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【极智课堂】华led灯珠作用中科技大学陈明祥:

统佳光电

当前,新型冠状病毒仍在连续,对于财产及企业造成为了必然水平的影响,也牵动着各行各业人们的心。在此形势下,中国半导体照明网、极智头条,在国度半导体照明工程研发及财产同盟、第三代半导体财产技能立异战略同盟引导下,开启疫情时期常识分享,帮忙企业解答迷惑。助力咱们LED照明企业以及财产共克时艰!

本期,咱们约请到华中科技年夜学传授陈明祥带来了“紫外深紫外 LED 封装技能研发”的出色主题分享,如下为重要内容:

1、电子封装技能

1.电子封装:从芯片到器件或者体系的工艺历程

电子封装重要功效

1)机械掩护:机械支撑与掩护、防潮防尘防振等(气密封装)

2)电互连:供电、旌旗灯号传输与节制

3)散热:功率器件(LED/LD/CPV等)、三维集成、高温情况等

4)导光布局:降低光损,提高光效

重要技能难点包孕:多种质料,差别工艺,有限空间,实现特定功效、靠得住性与成本。

电子封装技能成长

1)分立器件封装:少引脚,金属或者陶瓷封装,如 TO 封装。

2)集成电路(IC)封装:多引脚,低功率,塑料封装,低成本。

3)传感器封装(MEMS):小尺寸、多品种、气密封装。

4)光电器件封装(LD/LED/PV等):光电转换、功率器件、散热、出光等。

5)电力电子器件封装(IGBT等):年夜功率器件:年夜电流、散热、靠得住性。

成长趋向重要为:小型化、集成化、多功效化。

2、白光LED封装技能

1.LED 封装LED芯片到灯具的全工艺历程,阐扬着承上起下的作用

1)光学方面:  提高光效与质量(光色、匀称性等);

2)热学方面:  散热,提高机能与使用寿命;

3)电学方面:  电源驱动与智能节制;

4)机械支撑与掩护(靠得住性)。

重点:需要少发烧,高发光;协同设计(Co-design);DFXDesign for X),高品质、可制造性(工艺)、靠得住性、成本(30-60%)。

2.白光LED封装技能难题

1)多种质料(半导体、金属、高份子、陶瓷等);

2)多步工艺(固晶、焊线、涂胶、安装透镜、固化等);

3)多外貌界面(热学界面、光学界面);

4)led灯珠贴片价格多能域耦合(光、热、电、力学以及化学等);

5)多方针优化(低热阻、高光效、高品质、高靠得住与低成本等);

3.白光LED封装技能–出

光学设计:经由过程质料布局优化,提高光效、光形、匀称性与光色(全光谱)

4.白光LED封装技能–散热

热学设计:散热直接影响 LED 器件机能,包孕光强、光效、光色、靠得住性与成本等

1)设计:体系热设计(降低体系热阻)

2)布局:削减热界面数

3)质料:高导热基板与贴片(固晶)质料

4)工艺:降低界面热阻

封装基板

功效:

1)机械支撑(承载)

2)电互连(绝缘)

3)散热(功率器件)

质料

1)高份子(FR4 等)

2)金属(AlCu 等)

3)陶瓷(Al2O3AlN 等)

存在问题:

1)路线精度差(线宽线距年夜于100um),没法实现小型化;

2)不克不及垂直互连,体系集成度差;

3)新运用需求:功率器件(第三代半导体)、恶劣情况(高温高湿等)等;

4)市场需要开发一种高机能(高精度、垂直互连等)、低成本、真实的陶瓷电路板;

电镀陶瓷基板 DPCDirect Plating Ceramic

1)陶瓷质料长处:高导热、耐热、绝缘、抗腐化、抗辐射等;

2)半导体微加工技能,图形精度高(线宽线距可小于50 um),小型化;

3)激光打孔电镀填孔技能,实现垂直互联,满意集成化封装需求;

4)外貌金属层厚度可控(10-500um),满意年夜电传播输及散热需求;

5)低温制备工艺(300℃如下),防止了高温倒霉影响,降低制造成本;

DPC 基板技能发源于台湾,满意 LED 封装需求,经由过程产学研互助,实现财产化(量产工艺定制装备质量尺度)。

1)优化溅射镀膜工艺,提高金属陶瓷联合强度;

