先进LED封装总结.doc

技术名称
国家
作者
文献来源
技术特点
取得成果
存在问题
备注
倒装式封装
中国
周行龙
白光LED封装中荧光粉直涂工艺研究

南昌大学硕士研究生

学位论文

将芯片倒装挥接到高热导率的基板上,这样有源区发出的光子通过透明的蓝宝石衬底出射,有源层散热通道短,热量通过燥点直接传导到基板。该封装形式颠覆了传统的LED器件封装工艺,拥有良好的力、热、光和电特性
路明公司1998年研制出功率型倒装芯片结构。

封装设备复杂,封装成本较高

倒装式封装示意图如图一

直接板上封装技术
将LED芯片直接固品到基板上,用小功率的芯片集成大功率模块的一种封装方式。因为直接固晶在基板上,它的散热通道是短,界面少,散热面枳大,故具有较低热阻和流明效率，并且节省了封装材料,简化了封装工艺与流程
易美芯光MC-l522型cob封装在100 mA的电流下,显色性约为83,流明效率108 1m/。COB封装已经成为LED固态照明行业新的研究热点,将广泛的应用于家居照明、户外和商业照明领域

直接板上封装器件实物照片如图二
多颗LED芯片的封装
中国
程 婷

大功率白光LED
照明器件中散热问题的研究

华中科技大学博士学位论文
采用了多芯片封装为一个模块的形式,或者是多个单颗芯片的模组封装为一个器件的形式。LED阵列的设计理念就是把多个LED芯片集成在一个小模块里,从而得到高光通量的光源。
在LED器件的照明应用中,为达到相应的照明亮度的要求通常采用了多芯片封装为一个模块的形式,或者是多个单颗芯片的模组封装为一个器件的形式

多芯片封装在提高了总光通量的同时也带来了一个散热问题

LED多芯片阵列封装如图三
LED多模组阵列封装如图四

晶圆级 LED 阵列封装结构

中国
王教品

高功率 LED 照明系统热设计与热-机械可靠性分析

桂林电子科技大学硕士学位论文
LED 芯片通过倒装焊接在硅晶圆上；
硅晶圆具有预先刻蚀好的凹槽，这主要是为了防止环氧树脂在下一道封装工艺中流动；环氧树脂通过注射器点封到硅晶圆上，并通过紫外光矫正来完成封装工艺；最后将晶圆切割后就可得到可用的 LED 器件
晶圆级 LED阵列封装工艺简单、结构紧凑、热界面数量少、内部热阻小，在提高器件传热性能的同时还可以实现高密度 LED 照明系统封装

晶圆级 LED 阵列封装如图五

无金线的芯片级白光LED产品
中国
许朝军 肖国伟 姜志荣 陈海英
2013年中国照明论坛
基于APT专利技术---倒装焊技术，实现了单芯片及多芯片模组的无金线、无固晶胶封装，具有高亮度、高光效、高可靠性、低热阻、颜色一致性好等特点。
易系列是晶科电子(APTELeetroniesLtd.)推出的无金线芯片级白光LED产品。该系列共有四个子产品系列，可应用于城市照明、装饰照明、建筑照明、特种照明、汽车照明、各种背光源等领域

易星LED光源产品的结构示意图如图六

CSP-芯片级封装

中国
郑 凯
沈阳航空航天大学

硕士学位论文
CSP实际上是在原有芯片封装技术，尤其是BGA小型化过程中形成的。特点是：1.封装面积小，可满足高密度的封装。2.介电性能好、阻抗低、干扰小、噪声低、屏蔽效果好。3.可以独立进行老化、筛选。4.散热性能好。5.易于表面贴装。6.封装体高度很小
目前，CSP技术的发展早已渡过“普及期”（1997-1998年）。它主要应用于手机、数码相机中，而上世纪末的最后两年（1999-2000年）是CSP的“成长期”，它在技术上有更大的发展。在应用方面，CSP技术已扩展到微型电脑、高速数字式民用消费类电子产品等领域中。
标准化、可靠性和成本有待提高
各种CSP的结构及连接方法如图七

