大功率高亮度LED導電銀膠以及其封裝技術(shù)

LED發(fā)光顯示器可由數碼管或米字管、符號管、矩陳管組成各種多位產(chǎn)品，由實(shí)際需求設計成各種形狀與結構。以數碼管為例，有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結構，連接方式有共陽(yáng)極和共陰極兩種，一位就是通常說(shuō)的數碼管，兩位以上的一般稱(chēng)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(gè)LED管芯粘結在與反射罩的七個(gè)反射腔互相對位的PCB板上，每個(gè)反射腔底部的中心位置是管芯形成的發(fā)光區，用壓焊方法鍵合引線(xiàn)，在反射罩內滴人環(huán)氧樹(shù)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(shù)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碼顯示器圖形管芯，然后劃片分割成單片圖形管芯，粘結、壓焊、封裝帶透鏡(俗稱(chēng)魚(yú)眼透鏡)的外殼。單條七段式將已制作好的大面積LED芯片，劃割成內含一只或多只管芯的發(fā)光條，如此同樣的七條粘結在數碼字形的可伐架上，經(jīng)壓焊、環(huán)氧樹(shù)脂封裝構成。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(zhuān)用產(chǎn)品。LED光柱顯示器在106mm長(cháng)度的線(xiàn)路板上，安置101只管芯(最多可達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(guò)透明罩殼的13-15條光柵成像，完成每只管芯由點(diǎn)到線(xiàn)的顯示，封裝技術(shù)較為復雜。

半導體pn結的電致發(fā)光機理決定LED不可能產(chǎn)生具有連續光譜的白光，同時(shí)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(shí)借助熒光物質(zhì)，藍或紫外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(gè)組件外殼內，通過(guò)色光的混合構成白光LED。這兩種方法都取得實(shí)用化，日本2000年生產(chǎn)白光LED達1億只，發(fā)展成一類(lèi)穩定地發(fā)白光的產(chǎn)品，并將多只白光LED設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(chǎng)所接受，并獲得一定的市場(chǎng)份額，從引腳式封裝轉向SMD符合整個(gè)電子行業(yè)發(fā)展大趨勢，很多生產(chǎn)廠(chǎng)商推出此類(lèi)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(pán)式容器編帶包裝。在SOT-23基礎上，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(gè)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(wèn)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(shù)脂更少，并去除較重的碳鋼材料引腳，通過(guò)縮小尺寸，降低重量，可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，最終使應用更趨完美，尤其適合戶(hù)內，半戶(hù)外全彩顯示屏應用。

表3示出常見(jiàn)的SMD LED的幾種尺寸，以及根據尺寸(加上必要的間隙)計算出來(lái)的最佳觀(guān)視距離。焊盤(pán)是其散熱的重要渠道，廠(chǎng)商提供的SMD LED的數據都是以4.0×4.0mm的焊盤(pán)為基礎的，采用回流焊可設計成焊盤(pán)與引腳相等。超高亮度LED產(chǎn)品可采用PLCC(塑封帶引線(xiàn)片式載體)-2封裝，外形尺寸為3.0×2.8mm，通過(guò)獨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)光強度在50mA驅動(dòng)電流下達1250mcd。七段式的一位、兩位、三位和四位數碼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碼顯示器所需的手工插入與引腳對齊工序，符合自動(dòng)拾取—貼裝設備的生產(chǎn)要求，應用設計空間靈活，顯示鮮艷清晰。多色PLCC封裝帶有一個(gè)外部反射器，可簡(jiǎn)便地與發(fā)光管或光導相結合，用反射型替代目前的透射型光學(xué)設計，為大范圍區域提供統一的照明，研發(fā)在3.5V、1A驅動(dòng)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(wèn)題，因此，管殼及封裝也是其關(guān)鍵技術(shù)，能承受數W功率的LED封裝已出現。5W系列白、綠、藍綠、藍的功率型LED從2003年初開(kāi)始供貨，白光LED光輸出達1871m，光效44.31m/W綠光衰問(wèn)題，開(kāi)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(xiàn)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LED的1/10;可靠性高，封裝內部填充穩定的柔性膠凝體，在-40-120℃范圍，不會(huì )因溫度驟變產(chǎn)生的內應力，使金絲與引線(xiàn)框架斷開(kāi)，并防止環(huán)氧樹(shù)脂透鏡變黃，引線(xiàn)框架也不會(huì )因氧化而玷污;反射杯和透鏡的最佳設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(gè)新水平。

