电子器件封装.ppt

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1、姓名：朱江专业：物理电子学课程：电子器件封装大功率LED散热封装技术Heat-ReleasePackageofHighPowerLEDs1、引言2、热效应对大功率LED的影响3、封装结构硅基倒装芯片（FCLED）结构金属线路板结构微泵浦结构半导体制冷结构4、发展趋势引言LED是一种注入电致发光器件，在外加电场作用下，电子与空穴的辐射复合而发生的电致作用将一部分能量转化为光能，即量子效应，而无辐射复合产生的晶格振荡将其余的能量转化为热能。对大于1W级的大功率LED而言。目前的电光转换效率约为15％，剩余的85％转化为热能，而芯

2、片尺寸仅为1mmx1mm-2.5mmx2.5mmm，意即芯片的功率密度很大。与传统的照明器件不同，自光LED的发光光谱中不包含红外部分，所以其热量不能依靠辐射释放。因此，如何提高散热能力是大功率LED实现产业化有待解决的关键技术难题之一。热效应对大功率LED的影响对于单个LED而言，如果热量集中在尺寸很小的芯片内而不能有效散出，则会导致芯片的温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。研究表明，当温度超过一定值时，器件的失效率将呈指数规律攀升，元件温度每上升2℃，可靠性将下降10%。为了保证器件的寿命

3、，一般要求pn结的结温在110℃以下。随着pn结的温升，白光LED器件的发光波长将发生红移。据统计资料表明，在100℃的温度下，波长可以红移4-9nm，从而导致YAG荧光粉吸收率下降，总的发光强度会减少，白光色度变差。在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应减少1％左右，当器件从环境温度上升到120℃时，亮度下降多达35％。当多个LED密集排列组成白光照明系统时，热量的耗散问题更严重。因此，解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。硅基倒装芯片（FCLED）结构传统的LED采用正装结构，上面通常涂敷一层环氧树脂

4、，采用蓝宝石作为衬底。钱可元,郑代顺,罗毅．GaN基功率型LED芯片散热性能测试与分析[J].半导体光电,2006,27(3)：236-239．图1、正面出光大功率LED芯片结构示意图由于环氧树脂的导热能力很差，蓝宝石又是热的不良导体，热量只能靠芯片下面的引脚散出，因此前后两方面都造成散热困难，影响了器件的性能和可靠性。2001年．Lumileds公司研制出了AlGaInN功率型封装芯片结构。图2、倒装焊大功率LED芯片结构示意图这样，大功率LED产生的热量不必经由芯片的蓝宝石衬底，而是直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底，再传

5、到金属底座。由于其有源发热区更接近于散热体，因此可降低内部热沉热阻。这种结构的热阻理论计算最低可达到1.34K／W．实际已作到6-8K／W，出光率也提高了60％左右。但是，热阻与热沉的厚度是成正比的，因此受硅片机械强度与导热性能所限。很难通过减薄硅片来进一步降低内部热沉的热阻，这就制约了其传热性能的进一步提高。金属线路板结构金属线路板结构利用铝等金属具有极佳的热传导性质，将芯片封装到覆有几毫米厚的铜电极的PCB板上，或者将芯片封装在金属夹芯的PCB板上，然后再封装到散热片上，以解决LED因功率增大所带来的散热问题。采用该结构

6、能获得良好的散热特性，并大大提高了LED的输入功率。美国UOE公司的Norlux系列LED，将已封装的产品组装在带有铝夹层的金属芯PCB板上，其中PCB板用作对LED器件进行电极连接布线，铝芯夹层作为热沉散热。HsaYP,ChangSJ,SuYK,etal.InGaN/GaNlight-emittingdiodeswithareflectoratthebacksideofsapphiresubstrates[J].JournalofElectronicMaterials,2003,32(5):403-406图3示出金属线路板

7、结构。其缺陷在于，夹层中的PCB板是热的不良导体．它会阻碍热量的传导。图3、金属线路板结构据研究，将OSRAM公司的GoldenDrag-on系列白光LED芯片LWW5SG倒装在一块3mmx3mm，且水平放置的金属线路板上，在LED器件与金属线路板之间涂敷1898In-Sil-8热接口材料，其系统热阻约为66.12K/W。微泵浦结构2006年ShengLiu等人通过在散热器上安装一个微泵浦系统，解决了LED的散热问题，并发现其散热性能优于散热管和散热片。在封闭系统中，水在微泵浦的作用下进入了LED的底板小槽吸热，然后又回到小

8、的水容器中，再通过风扇吸热。图4示出这种微泵浦结构。它能将外部热阻降为0.192K／W，并能进行封装。这种微泵结构的制冷性较好。ShengLiu,TimLin,XiaobingLuo,etal,AMicrojetArrayCoolingSystemForThermalManagemento