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LED封装技术:热量管理引发了怎样的变化?

http://www.ledp.hc360.com2017年08月17日09:25 来源:CNLED网T|T

    慧聪LED屏网报道    

  LED作为封装产品出售,主要原因是LED芯片裸露很容易碎,封装起到保护作用,免受损坏。标准化的封装也让厂商在生产线上更容易操作。但是,还有另外一个考虑:LED的效率只有40%左右,这意味着剩余的60%都以热量的形式流出。

  与任何电子设备一样,太多的热量可以造成严重的损坏,因此需要尽快去除。这就是热量管理之所在。

  随着LED在功率上的增加而尺寸却在缩小,热量管理成为LED封装的一个重要方面。固态照明(SSL)行业长期一直在处理高功率LED的热量挑战,但最新的芯片级封装(CSP)又引入了全新的热量设计挑战。

  LED封装进化

  早期的LED使用通孔封装,将芯片安装在支架上,并用环氧树脂透镜封装。然后将支架的正负极通过印刷电路板(PCB)的通孔焊接。这种类型的封装在LED的早期是普遍存在的,并且现在仍然用于功率指示器的应用。

  随着自动化程度的不断提高,制造商需要能够轻松表面贴装的LED,特别是用于电视和显示器的背光应用,这直接导致了引脚式封装(PLCC)LED 的出现,特别是低功率和中功率LED。这些标准化的PLCC LED成为了自己成功的牺牲品,因为制造量太大,造成了供过于求的现象,直到今天还在影响中。

  因此,LED制造商不得不寻找新市场以出售PLCC LED,特别是新兴的普通照明市场。

  中功率PLCC LED非常适用于更换灯泡和灯管照明应用,从而有助于降低LED照明的价格(图1)。由于LED厂商大量推出LED,加上禁止诸如白炽灯等低效技术的新规定,为LED照明走向主流创造了完美的环境。

  大功率LED

  随着市场的发展,对更小、更高功率器件的要求也在增加,比如汽车前照灯和聚光灯等应用。这又给LED制造商带来了新的挑战:如何让LED芯片足够冷,可以有效地运行?PLCC的设计并不具有足够的导热性,而通孔设计能有效地导热,但是它们不能表面贴装,因此缺乏可扩展性。

  行业于是转向将LED芯片用密封剂覆盖,安装在导热但需要电隔离的基板上。这些基板由氧化铝(Al₂O₃)或氮化铝(AlN)制成,并提供所需的散热能力,同时保证容易表面贴装。这些大功率LED(HP LED)提供了完美的解决方案,但是有一个明显的缺点:成本,因为AlN的成本则尤其高。

  行业所面临的困境是如何降低中高功率LED的成本,同时不影响标准化封装的热量要求和SMT优势。

  从陶瓷封装LED到CSP

  一段时间之前,一般半导体行业通过切换到芯片级封装技术来处理类似的挑战。为了制造CSP LED,倒装芯片结构基座的p和n节点需金属化处理,顶部和侧面用磷光体覆盖。图2描绘了不同的LED架构。

  CSP成品必须不能超过芯片本身的20%以上,才能作为CSP(下一级是晶圆级封装,WLP,其封装必须与芯片尺寸相同)。显然,传统的中高功率LED的元件必须要去除,以便缩小到CSP LED。对于HP LED,陶瓷基板和透镜必须要去除,而对于PLCC,整个芯片的外壳要去除。

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  图2 中功率LED、大功率LED和CSP LED的结构有很大差异

责任编辑:韩素云

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