发布时间 : 星期一 文章LED半导体照明趣味百题问答更新完毕开始阅读126a9a41bdeb19e8b8f67c1cfad6195f302be8d5
36、用于半导体照明的芯片技术的发展主流是什么？
随着半导体LED技术地发展，其在照明领域的应用也越来越多，特别是白光LED的出现，更是成为半导体照明的特点。但是关键的芯片、封装技术还有待提高，在芯片方面要朝大功率、高光效和降低热阻方面发展。提高功率意味着芯片的使用电流加大，最直接的解决方法是加大芯片尺寸，现在普遍出现的大功率芯片都在1mm×1mm左右，使用电流在350mA。由于使用电流的加大，散热问题成为了突出问题，现在通过芯片倒装的方法基本在350mA。由于使用电流的加大，散热问题成为了突出问题，现在通过芯片倒装的方法基本解决了这一问题。随着LED技术的发展，其在照明领域的应用会面临一个前所未有的机遇和挑战。
37、LED芯片封装成发光二极管一般可以分成哪几种形式？他们在结构上各有什么不同？
LED芯片的封装形式很多，针对不同使用要求和不同的光电特性要求，有各种不同的封装形式，归纳起来有如下几种常见的形式：
（1）软封装——芯片直接粘结在特定的PCB印制板上，通过焊接线连接成特定的 字符或陈列形式，并将LED芯片和焊线用透明树脂保护，组装在特定的外壳中。这种钦封装常用于数码显示、字符显示或点陈显示的产品中。
（2）引脚式封装——常见的有将LED芯片固定在2000系列引线框架上，焊好电极引 线后，用环氧树脂包封成一定的透明形状，成为单个LED器件。这种引脚或封装按外型尺寸的不同可以分成φ3、φ5直径的封装。这类封装的特点是控制芯片到出光面的距离，可以获得各种不同的出光角度：15°、30°、45°、60°、90°、120°等，也可以获得侧发光的要求，比较易于自动化生产。
（3）微型封装即贴片封装——将LED芯片粘结在微小型的引线框架上，焊好电 极引线后，经注塑成型，出光面一般用环氧树脂包封
（4）双列直插式封装——用类似IC封装的铜质引线框架固定芯片，并焊接电极引线后 用透明环氧包封，常见的有各种不同底腔的“食人鱼”式封装和超级食人鱼式封装，这种封装芯片热散失较好，热阻低，LED的输入功率可达0.1W~0.5W大于引脚式器件，但成本较高。
（5）功率型封装——功率LED的封装形式也很多，它的特点是粘结芯片的底腔较大，
且具有镜面反射能力，导热系数要高，并且有足够低的热阻，以使芯片中的热量被快速地引到器件外，使芯片与环境温度保持较低的温差。具体见42题。
38、LED芯片封装成器件一般的制造程是什么？
LED芯片的封装流程视不同封装结构略有不同，但原则上为如图38-1所示的通常使用的封装流程图
芯片扩张 固 晶 焊 线 灌 胶
分 光 二 切 测 试 一 切 39、为什么要将芯片进行封装？封装后的器件比裸芯在性能上有什么不同？
（1） 通过封装保护芯片不受气氛侵害和震动、冲击性损害
由于LED芯片无法直接使用，必须固定在支架等便于使用的装置中，因此芯片与支架必须通过“打线”引出加注电流的导线，即引线。这些连线很细，直径仅0.1mm以下的金或铝线不能耐受冲击，另外芯片表面必须不受水、气等物质侵蚀，同样要加以固封保护。这就要用透明率极高的材料加以灌封。一般常用透明环氧树脂或透明硅胶类材料将芯片保护起来。
（2）我们知道，如果芯片与空气直接做界面，由于芯片材料与空气的光折射系数相差 较大，导致芯片内发出的光大部分被反射回芯片，不能逸出到空气中去。以GaAs材料与空气为例，在界面处，芯片的全反射临界角θc约为14°，仅4-12%的光子能逸出到空气中，如果用折射系数为1.5的环氧树脂与芯片做截面，则其θc约为22.6°，则提高了光的逸出率，再用球型环氧树脂与空气作为界面，则其内部的光子几乎绝大部分可以逸出到空气中，仅不到4%的被反射，因此，通过选择封装材料的折射系数与芯片作界面进行封装，可以提高LED的出光效率。
