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大功率高亮度LED导电银胶以及其封装技术
2012-10-16 18:01:34
 

 

一 大功率高亮度LED导电胶、导电银胶

  导电胶是IED生产封装中不可或缺的一种胶水,其对导电银浆的要求是导电、导热性能要

号,剪切强度要大,并且粘结力要强。

  UNINWELL国际作为世界高端电子粘结剂的领导品牌,其开发的导电胶和导电银胶导电

性好、剪切力强、流变性也很好、并且吸潮性低。特别适合大功率高高亮度LED的封装。

  公司的专门开发的6886系列导电银胶,特别适合大功率高亮度LED用,导热系数为:

25.8 剪切强度为:14.7,为行业之最。

  二 LED封装技术

  1 引言

  LED是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件,具有工作电压低,耗电量

小,发光效率高,发光响应时间极短,光色纯,结构牢固,抗冲击,耐振动,性能稳定可靠,

重量轻,体积小,成本低等一系列特性,发展突飞猛进,现已能批量生产整个可见光谱段各种

颜色的高亮度、高性能产品。国产红、绿、橙、黄的LED产量约占世界总量的12%,“十五”

期间的产业目标是达到年产300亿只的能力,实现超高亮度AiGslnP的LED外延片和芯片的大

生产,年产10亿只以上红、橙、黄超高亮度LED管芯,突破GaN材料的关键技术,实现蓝、

绿、白的LED的中批量生产。据预测,到2005年国际上LED的市场需求量约为2000亿只,销

售额达800亿美元。

  在LED产业链接中,上游是LED衬底晶片及衬底生产,中游的产业化为LED芯片设计及制

造生产,下游归LED封装与测试,研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED

走向实用、走向市场的产业化必经之路,从某种意义上讲是链接产业与市场的纽带,只有封装

好的才能成为终端产品,才能投入实际应用,才能为顾客提供服务,使产业链环环相扣,无缝

畅通。

  2 LED封装的特殊性

  LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的,但却有很大的特殊

性。一般情况下,分立器件的管芯被密封在封装体内,封装的作用主要是保护管芯和完成电气

互连。而LED封装则是完成输出电信号,保护管芯正常工作,输出:可见光的功能,既有电参

数,又有光参数的设计及技术要求,无法简单地将分立器件的封装用于LED。

  LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯,当注入pn结的少数载流子与

多数载流子复合时,就会发出可见光,紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的,

即向各个方向发射有相同的几率,因此,并不是管芯产生的所有光都可以释放出来,这主要取

决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料,应用要求提高LED的

内、外部量子效率。常规Φ5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引

线架上,管芯的正极通过球形接触点与金丝,键合为内引线与一条管脚相连,负极通过反射杯

和引线架的另一管脚相连,然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面

发出的光,向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状,有这样几种作用:保

护管芯等不受外界侵蚀;采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂),起透镜或漫射透镜功

能,控制光的发散角;管芯折射率与空气折射率相关太大,致使管芯内部的全反射临界角很

小,其有源层产生的光只有小部分被取出,大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收,易发生

全反射导致过多光损失,选用相应折射率的环氧树脂作过渡,提高管芯的光出射效率。用作构

成管壳的环氧树脂须具有耐湿性,绝缘性,机械强度,对管芯发出光的折射率和透射率高。选

择不同折射率的封装材料,封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的,发光强度的角分布

也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜,可使光集

中到LED的轴线方向,相应的视角较小;如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型,其相应视角将

增大。

  一般情况下,LED的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃,光谱宽度随之增加,影

响颜色鲜艳度。另外,当正向电流流经pn结,发热性损耗使结区产生温升,在室温附近,温度

每升高1℃,LED的发光强度会相应地减少1%左右,封装散热;时保持色纯度与发光强度非常

重要,以往多采用减少其驱动电流的办法,降低结温,多数LED的驱动电流限制在20mA左

右。但是,LED的光输出会随电流的增大而增加,目前,很多功率型LED的驱动电流可以达到

70mA、100mA甚至1A级,需要改进封装结构,全新的LED封装设计理念和低热阻封装结构

及技术,改善热特性。例如,采用大面积芯片倒装结构,选用导热性能好的银胶,增大金属支

架的表面积,焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外,在应用设计中,PCB线路板等

的热设计、导热性能也十分重要。

  进入21世纪后,LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新,红、橙LED光效已达

到100Im/W,绿LED为501m/W,单只LED的光通量也达到数十Im。LED芯片和封装不

再沿龚传统的设计理念与制造生产模式,在增加芯片的光输出方面,研发不仅仅限于改变材料

内杂质数量,晶格缺陷和位错来提高内部效率,同时,如何改善管芯及封装内部结构,增强

LED内部产生光子出射的几率,提高光效,解决散热,取光和热沉优化设计,改进光学性能,

加速表面贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方向。

  3 产品封装结构类型

  自上世纪九十年代以来,LED芯片及材料制作技术的研发取得多项突破,透明衬底梯形结

构、纹理表面结构、芯片倒装结构,商品化的超高亮度(1cd以上)红、橙、黄、绿、蓝的LED

产品相继问市,如表1所示,2000年开始在低、中光通量的特殊照明中获得应用。LED的上、

中游产业受到前所未有的重视,进一步推动下游的封装技术及产业发展,采用不同封装结构形

式与尺寸,不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式,可生产出多种系列,品种、规格

的产品。

  LED产品封装结构的类型如表2所示,也有根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大

小等情况特征来分类的。单个管芯一般构成

 
 
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