LTCC 基板用于LED的封装
中国
刘 明 周洪庆刘 敏 谢文涛朱海奎
LED封装用玻璃/Al2O3系LTCC基板材料的性能
南京工业大学学报
2013年04期
由美国休斯顿公司于 1982 年开发
的 LTCC 材料具有价格便宜，能耗低，烧结过程 Ag布线不会被氧化，无需气氛保护，安全等优点，而且LTCC 在设计灵活性、生产的连续性和可靠性方面提供了巨大的潜能，因此 LTCC 成为大功率 LED 封装的主流技术。由于硼硅玻璃具有缘性好、热稳定性好、介电常数低、介电损耗小等优点而受到了广泛的关注。
张擎雪在组成为PbO-SiO2-B2O3-K2O-Al2O3
的铅硼硅酸盐玻璃( 软化点为 816 ℃) 中 加 入 AlN，烧 结 温 度 为 900 ～1 000 ℃ ，得到最大相对密度为 99. 1% 、介电常数为 7 ～9、介质损耗为 10－3的复合材料。
AlN 的价格较贵，而且烧结气氛要求严格，造成了玻璃/AlN 基板生产成本较高，难以实现产业化

厚膜涂层工艺制备的钼金属化陶瓷基板用于LED封装
中国
刘春佳
刘盈霞
宋久鹏
彭福生
于 洋
LED封装用新型高性能陶瓷基板的制备与性能研究

消费日报
2013.02.21
TFC 陶瓷基板采用厚膜涂层技术，直接将金属浆料涂覆到陶瓷板上，然后进行烧结得到具有一定导电线路的 LED 用 COB 陶瓷基板。TFC 的工艺简单，可靠性较高，相对比较成熟，效率也很高，更利于产业化。
1.虹鹭公司针对 LED 的 COB 封装结构，开发设计并制备得到了专有的 Mo-Au 金属化 TFC陶瓷基板，其导热系数和膨胀系数优于市面上的传统铝基板。
2.与 Ag 浆陶瓷基板相比，虹鹭的 TFC 陶瓷基板的金属化层与陶瓷的结合力大大提高，可靠性和稳定性高，可以较好地实现批量封装生产。
3.采用虹鹭 SP 陶瓷基板封装的 LED 光源比目前国内市场传统铝基板的光效高 30—40%，比DPC 基板的高 15%左右。

陶瓷基板种类如图八

覆铜陶瓷板（DBC）作为基板的LED封装
中国
欧阳雪琼
王双喜
郑琼娜张红霞
大功率LED用封装基板研究进展
电子与封装
2011年04期

覆铜陶瓷板（DBC）是基于 COB 发展起来的一种导热性优良的陶瓷基板。它是指铜箔（厚度大于0.1mm）在高温下直接键合到Al2O3或AlN陶瓷基片表面上的特殊工艺方法。
固态铜不但具有优良的高电载量，对于在基板表面上的各局部热点，更提供有效的热扩散条件。在高耐热循环条件下，芯片不会受到机械应力，并且芯片与基板间的焊层不易出现疲劳现象而脱落。
陶瓷与金属材料的反应能力低，润湿性有待提高。
覆铜陶瓷板的截面示意图如图九
金属芯印制电路板

中国
方 军
花 刚
傅仁利
顾席光 赵维维 钱凤娇 钱 斐

大功率白光LED封装结构和封装基板

半导体技术

2013年02期
MCPCB 应用的基本原理是将早期的PCB 板粘接到热导率更高的金属上，利用金属的高导热性能将 LED 芯片所产生的热量导出。刚性的 MCPCB 基板，生产工艺简单，易于做出大尺寸产品，适合大规模生产
Z． L． Gao 等人在Al表面制作碳纳米管作为绝缘层封接成 Al/CNT / Si结构，将基板的热阻降至 4 mm2·K/W。
材料本身热膨胀系数的差异导致热失效的发生，降低器件封装的可靠性
MCPCB覆晶式功率型 LED如图十
Hsu 等人在铜基材表面制作20 μm 的金刚石薄膜，封装 1. 5 W 蓝光芯片后可将热阻降至 17 ℃ /W。基板上连接单层石墨烯层也可以使热导率达到600 W/ ( m·K)
Osram在2003年推出的单芯片“Golden Dragon”系列 LED，采用高导热聚合物层(，使基板热导率达到1.3W/ ( m·K)
鑫钻科技公司采用热导率为 475 W/ ( m·K) 的类钻碳(diamond like carbon，DLC) 材料取代原有的绝缘层，厚度虽然只有 0. 5 ～2 μm，但是其击穿电压达到 2 000 ～4 000 V，热膨胀系数 7 ～9×10－6/ K ( 与 Si 芯片匹配) ，整个基板达到了铝基材的热导率，封装 5 W 的绿光芯片，光效达到180 lm
集成式多芯片器件封装结构

