1 引言
自從藍光LED 被發明以來,人們開始研發各種大功率白光LED封裝技術,希望白光LED能夠取代傳統的照明光源。目前市場上白光LED 生產技術主要分為兩大主流,第一為利用熒光粉將藍光LED或紫外LED 所產生的藍光或紫外光分別轉換為雙波長或三波長白光,此項技術稱之為熒光粉轉換白光LED;第二類則為多芯片型白光LED,經由組合兩種(或以上)不同色光的LED 組合以形成白光。第一種方法可得到中高色溫的白光,對于暖色溫顯色性較差。為了解決這一問題,通常加入紅色熒光粉,但紅色熒光粉的激發效率較低,導致整體光效偏低。
第二種方法需要分別給三種芯片供電,驅動電路復雜,且三種芯片的老化衰減不一致,長期工作會導致色溫偏移。
2 色溫可調LED的封裝
LED 的封裝技術實際上是借鑒了傳統的微電子封裝技術,但LED 有其獨特之處,又不能完全按照微電子封裝去做。整個LED 封裝工藝主要包括封裝原料的選取、封裝結構的設計、封裝工藝的控制以及光學設計與散熱設計,概括來講就是熱- 電- 機-光(T.E.M.O.),如圖1 所示,這是LED封裝的關鍵技術。
圖1 LED 封裝關鍵技術傳統的多芯片集成封裝多是將LED 芯片按照一定的規則固定在電路板上,如鋁基覆銅板、陶瓷電路板等,由于鋁基覆銅板、銅基覆銅板價格低廉而被廣泛應用,但它們也有固有的缺點。它們通常由電路層(銅箔層)、導熱絕緣層和金屬基層壓合而成,但導熱絕緣層的導熱系數極低,成為電路板的導熱瓶頸,導致電路板整體的導熱系數只有1.5W/m.K 左右。陶瓷電路板導熱性能好,但存在成本高、不宜加工、脆性較大等缺點,并且在LED器件整體成本中占的比重較高,其應用也受到了限制。為了解決上述問題,開發了一種LED封裝結構,在鋁基覆銅板的固晶位置開設窗口,需要焊線的位置放置焊盤,將一塊與鋁基覆銅板形狀一樣的鋁板貼于鋁基覆銅板之下,將LED芯片置于穿過窗口的區域上,這樣可大大提高LED的散熱性能。
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LED 的結構設計是關系封裝出的產品是否能夠滿足使用要求的基礎,本文設計的LED 主要包括:
封裝基板、藍光LED 芯片、紅光LED 芯片和黃綠色熒光粉,封裝基板由鋁基覆銅板和鋁板組成,如圖2 所示。
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良好的封裝工藝是決定器件性能、可靠性和壽命的關鍵。本文采用的方法為:封裝基板采用具有高導熱率的鋁基覆銅板和鋁板,芯片粘接在鋁板上,LED 芯片采用功率型W級正裝芯片,芯片與封裝基板采用高導熱的銀膠粘接(導熱系數大于25W/m.K),通過引線鍵合、涂熒光粉、固化等工藝完成整體封裝。