各种电子封装工艺技术

各种电子封装工艺技术
  电子封装方法、材料、结构和工艺的选择要紧由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。通过40多年的进展,LED电子封装先后经历了支架式(Lamp LED)、贴片式(SMD LED)、功率型LED(Power LED)等进展时期。随着芯片功率的增大,专门是固态照明技术进展的需求,对电子封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。为了有效地降低电子封装热阻,提高出光效率,必须采纳全新的技术思路来进行电子封装设计。
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二、电子封装关键技术
  电子封装要紧涉及光、热、电、结构与工艺等方面,如图1所示。这些因素彼此既相互独立,又相互阻碍。其中,光是LED电子封装的目的,热是关键,电、结构与工艺是手段,而性能是电子封装水平的具体表达。从工艺兼容性及降低生产成本而言,电子封装设计应与芯片设计同时进行,即芯片设计时就应该考虑到电子封装结构和工艺。否则,等芯片制造完成后,可能由于电子封装的需要对芯片结构进行调整,从而延长了电子产品研发周期和工艺成本,有时甚至不可能。
 
具体而言,电子封装的关键技术包括:
(一)低热阻电子封装工艺
  关于现有的光效水平而言,由于输入电能的80%左右转变成为热量,且芯片面积小,因此,芯片散热是电子封装必须解决的关键问题。要紧包括芯片布置、电子封装材料选择(基板材料、热界面材料)与工艺、热沉设计等。
  电子封装热阻要紧包括材料(散热基板和热沉结构)内部热阻和界面热阻。散热基板的作用确实是吸取芯片产生的热量,并传导到热沉上,实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括硅、金属(如铝,铜)、陶瓷(如,AlN,SiC)和复合材料等。如Nichia公司的第三代LED采纳CuW做衬底,将1mm芯片倒装在CuW衬底上,降低了电子封装热阻,提高了发光功率和效率;Lamina Ceramics公司则研制了低温共烧陶瓷金属基板,如图2(a),并开发了相应的电子封装技术。该技术第一制备出适于共晶焊的芯片和相应的陶瓷基板,然后将芯片与基板直截了当焊接在一起。由于该基板上集成了共晶焊层、静电爱护m1卡>二氧化碳制冷
电路、驱动电路及操纵补偿电路,不仅结构简单,而且由于材料热导率高,热界面少,大大    ://    dianzifengzhuang    电子飞碟 提高了散热性能,为阵列电子封装提出了解决方案。德国Curmilk公司研制的高导热性覆铜陶瓷板,由陶瓷基板(AlN或)和导电层(Cu)在高温高压下烧结而成,没有使用黏结剂,因此导热性能好、强度高、绝缘性强,如图2(b)所示。其中氮化铝(AlN)的热导率为160W/mk,热膨胀系数为(与硅的热膨胀系数相当),从而降低了电子封装热应力。
  研究说明,电子封装界面对热阻阻碍也专门大,假如不能正确处理界面,就难以获得良好的散热成效。例如,室温下接触良好的界面在高温下可能存在界面间隙,基板的翘曲也可能会阻碍键合和局部的散热。改善电子封装的关键在于减少界面和界面接触热阻,增强散热。因此,芯片和散热基板间的热界面材料(TIM)选择十分重要。电子封装常用的TIM为导电胶和导热胶,由于热导率较低,一样为0.5-2.5W/mK,致使界面热阻专门高。而采纳低温或共晶焊料、焊膏或者内掺纳米颗粒的导电胶作为热界面材料,可大大降低界面热阻。
(二)高取光率电子封装结构与工艺
  在使用过程中,辐射复合产生的光子在向外发射时产生的缺失,要紧包括三个方面:芯片内部结构缺陷以及材料的吸取;光子在出射界面由于折射率差引起的反射缺失;以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射缺失。因此,专门多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透亮胶层(灌封胶),由于该胶层处于芯片和空气之间,从而有效减少了光子在界面的缺失,提高了取光效率。此外,灌封胶的作用还包括对芯片进行机械爱护,应力开释,并作为一种光导结构。因此,要求其透光率高,折射率高,热稳固性好,流淌性好,易于喷涂。为提高电子封装的可靠性,还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高,折射率大,热稳固性好,应力小,吸湿性低等特点,明显优于环氧树脂,在电子封装中得到广泛应用,但成本较高。研究说明,提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子缺失,提高外量子效率,但硅胶性能受环境温度阻碍较大。随着温度升高,硅胶内部的热应力加大,导致硅胶的折射率降低,从而阻碍光效和光强分布。
  荧光粉的作用在于光复合,形成白光。其特性要紧包括粒度、形状、发光效率、转换效率、稳固性(热和化学)等,其中,发光效率和转换效率是关键。研究说明,随着温度上升,荧光粉量子效率降低,出光减少,辐射波长也会发生变化,从而引起白光温、度的
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变化,较高的温度还会加速荧光粉的老化。缘故在于荧光粉涂层是由环氧或硅胶与荧光粉调配而成,散热性能较差,当受到紫光或紫外光的辐射时,易发生温度猝灭和老化,使发光效率降低。此外,高温下灌封胶和荧光粉的热稳固性也存在问题。由于常用荧光粉尺寸在1um以上,折射率大于或等于1.85,而硅胶折射率一样在1.5左右。由于两者间折射率的不匹配,以及荧光粉颗粒尺寸远大于光散射极限(30nm),因而在荧光粉颗粒表面存在光散射,降低了出光效率。通过在硅胶中掺入纳米荧光粉,可使折射率提高到1.8以上,降低光散射,提高出光效率(10%-20%),并能有效改善光质量。
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本文发布于:2024-09-25 06:22:08,感谢您对本站的认可!

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