大功率白光LED封装设计与研究进展

封装设计、材料和结构的不断创新使发光二极管(LED)性能不断提高.从光学、热学、电学、机械、可靠性等方面,详细评述了大功率白光LED封装的设计和研究进展,并对封装材料和工艺进行了具体介绍.提出LED的封装设计应与芯片设计同时进行,并且需要对光、热、电、结构等性能统一考虑.在封装过程中,虽然材料(散热基板、荧光粉、灌封胶)选择很重要,但封装工艺(界面热阻、封装应力)对LED光效和可靠性影响也很大.     

大功率LED低热阻封装技术进展

散热是大功率LED封装的关键技术之一,散热不良将严重影响LED器件的出光效率、亮度和可靠性。影响LED器件散热的因素很多,包括芯片结构、封装材料(热界面材料和散热基板)、封装结构与工艺等。文章具体分析了影响大功率LED热阻的各个因素,指出LED散热是一个系统概念,需要综合考虑各个环节的热阻,单纯降低某一热阻无法有效解决LED的散热难题。文中还对国内外降低LED热阻的最新技术进行了介绍。     

大功率LED用封装基板研究进展

LED被称为第四代照明光源及绿色光源,近几年来该产业发展迅猛.由于LED结温的高低直接影响到LED的出光效率、器件寿命和可靠性等,因此散热问题已经成为大功率LED产业发展的瓶颈.文章阐述了大功率LED基板的封装结构和散热封装技术的发展状况,从基板的结构特点、导热性能及封装应用等方面分别介绍了金属芯印刷电路基板、覆铜陶瓷...     

新型封装材料与大功率LED封装热管理

高效散热封装材料的合理选择和有效使用是提高大功率LED(发光二极管)封装可靠性的重要环节。在分析封装系统热阻对LED性能的影响及对传统散热封装材料性能进行比较的基础上,阐述了金属芯印刷电路板材料、金属基绝缘板材料、陶瓷基板材料、导热界面材料和金属基复合材料结构特点、导热性能及其封装应用实例。指出了封装材料的研究重点和亟待解决的问题。     

LED封装中的散热研究

文章论述了大功率LED封装中的散热问题,说明它对器件的输出功率和寿命有很大的影响,分析了小功率、大功率LED模块的封装中的散热对光效和寿命的影响。对封装及应用而言,增强它的散热能力是关键技术,指出对大功率LED和LED模块散热设计很重要,因为大功率白光LED的光效和寿命取决于其散热。目前大功率LED的重点是提高散热能力,说明封装结构和封装材料在提高大功率LED散热中的影响,LED模块的散热是未来的重点。通过选用高热导率材料可以使温度得到显著控制,重点论述了封装的关键技术,最后指出了未来LED封装技术的发展趋势。     

照明用大功率LED的封装与出光

研究了照明用大功率LED封装对出光的影响,分析了大功率LED封装结构对提高外量子效率的影响,同时比较了不同LED封装材料对LED出光的影响。提出了用左手材料替代目前广泛采用的电极和封装材料的大功能LED封装思路,并分析了其可行性。     

功率型LED封装技术

随着LED芯片输入功率的提高,带来了大的发热量及要求高的出光效率,给LED的封装技术提出了更新更高的要求,使得功率型LED的封装技术成为近年来的研究热点.首先介绍了几种主要的功率型LED封装结构,对功率型LED封装过程的关键技术,如荧光粉涂覆技术、散热技术、取光技术、静电防护技术等及未来发展方向进行了描述.指出功率型LED封装应选用新的封装材料,采用新的工艺和新的封装理念来提高LED的性能和光效,延长使用寿命,以推进LED固体光源的应用.     