2)陶瓷通孔(60-120um)电镀技能,提高制品率;

3DPC 基板专用装备与夹具(陶瓷基板脆、薄、小尺寸等);

4DPC 基板检测技能与质量尺度;

5.白光 LED 封装技能靠得住性

靠得住性设计、测试与评估、掉效阐发

1LED 器件掉效成果:光衰、光灭、机械毁坏等;

2LED 器件掉效缘故原由:芯片、封装质料与工艺、电源、使用不妥、情况等;

3)热掉效是 LED 器件掉效重要缘故原由;

3、近紫外LED 封装技能

紫外光(UV)波长漫衍

封装质料:基板质料与透镜质料

基板质料,包孕金属基板:铝 237 W/m.K, 400 W/m.K,陶瓷基板:Al2O3 20-30 W/m.K, AlN 160-200 W/m.K

透镜质料:硅胶石英玻璃等(透光率、折射率、抗紫外老化等。

封装布局与工艺

封装技能特色

1)可接纳白光LED封装技能;

2)可以使用有机封装质料(抗紫外透镜质料以及粘接质料);

3)靠得住性问题:质料老化、器件掉效等;

对于于近紫外LED封装,有机质料能满意器件机能需求,但倒霉于在高温、高湿等恶劣情况下使用。

4、深紫外 LED 封装技能

1.深紫外 LED 封装技能

深紫外 LED 器件凡是是指<300 nm

克制使用有机质料

有机硅胶中羧基(-COOH)等化学键在深紫外光照射下发生光解征象,致使硅胶变质。

1)出光质料(透镜,导光质料);

2)粘接质料(非光路?);

实现气密封装

1)水蒸汽等渗入到LED芯片外貌,影响器件机能与靠得住性;

2)深紫外线与氧气反映孕育发生臭氧,影响出光效率?;

3)气密封装质料:玻璃、陶瓷、金属等;

2.深紫外 LED全无机气密封装

1)散热:陶瓷基板(含腔体、高导热);

2)出光:石英玻璃盖板(高光效);

3)焊接:金属焊料(高强度);

4)靠得住性:气密封装。

3.深紫外 LED 封装要害技能

1)准三维陶瓷基板制备:高热导率;含围坝布局(腔体)。

2)低温气密焊接:气密焊接(石英盖板陶瓷基板间高强度焊接,防止湿气、氧气等影响);低温焊接(防止芯片热毁伤)。

3)提高光效:降低玻璃盖板外貌光反射,提超出跨越光效率。

要害技能 1 – 准三维陶瓷基板制备

准三维陶瓷基板制备技能(1

1LTCC/HTCC 基板:丝网印刷多层重叠led灯珠十大品牌 + 烧结。

1)陶瓷围坝(腔体);

2)金属路线精度差;

3)热导率低,成本高;

4)可接纳平行缝焊技能。

2EPC 陶瓷基板(台湾阳升),EPC 基板厚膜陶瓷基板围坝。

1)陶瓷围坝(高温烧结);

2)路线层精度差(丝网印刷);

3)成本较高;

准三维陶瓷基板制备技能(2

5DPC 基板 = DPC 基板围坝。

粘结型准三维陶瓷基板

1)金属或者陶瓷围坝;

2)有机胶粘接:耐热性差;

3)无机胶粘接;

电镀围坝 DPC 陶瓷基板

1)金属围坝(电镀铜层 500-700um);

2)热导率高、图形精度高;

3)基板易翘曲(厚铜层);

4)成本较高;

准三维陶瓷基板制备技能(3

免烧陶瓷围坝准三维基板(武汉利之达)。

具有DPC基板长处、质料工艺成本低、围坝高度可调、低翘曲。

要害技能 2 - 低温气密焊接

总体加热焊接技能

1)高温对于 LED 芯片热毁伤;

2)高温影响固晶质量;

局部加热焊接技能

异质集成技能(低温)

金属陶瓷;金属半导体;玻璃半导体;陶瓷半导体;

物理键合(焊接)技能

高温、高压力、情况氛围(真空或者惰性气体掩护等);

气密性好,但工艺成本高,热应力年夜;

化学键合(粘接)技能

有机胶(502AB 胶等);

无机胶(水泥免烧陶瓷);

低温封装、应力小;

成本低(无需金属化);

气密性?;

要害技能 3 - 提高光效

提超出跨越光效率 – 外貌粗化

技能道理:玻璃外貌微纳布局粗化,按捺反射损耗,提超出跨越光效率。

提超出跨越光效率布局优化

5、紫外 LED 封装技能趋向

1.强化封装设计

1)协同设计:芯片封装运用(CPA)协同设计;光成本(OETC)协同设计;

2)不模仿,不上线:热学、光学与力学模仿,为靠得住性而设计;

3)封装技能要求:真空封装?气密封装!准气密封装!非气密封装?

