LED封装材质的应用现状和发展倾向

一、LED封装技术与材料综述

冯亚凯 天津大学化工学院教授

LED白光CSP经过业界几年来的辛勤研发努力,逐渐从概念走向成熟产品。特别是基于倒装芯片开发的CSP以其优异的出光效率、良好的散热结构、精巧的外形尺寸等优点,已开始应用于背光、闪光灯、商用照明等高端用途。

LED是半导体发光二极管,现已广泛应用于照明、显示、信息和传感器等诸多领域。LED器件按功率及用途要求,采用相应的封装材料,主要包括环氧树脂、有机硅树脂和无机封装材料等。

《2018阿拉丁照明产业照明白皮书》关键材料 顾问

1.1 白光CSP 的定义

封装材料和封装工艺、封装设备需要互相匹配,他们基本是一一对应的关系。LED封装的主流方式有以下几种:

LED封装材质的应用现状和发展倾向。谭雨涵 北京十三中学

LED白光CSP经过业界几年来的辛勤研发努力,逐渐从概念走向成熟产品。特别是基于倒装芯片开发的CSP以其优异的出光效率、良好的散热结构、精巧的外形尺寸等优点,已开始应用于背光、闪光灯、商用照明等高端用途。

1)基于液态胶水的点胶灌封;

一、LED封装技术与材料综述

各厂家开发的CSP结构各不相同,大致分以下几类,见图1。

2)基于固态 EMc 的Transfer Molding转进注射成型;

LED是半导体发光二极管,现已广泛应用于照明、显示、信息和传感器等诸多领域。LED器件按功率及用途要求,采用相应的封装材料,主要包括环氧树脂、有机硅树脂和无机封装材料等。

图1 LED CSP结构示意图

3)基于半固化胶膜的真空压合成型;

封装材料和封装工艺、封装设备需要互相匹配,他们基本是一一对应的关系。LED封装的主流方式有以下几种:

结构A:荧光胶膜包覆倒装LED芯片形成5面出光CSP结构。

4)其他特殊封装方式,如基于液态树脂的模具注射成型、基于触变胶水的刷涂或印刷、喷涂等封装工艺。

1)基于液态胶水的点胶灌封;

结构B:由结构A变化而来,用白色反光硅胶做垂直墙面,形成单面发光结构。这个结构也是目前CSP在闪光灯、背光等领域率先应用的样式。

图片 1

2)基于固态 EMc 的Transfer Molding转进注射成型;

结构C:该结构应用无粘性的荧光胶片贴在具有白色反光杯的灌封LED封装体上,也是一种单面出光结构。与其类似结构在正装芯片的封装上已很成熟。

点胶灌封技术是LED封装常用的标准工艺,点胶工艺的核心设备包括点胶机、一体成型的带围坝或反射杯的金属支架,封装材料为双组分或单组份胶水。无论液态环氧树脂还是液态有机硅胶水,基本采用双组分包装方式,这是因为双组分有利于材料的长期存储,但点胶灌封前,他们需经过充分混合达到均一才能使用。为了将胶水与无机材料充分混合,就必须借助于高速双行星分散机,这样才能确保无机材料在有机树脂内的均一分散。混合后的材料需按供应商的推荐操作方法进行LED的封装,并且在规定时间内用毕,否则,无机材料无法在液态胶水中长期稳定分散,会发生团聚和沉降现象。此外,A、B组分混合后,即使在室温储存,也会发生化学交联或吸湿,从而影响材料的黏度稳定。环氧树脂主要以酸酐作为固化剂,配置成加成反应型封装材料,这种环氧树脂是A、B双组分配方。此外,环氧树脂还可以基于阳离子反应机理配置成单组份胶水。这种阳离子反应配方材料更具耐热性和耐高温黄变能力,但碍于催化体系成本高,无法普遍使用,仅仅限定在触变性要求较高的封装领域。用
于LED封装应用的有机硅胶水主要是采用金属铂催化含双键的有机硅氧烷与含硅氢的有机硅氧烷的加成反应体系。该反应体系通常配制成A、B双组分封装材料,它们稳定性好,便于储存。LED封装胶水大部分是热固化的材料,也有部分封装材料为了特殊应用而采用UV光固化体系。对于热固化材料,点胶后,胶水需要经过150度约2-5小时的高温烘烤,实现完全固化封装。当树脂固化时,树脂会发生一定的体积收缩,产生收缩应力,这会对树脂与芯片、芯片与银胶的粘结、金线焊点部位、树脂与支架的结合界面等产生一定影响。因此,封装材料和封装工艺对LED器件的系统稳定性有直接关联,封装工程师需要系统细致研究分析,以确定最佳封装工艺和封装材料。

3)基于半固化胶膜的真空压合成型;

结构D:运用喷涂荧光胶的方法在芯片上形成50-70微米的超薄荧光层,再用透明硅胶在反射杯内灌封保护。

1.2 基于热固性树脂封装材料的转进塑封技术

4)其他特殊封装方式,如基于液态树脂的模具注射成型、基于触变胶水的刷涂或印刷、喷涂等封装工艺。

各结构的核心特点是以封装树脂对倒装芯片做厚度约50-150um的五面包覆、仅裸露电极一面,形成单面或五面出光的封装结构。

Transfer Molding
就是转进塑封技术,由塑封机、芯片及其支撑材料、EMC(Epoxy Molding
Compound)
封装树脂三大要素构成。主要塑封机设备的分类和生成经济性总结在表1中。

1.1 点胶灌封技术

从封装工艺角度看,CSP可通过喷涂、模压、贴合已固化无粘性荧光胶片、贴合半固化荧光胶膜等方式制得,所以各大厂商对CSP的学术定义或商业命名各持自己的观点,例如WIPCO、PFOC、NCSP。

相关文章

admin

网站地图xml地图