大功率白光LED封装技术面临的挑战研究

2018-12-25杜琤

数码世界 2018年6期

杜琤

1 大功率白光LED封装技术

现如今，随着大功率白光LED的发展进程不断加快，进而不断改善了LED的输入功率，并且也能在极大程度上提高了LED的发光亮度。在进行大功率白光LED封装的过程中对于散热能力的要求也就变得更高。在此基础上，芯片焊接工艺也在不断的发展与进步，这些工艺的发展能够有效的提升LED封装取光效率，同时对于芯片热特性的改善也起到了至关重要的作用。并且采用先进的底板材料也能够在一定程度上增加芯片的传热性，进而为LED器件可靠性的提高奠定基础。对于大功率白光LED封装的关键技术来说，主要分为以下几个方面：

首先是共晶焊技术，对于这种技术来说，主要是将LED芯片焊接到散热基板以及热沉上，进而再将带有LED芯片的散热基板以及热沉焊接到封装器件当中，这样做的目的是为了更好的提高器件的散热能力。在此过程中对于散热基板的选择便是至关重要的，通常会选择硅、铜以及陶瓷等材料的基板，其中铝基覆铜板相对于上述材料的散热基板来说，是一种新开发的材料，且散热性也较为优良。在共晶焊技术应用的过程中，共晶材料的选择以及焊机温度便是该技术应用的关键。例如在共晶焊接的过程中，芯片底表面的接触层可以选择纯锡或金锡合金，从而使芯片更好的焊接到镀有金或银的基板上。当基板加热温度达到合适的条件下，便可使金银元素渗透到纯锡或金锡合层当中，进而使合金的熔点以及成分比发生改变，从而使共晶层固化，为LED芯片焊接到散热基板以及热沉上奠定基础。

其次是倒装焊技术，对于这种技术来说，其主要是针对芯片的凸点来说的，根据不同芯片的凸点，进而将芯片的焊点通过焊料或者电胶，更好的将芯片与基板相互连接。在此过程中，首先便要在基板以及芯片上制作出相应的焊料凸点，之后通过贴片对设备进行对准以及回流焊接等工作，最后在完成相应的填充以及固化的工作。倒装焊技术开展的关键便是对芯片以及基板凸点的设计及制作，其次便是对芯片以及基板凸点焊料的合理选择，只有这样，才能够为倒装焊技术的开展提供保障。

再次，便是散热技术，大功率LED的封装对于散热技术得以要求十分严格。在大功率LED封装的过程中，封装热流在每隔18个月与24个月之间便会增加之前的一倍。针对散热技术来说，主要在芯片级的热管理方面。在此过程中，为了更好的降低热阻，对于封装材料的要求也就变得十分严格，要求所选材料的热阻要低，并且导热性能相对良好，从而使大功率LED封装过程中的热能能够更好的散发出去。

2 大功率白光LED封装技术面临的挑战与优化措施

现如今，随着大功率白光LED的不断发展与应用，其封装技术的重要性也在不断凸显出来，但是对于大功率白光LED封装技术来说，仍面临着十分严峻的挑战。针对现阶段大功率白光LED所使用的外延材料来说，主要是MOCVD外延生产技术以及多量子阱结构的圆片。但是对于这些外延材料来说，其内部的量子效率仍没有发挥到极致，还有很大的提升空间。经研究表明，LED芯片的取光方式与封装结构设计仍在制约着LED器件的高光通量，进而导致未来大功率白光LED封装技术正在面临以下几个方面的挑战：

其中首先便是无铅化封装，对于无铅焊料来说，直到现在都不被人们所认同，并且认为其在物理化学性质以及工艺性能等方面，都不能与传统的铅锡焊料相比较，因此在无铅化封装的应用过程中，仍处于初始的探索阶段，并且其未来发展还值得人们深入探索。但是针对我国可持续发展以及环保方面的理念来说，无铅化封装技术的应用已经是无法避免的。

其次，大功率白光LED封装技术面临的另一个挑战便是封装过程中的高集成化，若要使大功率白光LED器件能够更好的应用到未来的照明环境当中，一是可以将大功率芯片应用其中，但是现阶段LED芯片技术的发展并不是十分乐观，因此便会受到相应的限制，从而对光源亮度造成了一定的影响。而是可以采用多芯片集成封装，从而将多个小功率的芯片集成到一个基板上，但是这种集成封装的方法对于封装结构的要求也是十分严格，要求其封装结构的热阻要足够低。