学习单元2 LED制作与封装.ppt

2.1 LED的衬底材料 蓝宝石衬底 　 硅衬底 目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触和 V接触。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。 碳化硅衬底 碳化硅衬底（美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。 三种衬底性能比较 2.2 LED外延工艺技术 2.3 LED的芯片技术 2.4 LED的封装技术 2.5 白光LED技术 2.6 LED的散热技术 2.功率型LED封装技术 1 LED的封装形式与结构 提纲 1 LED的封装形式与结构 Lamp-LED早期出现的是直插LED，它的封装采用灌封的形式。 1） Lamp-LED封装 2） SMD封装 表面贴装技术 SMT 应用于LED生产始于20世纪80年代，表面贴装是LED一种重要的封装形式。 表面贴装LED与其他表面贴装器件 SMD 一样，适合于自动化大规模生产，并且适应电子整机产品轻薄短小的发展要求。 侧光型、高亮度型 13.6 8 3.1 X 1.7 1206 11.2 6 2.1 x 1.35 0805 向0402发展 8.5 5 1.7 X 0.9 0603 双色和三色组合封装 8.5 5 3.2 X 2.8 PLCC-4 单芯片有利于散热 17 lO 3.2 X 3.0 PLCC-2 说明 最佳观察距离（m） 最小间距 外形尺寸 封装形式 表面贴装LED的有关尺寸 3 多芯片集成封装 目前大尺寸芯片还存在散热和发光均匀 性及发光效率下降等问题。由于小芯片 工艺相对成熟，将多个小尺寸芯片高 密度地集成在一起封装而成的功率型 LED，可以获得较高的光通量。 2.功率型LED封装技术 功率型LED 功率型LED封装技术 功率LED的热学计算 热传导理论 其中Δt为温度差，P为流过介质热量，λ为热导系数，Α为热导面积，δ为介质厚度 LED芯片 芯片粘接剂 热沉 电路基板 温度计算 一颗1mm*1mm*0.1mm的LED芯片，热功率为1W，通过硅胶与封装基板连接，硅胶层厚度20um，热导率1W/K*m，求硅胶上下面温度差。 相同的芯片，通过银胶与封装基板连接，银胶层厚度20um，热导率6W/K*m，计算该上下面温度差。 封装基板 目前常见的大功率LED封装基板有PCB、MCPCM金属覆铜板、Al2O3陶瓷和AlN陶瓷。 类型 热导率 W/mk 膨胀系数 ppm/K 耐热性能 PCB 0~3 15 300℃/120s 金属覆铜板 1~5 22 288℃/30s 陶瓷 基板 氧化铝 ~20 7 500℃ 氮化铝 ~180 5 500℃ 各类封装基板比较 2人造白光的合成 3白光LED的实现方法 1可见光光谱与白光LED的关系 提纲 4白光LED存在的问题及对策 5荧光材料 6白光LED的特性 1可见光光谱与白光LED的关系 2人造白光的合成 白光的合成 3白光LED的实现方法 1）荧光粉转换 PC LED 蓝光InGaN LED的结构 InGaN/YAG白光LED的结构 InGaN/YAG白光LED制作工艺流程 20mA、250C时的白光LED的光谱 白光LED和其他可见光LED的色坐标 蓝光LED芯片配合YAG荧光粉获得白光LED的方法的 优点是：结构简单，成本较低，制作工艺相对简单，而且YAG 荧光粉在荧光灯中应用了许多年，工艺比较成熟。 该实现方法的缺点主要有： （1）因蓝光LED的效率还不够高，致使白光LED的光效较低。 （2）用短波长的蓝光激发YAG荧光粉产生长波长的黄光，存 在能量损耗。 （3）荧光粉与封装材料随着时间老化，导致色温漂移和寿命 的缩短。 （4）难以实现低色温（白光偏向暖色），显色指数一般较低 70～80 。 （5）光色随电流变化，易出现月晕现象。 （6）功率型白光LED还存在空间色度均匀性等问题。 2 三基色荧光粉转换 PC LED 三基色PC LED能在较高发光效率 的前提下，有效地提升LED的显色 性。三基色光源的最佳组合波长为 450nm、540nm和610nm，这一 组合可以通过部分被吸收的 AlInGaN芯片的蓝光和适当 的绿光和橙黄光两种荧光粉来实现。 LED的发光频与电流关系 两种白光LED的注入 电流与色度的依存关系 3）多芯片 MC 白光LED（三基色RGB合成） 除了利用蓝光LED配合红色、绿色荧光粉