（3）增大芯片上热量散失的能力
芯片通过引线支架，可以将芯片由于施加功率引起温度升高的热量导出到空气中去，也 就是可以提高芯片PN结上施加的电功率，提高芯片使用的可靠性，改善因结温升高而引起的光电参数的退化。
（4）方便LED的组装与使用。
由于LED封装的形式较多，对于不同的使用场合和安装上的要求，可以选择最有利于 组装和散热的封装，这就使LED器件的应用范围得以拓展。
41、何谓“一次光学设计”？LED封装中有哪几种出光透镜？他们有何特点？
在LED封装过程中，一个很重要的方面是如何达到高的出光效率和符合不同出光要求的发光配光要求？这就是LED“一次光学”设计要解决的问题。
LED裸芯片是无法直接使用的，必须加以封装。与其他半导体器件不同，它要通过封装将芯片发出的光尽可能多地取出来，不仅如此还要达到不同的出光角度，配光要求。由于这比较专业，这里仅举例加以简单说明。
图41-1示出芯片与某一材料的光线传达输路径的示意图。其中n1是LED芯片，例如InGaN，其折射系数为2.3，环氧树脂，其折射系数为1.5，显然这种平面结构，芯片射出的光会发生全反射系数为1.5，显然这种平面结构，芯片射出的光会发生全反射到芯片内部的临界角θc=arcSin(1.5/2.3)≈40.7°，它较之芯片与空气直接作界面时的临界角大出14.3，显然提高出光率，如果使环氧树脂的几何形状通过设计成一定的透镜形状，就可以使环氧树脂中的光向空气中射出的路径进行变化，形成不同的出光角度，如15°，30°，60°，120°等，也可以通过使用PC材料作临界面，将芯片的光通过折射形成平行光，发射出去（聚光）
或从透镜四边侧面射出（侧发光）等不同的配光方式，这就是所谓LED封装中的一次光学设计。
图41-1
有源层 n1 n2 θ2 θc 空气 环氧树脂
42、大功率LED的封装形式目前常见的有哪几种？他们各自有哪些异同？
常见的功率LED的封装结构如图42-1所示，在这种封装结构中将LED功率芯片用合金法“烧结”在铜质碗腔内加以固定，引线经焊接将LED正负电极与覆铜墙铁壁铝基板上的焊点连结起来，再用透明硅胶（白光则用荧光粉）覆盖芯片和引线，最后将根据要求的出光角度的透镜安装在铝基板上，构成一个功率LED器件。铝热沉的厚度与面积视LED功率大小的
确定，可以有各种不同的尺寸和形式。
硅胶金线透镜气密环引出弹点荧光粉层倒装芯片锡连接铜热沉铜热沉 由于用PC树脂作透镜，可以根据发光的要求的不同，设计出聚光型，发散型，侧光型
等透镜。
集成多芯片封装——这种封装形式就是将多个LED芯片组装在同一个基板上，根据使用要求用印刷技术使各个芯片连接成一定的串/并结构，可以用多个使每个芯片出光角度为一定的小透镜，组成一个大尺寸的出光面，图42-2示出这种结构的实样示意图。
随着LED应用的拓展和封装技术的提高，各种性能好，成本低，便于大生产的封装方式会层出不穷，越来越多。
46、能否简单介绍一下芯片粘结工艺中的“合金粘结”工艺？
在功率LED芯片封装过程中，芯片与支架底腔的固晶，为了降低粘结层的热阻，可以采用“合金粘结”的方法。这种方法是将LED芯片与支架底腔间放置一种合金材料，通过加温加压的方法使之共熔粘合固化，是芯片牢固地定位在支架（或热沉）上。
合金粘结的关键是找到芯片衬底蒸镀得金属材料（例如AuBe）与支架碗腔放置芯片处的金属镀层（例如金和铅锡等）放置的合金材料在某一温度（称之共晶温度）从而使这三者共溶固化。一般这一共晶温度可以从合金材料的相图上寻找到，为说明方便，我们举一个铅