大功率白光LED封装结构和封装基板

随着LED在照明领域的不断发展,功率和亮度不断提高,尤其是大功率白光LED的出现,热问题成为制约LED进一步发展的关键问题。介绍了大功率白光LED引脚式封装、表面贴装式(SMT)、板上芯片直装式(COB)和系统封装式(SiP)封装结构和金属、金属基复合以及陶瓷封装材料。重点阐述了金属芯印刷电路板(MCPCB)、金属基复合材料板以及陶瓷基板(如厚膜陶瓷基板、薄膜陶瓷基板、低温共烧陶瓷基板)等应用于大功率白光LED的封装基板,对各个基板的特点和散热能力进行了分析和对比。最后对大功率白光LED封装结构和封装基板的发展趋势进行了展望。     

大功率LED封装基板技术与发展现状

散热是大功率LED封装的关键技术之一,散热基板的选用直接影响到LED器件的使用性能与可靠性.文章详细介绍了LED封装基板的发展现状,对比分析了树脂基板、金属基板、陶瓷基板、硅基板的结构特点与性能.最后预测了今后大功率LED基板的发展趋势及需要解决的问题.     

大功率LED的寿命与散热技术的研究进展

介绍了大功率发光二极管(LED)的工作原理,总结和分析了国内外文献中关于电流、结温与环境湿度对大功率LED寿命影响的研究进展,指出结点温度是决定LED寿命的最重要因素,详细评述了国内外关于大功率LED的界面热阻优化、封装热沉和散热基板设计两个方面的研究进展,为改良LED散热结构和延长大功率LED的使用寿命提供了有效的理论依据及研究方向.     

Design and Simulation of High-power LED Array Packaging

Thermal management is one of the key technologies for high-power Light emitting diode（LED） entering into the general illuminating field. Successful thermal management depends on optimal packaging structure and selected packaging materials. In this paper, the aluminum is employed as a substrate of LED, 3×3 array chips are placed on the substrate, heat dissipation performance is simulated using finite element analysis（FEA） software, analyzed are the influences on the temperature of the chip with different convection coefficient, and optical properties are simulated using optical analysis software. The results show that the packaging structure can not only effectually improve the thermal performance of high-power LED array but also increase the light extraction efficiency.     

硅衬底结构LED芯片阵列封装热可靠性分析

LED阵列封装是高密度电子封装的解决方案之一,LED的光集成度得到提高,总体输入功率提高,但同时其发热量大,封装结构如果不合理,那么在温度载荷下各层材料热膨胀系数的差异将会导致显著的热失配现象,从而将会大大缩短LED的寿命。为此,兼顾散热和封装的可靠性设计与表面贴装式将芯片直接焊接在铝基板上不同的是采用硅衬底过渡,同时在硅衬底上布置电路这一结构。这种结构的优点是可以通过硅衬底的过渡来降低热失配对封装结构的影响,同时硅衬底作为电路层则省去了器件引脚。通过对4×4的LED芯片阵列结构进行有限元模拟,分析了温度对带有硅衬底的LED芯片阵列封装可靠性影响,同时对硅衬底进行分析和总结。     

基于COB技术的LED散热性能分析

当前,散热问题已成为影响LED寿命、光效、光衰和色温等技术参数的重要因素。文章在综合分析散热技术和LED封装对散热性能影响的基础上,利用COB(板上芯片)封装技术,将LED芯片直接封装在铝基板上,研制成了一种基于COB封装技术的LED。与SMD封装LED进行比较,分析了其散热性能。分析结果表明:基于COB封装技术的LED减少了LED器件的结构热阻和接触热阻,使其具有良好的散热性能。     

大功率LED封装有限元热分析

介绍了有限元软件在大功率LED封装热分析中的应用,对一种多层陶瓷金属(MLCMP)封装结构的LED进行了热模拟分析,比较了不同热沉材料的散热性能,模拟了输入功率以及强制空气冷却条件对芯片温度的影响.结果表明当达到热稳态平衡时,芯片上的温度最高,透镜顶部表面的温度最低,当输入功率达到3 W时,芯片温度超过了150℃,强制空冷能显著改善器件的散热性能.     

