基于硅基板的大功率LED封裝研究.pdf

1、在新的世紀(jì)里,發(fā)光二極管(Light-Emitting-DiodeLED)作為下一代光源,近幾年來(lái)發(fā)展迅速。LED在很多方面相對(duì)于傳統(tǒng)光源有諸多優(yōu)勢(shì),例如高光效、長(zhǎng)壽命、低能耗、低污染、體積小、工作溫度低等。這些優(yōu)點(diǎn)使得LED在諸如信號(hào)燈、背光源、汽車(chē)燈、普通照明等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。但是要想在更廣泛的范圍里使用LED,例如投影儀、光通信、汽車(chē)大燈等,需要進(jìn)一步提高LED光源的發(fā)光強(qiáng)度。除了通過(guò)改善LED的電光轉(zhuǎn)換效率外,提高LED

2、的驅(qū)動(dòng)電流是提高LED發(fā)光強(qiáng)度的主要方法。雖然LED的電光轉(zhuǎn)換效率在不斷提高,但是其消耗電能的大部分還是轉(zhuǎn)換為了熱能。由于散熱性能不佳產(chǎn)生的高溫對(duì)LED的光電特性會(huì)產(chǎn)生非常不利的影響,并且LED芯片材料和封裝所用到的材料會(huì)因?yàn)楦邷匮杆倮匣?大大縮短LED封裝體的使用壽命,因此低熱阻LED封裝基板對(duì)于大功率LED封裝的發(fā)展至關(guān)重要。基于硅的LED封裝基板是一種出現(xiàn)不久、發(fā)展迅速的新型基板。本文圍繞基于硅的大功率LED封裝基板的制備方法、利

3、用硅基板對(duì)各種類(lèi)型LED芯片進(jìn)行封裝的封裝方法、封裝后的LED模塊的性能測(cè)試、封裝過(guò)程中的關(guān)鍵工藝及封裝體可靠性等問(wèn)題進(jìn)行了研究并取得了以下成果:
　　綜合考慮到不同類(lèi)型LED芯片的差別,包括水平芯片、垂直芯片、倒裝芯片,開(kāi)發(fā)了統(tǒng)一的硅基板制備流程。在封裝不同類(lèi)型單顆LED芯片或芯片陣列時(shí),只需要重新調(diào)整基板的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)就可以滿(mǎn)足不同類(lèi)型芯片的封裝要求?；逯苽涞墓に嚵鞒碳笆褂玫募庸ぴO(shè)備基本不變,最大限度減小了在封裝不同芯片時(shí)由

4、于工藝流程及設(shè)備改變所產(chǎn)生的附加成本。
　　對(duì)硅基板制備工藝流程中涉及到的多項(xiàng)關(guān)鍵工藝進(jìn)行了研究和優(yōu)化。對(duì)光刻工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了深凹槽的光刻,解決了凹槽中甩膠不均勻造成顯影時(shí)間不一致的問(wèn)題。對(duì)濕法腐蝕中的腐蝕液配方進(jìn)行了優(yōu)化,腐蝕后得到了更加光滑的硅表面。對(duì)電鍍參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,電鍍后得到了質(zhì)量更優(yōu)的電鍍銅金屬層,解決了電鍍質(zhì)量和電鍍厚度不均勻引起脫層的矛盾。
　　在使用硅基板封裝LED芯片的過(guò)程中,對(duì)于水平及垂直LE

5、D芯片,實(shí)現(xiàn)了熒光粉層的保形涂覆,取得了更好的產(chǎn)品一致性。通過(guò)對(duì)硅基板上凹槽尺寸的精確控制,實(shí)現(xiàn)了倒裝芯片的自對(duì)準(zhǔn)貼裝。使倒裝LED芯片的封裝過(guò)程實(shí)現(xiàn)了真正意義上的晶圓級(jí)封裝,降低了設(shè)備要求,簡(jiǎn)化了封裝工藝,加快了封裝速度,降低了封裝成本。
　　采取了逆向補(bǔ)球金線(xiàn)鍵合工藝,實(shí)現(xiàn)了超低弧度金線(xiàn)鍵合。這樣的金線(xiàn)形狀使得硅基板加工的時(shí)間和成本都得到了下降,并且在熒光粉涂覆過(guò)程中避免了金線(xiàn)的損傷,實(shí)現(xiàn)了熒光粉層的保形涂覆。通過(guò)模擬證明,使

6、用這種方法形成的低弧度金線(xiàn)在熱沖擊過(guò)程中受硅膠拉扯所產(chǎn)生的應(yīng)力相對(duì)于傳統(tǒng)打線(xiàn)方法更小,并且通過(guò)拉力測(cè)試以及熱沖擊測(cè)試,證明這種金線(xiàn)鍵合方法的可靠性要優(yōu)于傳統(tǒng)正向金線(xiàn)鍵合方法。
　　采用模鑄法加工了硅膠透鏡陣列,并對(duì)透鏡的幾何尺寸通過(guò)模擬進(jìn)行了優(yōu)化。
　　電遷移是一種電子器件失效的常見(jiàn)原因。本文建立了多物理場(chǎng)耦合的電遷移失效模擬方法。設(shè)計(jì)了電遷移加速壽命測(cè)試平臺(tái),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　對(duì)利用硅基板封裝LE