中国
李宗涛
华南理工大学

博士论文
Norlux系列由于铝层导热好，中央发光区部分可装配40只芯片，封装可为单色或多色组合，也可根据实际需求布置芯片数和金线焊接方式，该封装的大功率LED 其光通量效率为20lm/W，发光通量为100lm。
美国UOE公司于2001年推出多芯片组合封装的Norlux系列LED，其结构是采用六角形金属铝基板（Al-MCPCB）作为LED芯片承载基板

UOE'S Norlux LED
如图十一

LTCC-M封装技术使LED芯片产生的热量可通过封装底部的金属合成基板迅速传导至外部散热装置上，模组电器连接通过中间陶瓷线路层实现互连，并经过孔汇总至封装基板表面。光通量为840lm，功率为21W；134单元LED阵列，光通量为5360lm，功率134W。

Lanina Ceramics 公司于2003年推出在金属基板上低温烧结多层陶瓷（LTCC-M）技术封装的大功率COB封装结构

Lanina Ceramics 公司大功率 LED 产品如图十二
LED
阵列封装
中国
吴 丹
华中科技大学

硕士学位论文
LED 阵列封装具有明显的优点，例如单颗模块发出的光通量较高、封装集成度高、生产效率高等。
市场上由首先出现的 2×2 LED 阵列封装产品到现在研究的集成几百颗 LED 芯片的阵列封装模块，发展非常迅速，可以说 LED 阵列封装是 LED 封装的发展趋势。
阵列封装模块的流明效率远远低于单颗LED封装产品的流明效率。
LED阵列封装模块如图十三

基板为硅基的LED封装
中国
吴朝晖
中国电子报

2012.10.31
硅基板的导热性能与热膨胀性能都表明了硅是与LED较匹配的封装材料。而且硅基材料已被大量应用在半导体制程及相关封装领域，所涉及相关设备及材料已相当成熟，易实现量产。
以硅基材料作为 LED 封装基板技术，近几年逐渐从半导体业界引进到LED 业界。目前已有一些台湾企业开发出 LED硅基板并量产。
硅材易碎裂，且绝缘性不良。总体良品率不足60%。

有机硅树脂 作为LED封装材料

中国
朱祖钊
殷 磊
陈长科
大功率LED封装材料的研究进展

广州化工

2013年16期
有机硅材料具有无色透明、耐高低温冲击、耐紫外线辐射等优点，是功率型 LED 的理想封装材料，是未来功率型 LED封装材料的发展趋势。
陈智栋等采用水解 － 缩聚的方法，合成能够用于封装LED 的高折射率( 1. 5421) 和优异透光率( 99% ) 的有机硅树脂
有机硅树脂在温度湿度电应力和热
老化时，会使 LED 灯光强度降低，光谱发生改变。由于苯
基硅树脂的黄变，将导致 LED 的热电阻改变
各种基板特性比较表
如图十四
苏俊柳等以苯基硅氧烷为原料，通过酸催化水解得到乙烯基苯基硅树脂。配成 LED 灌封胶，折射率4. 53，透光率 达到了99. 5%，
操作时间 12 h，硫化后硬度为 40 邵氏 D，适合功率型 LED 封装
高大海等采用逆水解法制备了耐高温的甲基苯基硅树脂，其聚合时间仅为常规法的 1/6 ～1/10，生产成本大大降低
带有硅通孔（TSV）的硅基
LED封装
中国
师 帅 吕植成汪学方王 飞 袁娇娇方 靖
半导体光电

2013年04期
利用在硅晶圆上制作凹槽和硅通孔的成熟工艺实现了低热阻、低成本和高密度集成的LED封装。TSV结构避免了由于大跨度引线键合引起的机械失效。同时，对比于陶瓷基板、金属基板，硅材料在成本和可塑性上有一定的优势。
输入功率为1W时，芯片最高温度为60.07℃。硅基的热阻为1.068K/W，比传统引脚支架结构热阻降低了37.2％。同时，硅通孔实现了封装的垂直互联，提高了芯片的集成密度。硅基封装方法降低了LED封装成本，硅晶圆级封装有利于大规模LED
封装的实现。

硅基白光
LED制备工艺流程如图十五

松下电工通过晶圆级接合4层封装LED
中国
章从福
半导体信息
2009年05期
松下电工成功开发出通过晶圆级接合,将封装有LED的晶圆和配备有光传
感器的晶圆合计4枚晶圆进行集成封装。

松下电工试制了将该元件阵列排列的照明系统。可通过光监控器感知LED
光、反馈控制LED亮度,因此可发出颜色和亮度都比较均匀的光。还可任意设定颜色和亮度。

图一 图二

图三 图四

图五

图六

图七

图八

图九 图十

图十一 图十二 图十三

图十四

图十五