照明用大功率发光二极管封装材料的优化设计

根据传热理论,建立了大功率发光二极管的有限元模型.选择了4种键合材料（高导热导电银胶、纳米银焊膏,大功率芯片键合胶、Sn70Pb30）,4种基板材料（Al2O3、AlN、Al-SiC、铜钼合金）.采用ANSYS有限元热分析软件进行了温度场仿真,得到了大功率发光二极管封装材料的最优选择.研究了基板厚度、芯片输出功率及外接热沉时对发光二极管结温的影响.结果表明:纳米银焊膏-AlN组合具有最优的散热效果|增加散热基板厚度提高散热能力的作用不大|单个发光二极管输出功率有限,应优化封装结构并采用多芯片阵列来满足照明级的需要|外接铝热沉能达到理想的散热效果.     

LED感应局部加热封装试验研究

采用感应局部加热技术,对大功率发光二极管(LED)封装进行了试验研究。结果表明,由于感应加热对材料和结构具有选择性,封装过程中仅Cu-Sn合金焊料层加热,实现了芯片和覆铜陶瓷基板间的热键合。封装后的LED性能测试表明,该封装技术不仅降低了热阻,使LED在高电流下(4倍电流)仍能保持较低的工作温度,而且降低了热应力和整体高温对芯片结构的损坏,提高了器件性能和可靠性。     

LED的COB封装热仿真设计

通过对COB封装中常用的陶瓷基板和金属基板这两类不同的基板材料进行有限元热仿真模拟,获得各自芯片到基板的仿真热阻,再使用红外热成像仪得到两种基板各自的表面温度分布情况并计算出实际热阻。仿真热阻与实际热阻的一致性表明了所采用的仿真计算方法的可用性。利用有限元仿真对COB封装的热管理方案进行了优化分析。研究表明:相对于金属基板,陶瓷基板由于无绝缘层这一散热瓶颈,其芯片到基板的热阻值约为金属基板封装方案的1/2;而且陶瓷基板有着更大的热管理优化空间,能更好地满足大功率LED封装的散热需要。     

硅基板和铜基板垂直结构GaN基LED变温变电流发光性能的研究

本文将硅(Si)衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜剥离转移到新的硅基板和紫铜基板上,并获得了垂直结构的LED芯片,对其变温变电流电致发光(EL)特性进行了研究. 结果表明:当环境温度不变时,在13 K低温状态下铜基板芯片的EL波长始终大于硅基板芯片约6 nm,在300 K 状态下随着驱动电流的加大铜基板芯片的EL波长会由大于硅基板芯片3 nm左右而逐渐变为与硅基板芯片重合;当驱动电流不变时,环境温度由13 K升高到320 K,两种基板芯片的EL波长随温度升高呈现S形变化并且波谱逐渐趋于重合;在100 K以下温度时铜基板芯片的Droop效应比硅基板芯片明显,在100 K 以上温度时硅基板芯片的Droop效应比铜基板芯片明显. 可能是由于两种芯片的基板具有不同的热膨胀系数和热导率导致了其变温变电流的EL特性不同. 关键词： GaN 热膨胀系数 内量子效率 热导率     

转移基板材质对Si衬底GaN基LED芯片性能的影响

在Si衬底上生长了GaN基LED外延材料,分别转移到新的硅基板和铜基板上,制备了垂直结构蓝光LED芯片。研究了这两种基板GaN基LED芯片的光电性能。在切割成单个芯片之前,对大量尺寸为(300μm×300μm)的这两种芯片分别通高达1 A的大电流在测试台上加速老化1 h。结果显示,铜基板Si衬底GaN基LED芯片有更大的饱和电流,光输出效率更高,工作电压随驱动电流的变化不大,光输出在老化过程中衰减更小。铜基板芯片比硅基板芯片可靠性更高,在大功率半导体照明器件中前景诱人。     

导致单管型白光发光二极管快速光衰的实验研究

很多国内封装的单管(Lamp)型白光发光二极管(LED)半光衰时间往往较短,这与大功率白光LED有很大不同.为了找出导致单管型白光LED快速光衰的真正原因,在分析国内外研究现状的基础上,对不同老化时期的白光LED样品进行解剖,并对封装内部结构材质的变化进行分析.实验发现两种现象,一是有些封装体内固晶胶产生黄变,二是有些蓝光芯片上表面会形成一层深黄色薄膜.去除黄变的固晶胶,或者清洗掉芯片上表面的薄膜后重新封装,白光LED光通量均会有较大提高.荧光粉胶体和固晶胶与蓝光芯片直接接触,并对其完全包围,这两种胶体材料的变性老化对单管型白光LED的光衰有直接重要的影响.     

封装对φ5白光LED寿命的影响研究

为了确定不同封装材料对φ5白光LED光衰的影响程度,对封装用芯片、键合材料、荧光粉、硅胶和环氧树脂进行了对照分析。研究结果表明:芯片质量是关键;键合材料、荧光粉和外封装环氧树脂对光衰的影响相对较弱;使用普通环氧树脂配粉,导致φ5白光LED寿命只有硅胶配粉φ5白光LED寿命的1/7,环氧树脂配粉胶对白光LED寿命的影响非常大。由高质量芯片和高性能的环氧树脂配粉胶封装成的φ5白光LED,在连续工作1200h后,其光衰小于5%。     

去除铝基板的大功率LED热分析

提出一种大功率LED免铝基板封装方式,采用ANSYS有限元热分析软件对传统的铝基板封装和免铝基板封装的LED进行模拟对比分析。模拟结果表明:两种封装结构的LED,其最高温度均出现在LED芯片处;对于单颗功率1 W、3颗功率1 W和单颗功率3 W的器件,由于有效地简化了散热通道、大幅度降低了总热阻,采用免铝基板结构的最高温度分别降低了6.436,9.468,19.309 ℃。传统的铝基板封装即使选用热导率高达200 W/(m·K)的基板,其散热效果依旧略逊于免铝基板封装结构,且随着LED功率的增大,免铝基板的新型封装结构散热优势更加明显。本文的研究为解决大功率LED的散热问题和光色稳定性问题提供了一种新途径。     

纳米银焊膏封装大功率COB LED模块的性能研究

为提高大功率LED的散热能力,采用具有更高熔点和更优良的导电导热性能的纳米银焊膏作为芯片粘结材料,以Al2O3基陶瓷基板封装COB LED模块。同时以Sn/Ag3.0/Cu0.5和导电银胶两种粘结材料作为对比,分别在27,50,80,100,120℃等环境温度中测试3种模块的光电性能来评估模块的热管理水平;在100℃环境下进行加速老化实验,评估3种LED模块的可靠性。测试结果表明,纳米银焊膏封装的大功率LED模块光电性能优异,且具有较强的长期可靠性。     

LED芯片与YAG荧光粉的相互热作用

大功率白光LED作为新一代照明光源的优势越来越明显,但其光衰机制综合了YAG荧光粉、LED芯片以及封装散热多重因素,衰减机理复杂。为研究LED芯片与荧光胶的相互热影响,基于蓝光LED器件基板温度可控实现蓝光LED器件温度稳定,并通过外部加热(以此作为LED热量作用于荧光胶)的方式控制荧光胶、荧光粉、硅胶的温度。重点研究了温度从27℃升高到220℃对三者光衰、主波长特性的影响。对荧光胶与LED芯片的近距离相互热影响进行了测试,结果表明荧光粉涂覆量会引起光功率的降低,而且随着光功率的降低,LED芯片结温呈现指数升高。实验证明荧光胶层与LED芯片是一个相互影响的复合热源模型。