各种电子封装工艺技术

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1、电子封装由于结构和工艺复杂，并直接影响到的使用性能和寿命，一直是近年来的研究热点，特别是白光电子封装更是研究热点中的热点。电子封装的功能主要包括：1.机械保护，以提高可靠性；2.加强散热，以降低芯片结温，提高性能；3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布；4.供电管理，包括交流/直流转变，以及电源控制等。　　电子封装方法、材料、结构和工艺的选择主要由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。经过40多年的发展，LED电子封装先后经历了支架式(LampLED)、贴片式(SMDLED)、功率型LED(PowerLED)等发展阶段。随着芯片功率的增大

2、，特别是固态照明技术发展的需求，对电子封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。为了有效地降低电子封装热阻，提高出光效率，必须采用全新的技术思路来进行电子封装设计。二、电子封装关键技术　　电子封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面，如图1所示。这些因素彼此既相互独立，又相互影响。其中，光是LED电子封装的目的，热是关键，电、结构与工艺是手段，而性能是电子封装水平的具体体现。从工艺兼容性及降低生产成本而言，电子封装设计应与芯片设计同时进行，即芯片设计时就应该考虑到电子封装结构和工艺。否则，等芯片制造完成后，可能由于电子封装的需要对芯片结构

3、进行调整，从而延长了电子产品研发周期和工艺成本，有时甚至不可能。 具体而言，电子封装的关键技术包括：（一）低热阻电子封装工艺　　对于现有的光效水平而言，由于输入电能的80％左右转变成为热量，且芯片面积小，因此，芯片散热是电子封装必须解决的关键问题。主要包括芯片布置、电子封装材料选择（基板材料、热界面材料）与工艺、热沉设计等。　　电子封装热阻主要包括材料（散热基板和热沉结构）内部热阻和界面热阻。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括硅、金属（如铝，铜）、陶瓷（如，AlN，SiC）和复合材料等。如Ni

4、chia公司的第三代LED采用CuW做衬底，将1mm芯片倒装在CuW衬底上，降低了电子封装热阻，提高了发光功率和效率；LaminaCeramics公司则研制了低温共烧陶瓷金属基板，如图2（a），并开发了相应的电子封装技术。该技术首先制备出适于共晶焊的芯片和相应的陶瓷基板，然后将芯片与基板直接焊接在一起。由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路及控制补偿电路，不仅结构简单，而且由于材料热导率高，热界面少，大大http://www.dianzifengzhuang.com提高了散热性能，为阵列电子封装提出了解决方案。德国Curmilk公司研制的高导

5、热性覆铜陶瓷板，由陶瓷基板（AlN或）和导电层（Cu）在高温高压下烧结而成，没有使用黏结剂，因此导热性能好、强度高、绝缘性强，如图2（b）所示。其中氮化铝（AlN）的热导率为160W/mk，热膨胀系数为（与硅的热膨胀系数相当），从而降低了电子封装热应力。　　研究表明，电子封装界面对热阻影响也很大，如果不能正确处理界面，就难以获得良好的散热效果。例如，室温下接触良好的界面在高温下可能存在界面间隙，基板的翘曲也可能会影响键合和局部的散热。改善电子封装的关键在于减少界面和界面接触热阻，增强散热。因此，芯片和散热基板间的热界面材料（TIM）选择十分重要。电子封装

6、常用的TIM为导电胶和导热胶，由于热导率较低，一般为0.5-2.5W/mK，致使界面热阻很高。而采用低温或共晶焊料、焊膏或者内掺纳米颗粒的导电胶作为热界面材料，可大大降低界面热阻。（二）高取光率电子封装结构与工艺　　在使用过程中，辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失，主要包括三个方面：芯片内部结构缺陷以及材料的吸收；光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失；以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射损失。因此，很多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶)，由于该胶层处于芯片和空气之间，从而有效减少了光子在

7、界面的损失，提高了取光效率。此外，灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护，应力释放，并作为一种光导结构。因此，要求其透光率高，折射率高，热稳定性好，流动性好，易于喷涂。为提高电子封装的可靠性，还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高，折射率大，热稳定性好，应力小，吸湿性低等特点，明显优于环氧树脂，在电子封装中得到广泛应用，但成本较高。研究表明，提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子损失，提高外量子效率，但硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率

8、降低，从而影响光效和光强分布。　　荧光粉的作用在于光色复合，形成白光。其特性主要