1 大功率LED的现状以及热效应对大功率LED的影响
LED光电产业的特点能够与市场的需求相适应, 在各国发展过程中是重点进行研究的领域。各种各样的应用产品都在无形当中使用了非常多的LED器件, 比如说一些LED的照明设备、电脑等消费类电子产品的背光源、逐步发展起来的LED路灯、LED交通信号指示灯等, LED器件是否能够长期稳定的工作决定了LED产品运用的性能。
从单个LED的角度进行分析可以发现, 若是热量在尺寸相对较小的芯片当中集中, 但是不能把这些热量有效的排出, 就会造成芯片出现温度快速升高的情况, 造成非均匀的热应力分布的问题, 在芯片发光效率出现大幅度的下降。通过相关研究可以发现, 在实际操作的过程中, 如果温度达到一定的阈值就会产生器件可靠性大幅度下降的问题, 这个时候如果正在使用的元件的温度每上升2℃, 就会导致其可靠性出现10%的下降, 为了保证器件的寿命符合相关规范的要求, 一般情况下, 一定要对pn结的温度进行控制, 保证其温度处于在110℃以下, 随着pn节产生温升等一系列问题, 白光LED的发光波长也会出现一定的变化, 会产生红移的情况, 通过相关研究可以发现, 如果大功率LED的温度一直处于100℃以下, 那么出现波长红移大约处在4nm到9nm之间。这样就可能让LED发光的强度减少, 最终的结果是导致白光的色度逐步变差。如果这种情况出现在室温周围, 那么每上升l℃, LED的发光强度就会下降大约l%, 如果器件的温度逐步上升, 当其温度处于120℃的时候, 其亮度的下降率将会达到35%。
2 大功率LED封装设计流程
2.1 前期准备
在进行大功率LED封装的时候, 一定要在前期就进行相应的准备工作和活动, 需要对原材料的各种准备工作进行充分的关注, 这在总体工作当中是非常重要的一个环节。
2.2 设计环节分析
2.2.1 固晶
固晶环节的主要作用是把LED晶片通过胶在LED支架上做好固定工作, 通常条件下, 固晶胶需要保存在-40℃的条件下, 需要进行使用时, 通过针孔吸入绝缘胶, 在常温下进行三十分钟的存放, 等到醒胶工作完成之后将其放置在固晶机胶盘当中, 利用自动化技术进行搅拌。
在整个扩晶的流程当中, 需要把晶片膜放到母环当中, 把原有的0.1mm的晶片逐步扩大到0.6毫米。将扩晶流程完成之后, 接下来需要操作的就是固晶的工作, 在使用之前一定要注意把LED支架通过压缩空气进行充分的清洁, 注意清理一些小杂质, 接着再将其放入到夹具当中, 调节相关的位置, 还有固晶胶的参数。由于在使用的过程中, 固晶绝缘胶的反射能力不强。因此在操作的过程中会吸收周围的光线, 因此如果出现固晶绝缘胶用量较大时会导致环境中光通过量减少的情况, 如果通过的光线太少则影响晶片的粘稠度。
2.2.2 金丝键合工艺
在金丝键合的过程中, 电气放电系统产生电火花, 那么在磁嘴的外部出现的金线就会在此过程中受到大量的热而融化, 产生一些圆球的形状, 接着会慢慢的沉降, 把球星的金属固定到LED支架当中。需要保证压力合适, 并且环境当中具有超声波发射系统, 与此同时还要对地板进行加热。镀银层和支架金属的塑性都相对比较强, 因此会产生形变等情况, 再进行第二焊点球操作的过程中, 磁嘴通常条件下会向芯片电极处进行移动, 利用放电的形式对电极焊合金线进行对接, 与此同时会向芯片电极处进行移动, 在此过程中可以很好的完成送线的工作, 因为超声波和热力的共同作用, 以及磁嘴外部所施加的一些压力, 金线出现了线弧, 接着扯线的时候, 金线会自行断裂。
2.2.3 荧光粉涂覆和烘烤
在荧光粉涂覆的过程中, 使用最广泛的是点胶涂覆法, 点胶涂覆法在规模化生产方面具有非常明显的优势, 另外生产的过程相对比较简便, 然而无法在实际操作的过程中进行准确的定位和控制, 这个缺陷造成点胶涂覆法没有很强的重复使用性, 另外产品的一致性由于沉淀的影响无法达到较高的水准。
在进行荧光粉涂覆的时候, 往往会产生大量气泡的情况。这就导致大功率LED灯珠在使用的时候因为受热的问题产生膨胀现象, 如果空气以及硅胶的膨胀系数不同就有可能造成气体膨胀的问题, 如果情况严重, 还会导致硅胶弹性体出现撕裂的情况, 在很大程度上影响大功率LED的可靠性。
3 大功率LED封装方案的优化
在选择LED封装衬底的时候, 可选择的材料很多, 这些材料的特点在于具有非常好的导热性能, 能够让散热的速度加快。通常条件下, 会使用一些铜、铝等金属材料, 进行散热器的制作, 加快散热。当前的研究重点在于利用压电陶瓷进行压电散热器的制作, 将大量的热量利用振动的方法进行消耗。
一般条件下, 大功率LED器件的总热阻指的主要是PN结在向外界环境进行散热的过程中, 出现在热路上, 若干个热沉的热阻叠加的总和。这些热沉会在一定程度上对传热产生非常大的影响。所以, 可以发现让传导路径中的热沉数量得到控制非常重要, 需要通过一些工艺, 比如说薄膜工艺, 需要把一些必要的接口热沉、绝缘层进行重点设计, 在一些导热性能比较好的金属散热器上进行设计。可以合理的控制LED工作过程中的总热阻, 能够让大功率LED封装的散热性能大幅度提高。
结束语
伴随当前功率型LED的亮度逐步提高, 需要更大的驱动电流, 让散热问题很好的解决逐步成为大功率LED产业发展的目标。总而言之, 需要让大功率LED封装的热阻更低、具有良好的散热性能, 这也是以后封装技术发展过程中的关键。
摘要：当前, 大功率LED在生产、生活中已经得到了非常广泛的应用, 节能效果非常明显。我国是一个非常重要的LED封装生产国家, 我国LED产业发展获得了很大的进步, 让LED的器件封装质量逐步提高, LED的应用产品也开始逐步进行标准化的生产。如何让大功率LED的散热能力提高, 是当前LED器件封装以及应用过程中需要快速解决的一个重要问题, 本文重点分析和研究大功率LED封装工艺设计及优化, 以供参考。
关键词：大功率LED,散热,封装
参考文献
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