Norlux系列功率LED的封裝結構為六角形鋁板作底座(使其不導電)的多芯片組合，底座直徑31.75mm，發(fā)光區位于其中心部位，直徑約(0.375×25.4)mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時(shí)作為熱沉。管芯的鍵合引線(xiàn)通過(guò)底座上制作的兩個(gè)接觸點(diǎn)與正、負極連接，根據所需輸出光功率的大小來(lái)確定底座上排列管芯的數目，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)設計形狀進(jìn)行包封。這種封裝采用常規管芯高密度組合封裝，取光效率高，熱阻低，較好地保護管芯與鍵合引線(xiàn)，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。

在應用中，可將已封裝產(chǎn)品組裝在一個(gè)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(xiàn)之用，鋁芯夾層則可作熱沉使用，獲得較高的發(fā)光通量和光電轉換效率。此外，封裝好的SMD LED體積很小，可靈活地組合起來(lái)，構成模塊型、導光板型、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(cháng)、使用壽命等，因此，對功率型LED芯片的封裝設計、制造技術(shù)更顯得尤為重要。

7 LED發(fā)展及應用前景

近幾年，LED的發(fā)光效率增長(cháng)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、標志照明、信號顯示、液晶顯示器的背光源，汽車(chē)組合尾燈及車(chē)內照明等等方面，其發(fā)展前景吸引全球照明大廠(chǎng)家都先后加入LED光源及市場(chǎng)開(kāi)發(fā)中。極具發(fā)展與應用前景的是白光LED，用作固體照明器件的經(jīng)濟性顯著(zhù)，且有利環(huán)保，正逐步取代傳統的白熾燈，世界年增長(cháng)率在20%以上，美、日、歐及中國臺灣省均推出了半導體照明計劃。目前，普通白光LED發(fā)光效率251m/W，專(zhuān)家預計2005年可能超過(guò)3001m/W。功率型LED優(yōu)異的散熱特性與光學(xué)特性更能適應普通照明領(lǐng)域，被學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認為是LED進(jìn)入照明市場(chǎng)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(jià)格應明顯低于0.015/Im(現價(jià)約0.25$/Im，紅LED為0.065/Im)，要實(shí)現這一目標仍有很多技術(shù)問(wèn)題需要研究，但克服解決這些問(wèn)題并不是十分遙遠的事。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世紀新光源，有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強度氣體放電燈之后的第四代光源。

8 結束語(yǔ)

國內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(jiàn)推向市場(chǎng)。目前，完成GaN基藍綠光LED中游工藝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究，力爭在短期內使產(chǎn)品的性能指標達到國外同時(shí)期同類(lèi)產(chǎn)品的水平，力爭在較短時(shí)間內達到月產(chǎn)10kk的生產(chǎn)能力，開(kāi)發(fā)白光照明光源用的功率型LED芯片等新產(chǎn)品?？萍疾繉⑼度?000萬(wàn)元資金，啟動(dòng)國家半導體照明工程，注意終端產(chǎn)品，先從特種產(chǎn)品做起，以汽車(chē)、城市景觀(guān)照明作為市場(chǎng)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電銀膠，UNINWELL國際的6886系列導電銀膠就應運而生。它的成果將要服務(wù)于北京奧運會(huì )和上海世博會(huì )。無(wú)庸質(zhì)疑，產(chǎn)業(yè)鏈中的襯底、外延、芯片、封裝、應用需共同發(fā)展，多方互動(dòng)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。