4)靠得住性测试与评估:有用寿命?够用就行? 行业尺度!

2.研发封装新技能

1)封装质料:研发新型抗紫外质料,降低成本,提高靠得住性

2)封装布局:优化封装布局,提超出跨越光效率

3)封装工艺:新型低温或者局部加热焊接技能,提高靠得住性

3.批量出产技能,降低成本

小结

1)封装是光电器件制造要害工艺,直接影响器件机能与成本;

2)先容了白光 LED、紫外深紫外 LED 封装技能成长;

3)浅紫外LED可接纳白光 LED封装技能(质料布局工艺);

4)深紫外 LED 必需接纳全无机封装;

5)深紫外 LED在杀菌消毒范畴年夜有作为(水体空气外貌等);

6)靠得住性以及成本是影响深紫外 LED器件运用的重要因素;

7)成立尺度很主要,需要财产链上下流的共同努力;

团队简介

华中科技年夜学,医科、工科较强(机械、光电、电气等),3 家上市公司,6 个驻外财产研究院。武汉光电国度研究中央,侧重光电运用技能研发,包孕光通讯、激光、光伏、半导体照明等。

课题组简介

重要从事前进电子封装技能研发,近期研发内容以下:

1)进步前辈封装质料:DPC/2.5DPC 基板、荧光玻璃(PiG)、纳米焊膏等

2)进步前辈封装工艺:低温键合(从物理键合到化学键合)、三维封装等

3)封装技能运用:高温电子封装(第三代半导体)、白光深紫 LED封装、激光器 LD 封装、热电制冷器 TEC 封装等。

前后负担 20 多项国度以及省市级项目,获国度技能发现二等奖等。

可财产化技能研发:书架(论文专利)货架(财产化商品)

经费撑持:国度天然科学基金、国度重点研发规划;装发预研基金重点项目、科技部中小企业立异基金;湖北省技能立异重点项目、武汉科技结果转化庞大项目;武汉利之达科技有限公司(DPC 陶瓷基板)。

末了,也感激极智讲堂提供了一个精良平台,让咱们有时机跟各人分享一下课题组最近几年来在紫外或者深紫外LED封装研发方面的一些结果。也但愿可以更业界同仁更多交流。

问答环节

1.这次疫情对于本地财产及企业影响怎样?

陈明祥:影响必定是伟大的。很是期间,疫情是起首要解决的问题,然后多是企业的保存以及成长问题。信赖本地当局以及国度层面也会撑持财产以及企业成长。

2.蓝宝石是否可以代替石英玻璃?

陈明祥:蓝宝石可否代替出光盖板上的石英盖板,取决于两方面,一是蓝宝石的透光率,尤为是深紫外的波长规模内的透光率可否满意要求。二是成本,蓝宝石的成本今朝纷歧定比石英玻璃自制。

3.今朝紫外接纳锡膏固晶工艺,锡膏在以及陶瓷支架焊接历程中浮泛率怎样管控?别的,深紫外芯片今朝是倒装芯片,倒装芯片两个焊盘之间的GAP巨细对于器件热阻的影响有多年夜?反而言之,倒装芯片的热阻是否比垂直芯片还更高?

陈明祥:浮泛率的问题,思量到LED芯片自己的尺寸,好比年夜功率可能也就是一毫米乘一毫米,相对于来讲比力小,不太清晰影响有多年夜。据相识,对于于IGBT行业,芯片都是几毫米乘几毫米,这部门影响会相称严峻,处置惩罚要领在这个锡膏涂覆历程中,会有一个抽真空的工艺,甚至是回流历程中取真空状况,如许可以降低徊流历程焊料层的浮泛率问题。

两个焊盘之间的GAP巨细对于器件热阻应该照旧有一些影响,芯片底面面积有限,GAP越年夜,实施有用热传导或者者是电传导的空间面积就会比力小,内里会存在热的散热瓶颈问题,会有影响。影响怎样,今朝没有详细的数据。

3.深紫外LED可以或许引发荧光粉吗?封装是否是彻底不需要荧光粉了呢?