基于热电制冷的大功率LED散热性能分析

提出了一种新型的基于热电制冷的大功率LED热管理方法。这种大功率LED阵列模块采用板上封装技术制造。为了解决散热问题,采用了热电制冷器将LED芯片产生的热量转移到周围的环境中。利用热电偶测量了大功率LED阵列模块在不同工作条件下的温度分布,LED的光学性能则通过光强分布测试仪来测试。结果表明,这种采用热电制冷的大功率LED阵列封装模块能够显著降低器件的工作温度,与不采用热电制冷器相比,基板温度能够降低36％以上,光学性能测量表明LED阵列模块的发光效率达到30．18lm／W。     

LED芯片DBR反射镜优化设计

讨论了反射镜反射率对LED光提取效率的影响,并基于芯片与封装协同设计的原理,针对蓝光和黄光波段,通过TFcalc膜系仿真软件设计和优化了分布式布拉格反射镜(DBR)膜系。仿真结果表明,单堆栈DBR结构最大反射带宽为134nm,而双堆栈DBR结构最大反射带宽可拓展至216nm。利用参考波长红移的方式,可以缓解DBR反射特性随入射角度增加而出现的反射谱线蓝移现象。金属增强型DBR结构能够减小反射偏振效应,提高反射带宽和平均反射率,并能够减小DBR厚度,从而显著改善芯片的散热性能。     

A statistical study to identify the effects of packaging structures on lumen reliability of LEDs

The development of high-power light-emitting diode (LED) devices has been bedeviled by the reliability problems. And most reliability issues are caused by the packaging materials rather than the chips. However, which packaging material is the most influential remains unrevealed. To answer this question, a statistical method was introduced in this paper. Optical simulations were conducted to calculate the optical output power of LED package according to the orthogonal experimental design. Range and variance analyses were carried out to determine the significance of the relevant factors on the LED's light output. The results showed that the dome lens among the non-luminescent packaging materials had the most significance in affecting the light output. It is concluded that this method is useful in detecting the most significant part of LED packaging materials during the development of new packaging structures and is beneficial for enhancing the whole reliability of LED package effectively.     

带有TSV的硅基大功率LED封装技术研究

介绍了一种带有凹槽和硅通孔(through silicon via,TSV)的硅基制备以及晶圆级白光LED的封装方法。针对硅基大功率LED的封装结构建立了热传导模型,并通过有限元软件模拟分析了这种封装形式的散热效果。模拟结果显示,硅基封装满足LED芯片p-n结的温度要求。实验结合半导体制造工艺,在硅基板上完成了凹槽和通孔的制造,实现了LED芯片的有效封装。热阻测试仪测得硅基的热阻为1.068K/W。实验结果证明,这种方法有效实现了低热阻、低成本、高密度的LED芯片封装,是大功率LED封装发展的重要方向。     

基于TRIZ理论的LED背光源散热研究

介绍了TRIZ理论的基本原理和方法,运用矛盾冲突矩阵对液晶显示器LED背光源的散热问题进行了分析。由于LED背光源散热问题属于物理矛盾,在结合TRIZ理论科学效应和现象知识库的基础上,提出了基于条件分离的LED背光源散热问题的解决方案。理论分析和模拟计算结果表明,利用半导体的帕尔帖效应对背光源进行散热能获得非常理想的散热效果。     

Status and prospects for phosphor-based white LED packaging

The status and prospects for high-power, phosphor-based white light-emitting diode (LED) pack-aging have been presented. A system view for packaging design is proposed to address packaging issues. Four aspects of packaging are reviewed: optical control, thermal management, reliability and cost. Phosphor materials play the most important role in light extraction and color control. The conformal coating method improves the spatial color distribution (SCD) of LEDs. High refractive index (RI) encapsulants with high transmittance and modified surface morphology can enhance light extraction. Multi-phosphor-based packaging can realize the control of correlated color temperature (CCT) with high color rendering index (CRI). Effective thermal management can dissipate heat rapidly and reduce thermal stress caused by the mismatch of the coefficient of thermal expansion (CTE). Chip-on-board (COB) technology with a multi-layer ceramic substrate is the most promising method for high-power LED packaging. Low junction temperature will improve the reliability and provide longer life. Advanced processes, precise fabrication and careful operation are essential for high reliability LEDs. Cost is one of the biggest obstacles for the penetration of white LEDs into the market for general illumination products. Mass production in terms of CoB, system in packaging (SIP), 3D packaging and wafer level packaging (WLP) can reduce the cost significantly, especially when chip cost is lowered by using a large wafer size.