微电子封装论文（精品）

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1、LED封装与散热研究1000150312,黄荣雷2013年11月2日摘要：本研究旨在为高亮度照明LED的散热和封装提供一些理论与设备基础，以节约能源、保护环境、降低成木、提高灯具使用寿命推动高亮度白光LED的发展应用。关键词：高亮度发光二极管，固体照明封装，散热LEDpackagingandthermalstudiesAbstract:ThisstudyaimedtohighintensitylightingLEDheatandpackagingtoprovidesomebasictheoriesandequipmenttoconse

2、rveenergy,protecttheenvironment,reducecosts,increaselamplifetopromotethedevelopmentofhigh-brightnesswhiteLEDapplications・Keywords:high-brightnesslight-emittingdiodes,solid-statelightingpackage,heat1.引言“绿色照明”是九十年代初国际上对节约电能、保护环境的照明系统的形象性说法。绿色照明的科学定义为：绿色照明是指通过科学的照明设计，采用效率高

3、、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材，以及调光器件和控光器件），改善提高人们工作、学习、牛活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、有益的环境并充分体现现代文明的照明。本文的主要内容是针对白光LED在照明领域的应用市场，研发HB-LED芯片的散热和封装技术。在第一章绪论屮主要介绍了目前LED的发展状况，照明的优点及可行性；在第二章屮，主要介绍LED发光原理、HB-LED和芯片的制作工艺流程；第三章介绍了LED散热制冷的各种方式及其原理；第四章介绍了microjet水冷方式，并对microje

4、t水冷进行了热模拟，最后是总结。2.HB-LED封装基础2.1HB-LED发光原理以及结构图1为LED发光机理图，发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结屮，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出來，从而把电能直接转换为光能，能量大小为hY（h为普朗克常数，丫为频率）而发出光子，该能量差相当于半导体材料的带隙能量Eg（单位:电子伏Ev），其与发光波长入（单位：Um）的关系为入二1.24/Eg,因此通过选择不同的带

5、隙宽度的材料，其发光谱可以从红外、可见光、以及紫外波段。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。图1LED器件的结构和发光原理图正极正极图2不同电极结构的电流扩展分布为了减少横向LED芯片中电流不均匀分布，有效电流路径长度必须很愆并11同等，该长度决定于P电极和n电极的空间距离。图2(b)芯片电极通过优化后电流密度在整个芯片分布

6、的均匀性要比图2(a)好。因此对于人芯片LED,单独一个电极设计是不利于电流扩散，而采用梳状条形交叉电极、梳状条形与点状结合的电极以及米字形的电极结构设计，可以使得芯片内电流分布比较均匀。目前主流的HB-LED的电极结构主要有下列儿种形式，如图2所示。图3大功率HB-LED芯片电极结构图3为大芯片欧姆接触顶部做成梳状电极的特点：两端各有两个电极用的圆形接触盘，通电后条形电极Z间的区域将会冇光发出，从而实现由点光源到面光源的过渡，提高芯片总的光输出通量。图4为梳状条形与多点接触的电极主要是结合在硅片上倒装(flipchip)技术，能更冇

7、效提高HB-LED的取光效率。图4顶面发光大功率LED电极还跟周围其他芯片的热场有关。图5(a)覆铜板上设计2X2芯片阵列的电路(b)完成金线键合的芯片阵列图6手工涂上荧光粉涂层的LED阵列2.2I1B-LED封装工艺模组的设计主要步骤有:(1)设计覆铜板上电气连接以及芯片放置的位置和距离，选择高散热性能的覆铜板，如图5@)所示。选择材料以及人小尺寸，优化模组屮芯片之间的最小间隔d；由于集成多个芯片，如果过丁•密集，模组工作吋，各个芯片的热场会相互重叠，那么影响芯片温升的条件不仅口身热学性能有关,(2)采用Chip-On-Board技

8、术把完成倒装焊的芯片焊接在电路层上的预留的焊盘上，然后将芯片上焊盘与电极用金线键合起来，如图10(b)所示。(3)将荧光粉配胶涂在芯片的表而上，图6为用手工涂敷在芯片上的荧光粉涂层。(1)将涂好荧光粉涂层的LED放入烘箱