材料引腳，通過縮小尺寸，降低重量，可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，最終使應(yīng)用更趨完美，尤其適合戶內(nèi)，半戶外全彩顯示屏應(yīng)用。

表3示出常見的SMD LED的幾種尺寸，以及根據(jù)尺寸(加上必要的間隙)計算出來的最佳觀視距離。焊盤是其散熱的重要渠道，廠商提供的SMD LED的數(shù)據(jù)都是以4.0×4.0mm的焊盤為基礎(chǔ)的，采用回流焊可設(shè)計成焊盤與引腳相等。超高亮度LED產(chǎn)品可采用PLCC(塑封帶引線片式載體)-2封裝，外形尺寸為3.0×2.8mm，通過獨(dú)特方法裝配高亮度管芯，產(chǎn)品熱阻為400K/W，可按CECC方式焊接，其發(fā)光強(qiáng)度在50mA驅(qū)動電流下達(dá)1250mcd。七段式的一位、兩位、三位和四位數(shù)碼SMD LED顯示器件的字符高度為5.08-12.7mm，顯示尺寸選擇范圍寬。PLCC封裝避免了引腳七段數(shù)碼顯示器所需的手工插入與引腳對齊工序，符合自動拾取—貼裝設(shè)備的生產(chǎn)要求，應(yīng)用設(shè)計空間靈活，顯示鮮艷清晰。多色PLCC封裝帶有一個外部反射器，可簡便地與發(fā)光管或光導(dǎo)相結(jié)合，用反射型替代目前的透射型光學(xué)設(shè)計，為大范圍區(qū)域提供統(tǒng)一的照明，研發(fā)在3.5V、1A驅(qū)動條件下工作的功率型SMD LED封裝。

6 功率型封裝

LED芯片及封裝向大功率方向發(fā)展，在大電流下產(chǎn)生比Φ5mmLED大10-20倍的光通量，必須采用有效的散熱與不劣化的封裝材料解決光衰問題，因此，管殼及封裝也是其關(guān)鍵技術(shù)，能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn)。5W系列白、綠、藍(lán)綠、藍(lán)的功率型LED從2003年初開始供貨，白光LED光輸出達(dá)1871m，光效44.31m/W綠光衰問題，開發(fā)出可承受10W功率的LED，大面積管;匕尺寸為2.5×2.5mm，可在5A電流下工作，光輸出達(dá)2001m，作為固體照明光源有很大發(fā)展空間。

Luxeon系列功率LED是將A1GalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點(diǎn)的硅載體上，然后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉與管殼中，鍵合引線進(jìn)行封裝。這種封裝對于取光效率，散熱性能，加大工作電流密度的設(shè)計都是最佳的。其主要特點(diǎn)：熱阻低，一般僅為14℃/W，只有常規(guī)LED的1/10;可靠性高，封裝內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體，在-40-120℃范圍，不會因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使金絲與引線框架斷開，并防止環(huán)氧樹脂透鏡變黃，引線框架也不會因氧化而玷污;反射杯和透鏡的最佳設(shè)計使輻射圖樣可控和光學(xué)效率最高。另外，其輸出光功率，外量子效率等性能優(yōu)異，將LED固體光源發(fā)展到一個新水平。

Norlux系列功率LED的封裝結(jié)構(gòu)為六角形鋁板作底座(使其不導(dǎo)電)的多芯片組合，底座直徑31.75mm，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，直徑約(0.375×25.4)mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時作為熱沉。管芯的鍵合引線通過底座上制作的兩個接觸點(diǎn)與正、負(fù)極連接，根據(jù)所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數(shù)目，可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其發(fā)射光分別為單色，彩色或合成的白色，最后用高折射率的材料按光學(xué)設(shè)計形狀進(jìn)行包封。這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝，取光效率高，熱阻低，較好地保護(hù)管芯與鍵合引線，在大電流下有較高的光輸出功率，也是一種有發(fā)展前景的LED固體光源。

在應(yīng)用中，可將已封裝產(chǎn)品組裝在一個帶有鋁夾層的金屬芯PCB板上，形成功率密度LED，PCB板作為器件電極連接的布線之用，鋁芯夾層則可作熱沉使用，獲得較高的發(fā)光通量和光電轉(zhuǎn)換效率。此外，封裝好的SMD LED體積很小，可靈活地組合起來，構(gòu)成模塊型、導(dǎo)光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。

功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長、使用壽命等，因此，對功率型LED芯片的封裝設(shè)計、制造技術(shù)更顯得尤為重要。

7 LED發(fā)展及應(yīng)用前景

近幾年，LED的發(fā)光效率增長100倍，成本下降10倍，廣泛用于大面積圖文顯示全彩屏，狀態(tài)指示、標(biāo)志照明、信號顯示、液晶顯示器的背光源，汽車組合尾燈及車內(nèi)照明等等方面，其發(fā)展前景吸引全球照明大廠家都先后加入LED光源及市場開發(fā)中。極具發(fā)展與應(yīng)用前景的是白光LED，用作固體照明器件的經(jīng)濟(jì)性顯著，且有利環(huán)保，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈，世界年增長率在20%以上，美、日、歐及中國臺灣省均推出了半導(dǎo)體照明計劃。目前，普通白光LED發(fā)光效率251m/W，專家預(yù)計2005年可能超過3001m/W。功率型LED優(yōu)異的散熱特性與光學(xué)特性更能適應(yīng)普通照明領(lǐng)域，被學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為是LED進(jìn)入照明市場的必由之路。為替代熒光燈、白光LED必須具有150—2001m/W的光效，且每Im的價格應(yīng)明顯低于0.015/Im(現(xiàn)價約0.25$/Im，紅LED為0.065/Im)，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)仍有很多技術(shù)問題需要研究，但克服解決這些問題并不是十分遙遠(yuǎn)的事。按固體發(fā)光物理學(xué)原理，LED的發(fā)光效率能近似100%，因此，LED被譽(yù)為21世紀(jì)新光源，有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源。

8 結(jié)束語

國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)中有20余家上、中游研制及生產(chǎn)單位和150余家后道封裝企業(yè)，高端封裝產(chǎn)品還未見推向市場。目前，完成GaN基藍(lán)綠光LED中游工藝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究，力爭在短期內(nèi)使產(chǎn)品的性能指標(biāo)達(dá)到國外同時期同類產(chǎn)品的水平，力爭在較短時間內(nèi)達(dá)到月產(chǎn)10kk的生產(chǎn)能力，開發(fā)白光照明光源用的功率型LED芯片等新產(chǎn)品。科技部將投入8000萬元資金，啟動國家半導(dǎo)體照明工程，注意終端產(chǎn)品，先從特種產(chǎn)品做起，以汽車、城市景觀照明作為市場突破口，把大功率、高亮度LED放在突出位置，這就需要與之配套的導(dǎo)電銀膠，UNINWELL國際的6886系列導(dǎo)電銀膠就應(yīng)運(yùn)而生。它的成果將要服務(wù)于北京奧運(yùn)會和上海世博會。無庸質(zhì)疑，產(chǎn)業(yè)鏈中的襯底、外延、芯片、封裝、應(yīng)用需共同發(fā)展，多方互動培植，封裝是產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下部分，需要關(guān)注與重視。