陈明祥:深紫外LED引发荧光粉假如是为了做白光,那末使用近紫外LED就充足了,相对于来讲光色匀称性,色温的选择更有上风一些。假如要用深紫外引发荧光粉做白光,可能不必,深紫外LED的成本、效率可能纷歧定有上风。

4.日本名城年夜学的氟树脂的深紫外封装进展怎样?可以或许比力不变吗?

陈明祥:氟树脂的上风是在深紫外波段上的透光率出格好,同时也可以耐受耐紫外,上风很较着。可是后续未看到相干报导,多是一个年夜学揭晓的论文,这两年也没有举行追踪。

不外,这应该是一个比力好的标的目的。今朝用全无机封装是由于此刻一些有机质料难以耐受深紫外高能量的一些影响。假如氟树脂可以或许耐受,又有很高的透光率,成本方面不是太高,也是可以的。不外今朝这部门市场有点小,假如这部门财产做起来,市场需求量年夜的话,也会是一个有用的解决要领。

6.今朝研发的免烧陶瓷基板是否可以量产?仍存在甚么问题?

陈明祥:正确说应该是免烧陶瓷围坝,这部门咱们应该已经经完成为了样品的一些测试,包孕耐热性、粘接性,此中也有一些问题。项目已经经举行了两三年,今朝在中试阶段,也少许提供应一些企业举行测试。此刻比力存眷的是气密性等问题,也包孕一些靠得住性测试。也但愿以及企业互助,封装之后从器件层面举行综合评价。

7.请问UVC芯片封装历程焊接有哪些体式格局,各自有甚么上风与劣势?

陈明祥:芯片焊接部门,据相识有两类,一个是用焊膏的工艺实现贴片的历程。二是针对于倒装的高精度要求,通常为接纳共晶技能,芯片自己必需要有邃密的共晶层。基板上也要有响应的金属布局二者匹配。

以是要讲求协同设计,做倒装共晶工艺,共晶层可以做在基板的焊盘上面,也能够做在芯片的底部。从成本角度,做在芯片底部会是一个比力好的选择,成本会低许多。要做这个工艺,必需对于芯片提出要求,好比共晶层是甚么质料?几多厚度?如何的工艺?然后针对于基板来作要求满意封装要求。

8. 模仿以及试验都很主要,怎样均衡试验以及模仿成果存在的差异性?

陈明祥:适才夸大设计事情、模仿事情的主要性,这内里有几个条件前提,一是模仿历程中,数据的输入必需是正确的,必需包管,不然,数据过错,模仿成果也是过错的。二是此刻技能成长,对于热的模仿相对于是比力正确的,好比温度漫衍等,应力方面相对于差一些。

不外,其主要之处在于可以提供一些趋向,好比哪些处所是温度是最高的,哪些处所会存在很年夜的局部高应力作用,然后在设计中,经由过程芯片的从头结构或者者是一些电路图的从头设计来降低局部的高温点,从而减缓一些局部应力,包孕孕育发生的一些翘区等。经由过程模仿可以发明趋向,从而优化咱们的设计。

至于试验以及模仿成果的差异性问题,小我私家以为试验成果应该是真正的,除了非仪器读数有过错,假如模仿成果有差异,应该从模仿来找缘故原由,好比查抄模仿状况怎样,输入的数据是否正确。应该经由过程试验来阐发模仿的正确性,把模子调解清楚以后,再选择另外工艺质料来验证其他环境,也就是重复试验,模仿等来重复验证鞭策工艺的优化。

9.深紫外LED此刻大都是作为分立器件来封装,那末与其他分立器件举行集成封装是不是未来的趋向?有哪些可能的标的目的?

陈明祥:小我私家以为可能不会是一个标的目的。好比TO封装,现实上体积很是年夜,很难满意此刻运用的需求,好比集成化、小型化的要求。那种板级的封装,从降低成本的角度,小型化、集成化都是可以满意的。

(文字按照直播内容编纂收拾整顿,略有删减)


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