倒装led封装与其散热分析

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1、-第1章绪论着温度升高而增加，显色指数相应更高。同时，正向电流引起PN结发热性损耗，PN结区域的温度升高。分析表明，温度每升高1℃，LED的亮度相应地减少约1%。尤其近年来，LED都在朝着芯片越来越小，电流越来越大的方向发展。虽然LED的光输出在初始前段会随着电流的增大而增加，呈正相关，但光效在持续下降，产生热量越来越高。目前很多单颗功率型LED的输入功率为1W，甚至达到2-5W，产生的热量集中在1-5mm2芯片区域，散热的问题就变得愈加严重，这就需要改进LED的封装结构。所以，LED封装设计的因素主要在于散热和出光。提高散热特性的方法包括采用散热性能更好的材料，例如大功率的陶瓷支架，垂直

2、芯片和倒装芯片，采用导热性能更好的银胶、锡膏或者共晶键合。提高光取出，即封装器件的外量子效率的方法包括使用折射率更高的硅胶，支架光学结构的设计与改进等。1.2.2倒装LED封装结构LED芯片变成灯具产品的关键环节是LED封装，LED封装是用高分子封装材料（如环氧树脂或者硅胶）将发光二极管密封在支架内，保护LED以及实现电学连接和光学输出。按芯片结构划分，LED封装可分为倒装LED芯片封装、正装LED芯片封装和垂直结构LED芯片封装，见图1.1。倒装LED封装相比正装LED芯片封装和垂直结构的LED芯片封装，具有以下优势：（1）其采用无金线键合设计，减少了因为金线断裂带来的风险，提高了可靠性

3、，并可以在更大的电流下使用，提高了lm/元，降低成本；（2）倒装LED封装的芯片发光的多量子阱区域离底部的基板更近，具有更短的散热距离，只有正装LED芯片封装和垂直LED芯片封装的1/3-1/4。同时芯片键合层采用锡膏或共晶方式，其导热系数为50-200W/(m·k)，比正装封装结构的绝缘胶层（导热系数小于1W/(m·k））高的多，很大程度上减小了热阻，提高了封装器件的可靠性和稳定性。3------第1章绪论蓝宝石衬底散热距离40um锡膏或共晶导热系数50-200W/(m·k)支架倒装LED芯片封装金线蓝宝石衬底散热距离140um绝缘胶导热系数小于1W/(m·k)支架正装LED芯片封装金线

4、硅或金属衬底散热距离140um锡膏、银胶或共晶导热系数2-200W/(m·k)支架垂直LED芯片封装图1.1倒装、正装、垂直芯片封装对比1.2.2倒装LED封装工艺和传统的正装LED封装工艺流程相比，倒装LED封装主要的不同在于用回流焊焊接锡膏或者共晶的方式代替焊接金线。基本封装工艺流程如图1.2。4------第1章绪论点锡膏回流焊点粉胶 扩片助焊剂共晶灌封装胶测试切割固化图1.2倒装LED封装基本工艺流程图1.2.2倒装LED分析现状1998年，LumiledsLighting公司第一个研发出倒装LED芯片（Flip-chip）的结构，到2001年，该公司的Wierer[5]等人制备出

5、倒装结构的AlGaInN-LED。和日本Nichia公司的正装蓝宝石LED芯片相比，FCLED芯片有很多的优势：（1）Flipchip的光是从蓝宝石衬底面取出，而正装LED芯片从Ni/Au（现在为氧化铟锡）电流扩散层取出，Ni/Au电流扩散层具有较大的光吸收特性。同时电流扩散层不需要出光，其可以采用电流扩展性更好的材料，同时可增加厚度来提高电流密度；（2）多量子阱层向下发出的光可被P电极下面的金属反射层反射回出光面，提高了光取出；（3）Flipchip结构还可以将多量子阱层的热量直接通过电极金属直接传导到LED支架，降低了封装器件的热阻，增强了封装LED器件的散热性能。与传统AlGaInN

6、-LED相比，倒装LED发光面积有着更大，电流扩展性能更加优异：可以在更高的电流，超过700mA下工作，有着更低的流明成本。相比传统正装LED相比，FCLED的光取出效率提高了1.5倍。蓝光FCLED的外量子效率约为21%，在200mA电流下，电能转换为光能的效率约20%，在1A时，光功率达到为400mW。2006年，同样是PhilipsLumiledsLighting公司的Shchekin等[6]人又报道称发明了TFFC-LED，一种新型的薄膜倒装LED。所谓薄膜倒装LED，就是用激5------第1章绪论光移除倒装LED的蓝宝石衬底。然后在暴露的N-GaN层表面光刻出粗化图形。然后在P

7、-GaN面通过打孔、填充金属电极方式制备了N电极，最后制备电极。这种薄膜结构的LED由于没有蓝宝石衬底，具有更高的光取出效率。与传统的倒装LED以及电流结构的LED相比，TFFC-LED具有更高亮度和更大的光取出效率的优势。在蓝光、绿光和白光条件下，对比TFFC-LED，VTF-LED、FC-LED的性能。蓝光下：1A的驱动电流，TFFC-LED的输出光功率191mW/mm2，而传统的倒装LED的光功率为100mW/mm