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荧光粉芯片三星照明用LED封装创新探讨

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  一,常规现有的封装方法及应用领域

  目前LED的封装方法有:支架排封装,贴片封装,模组封装几种,这些封装方法都是我们常见和常用的。

  支架排封装是最早采用,用来生产单个LED器件,这就是我们常见的引线型发光二极管(包括食人鱼封装),它适合做仪器指示灯、城市亮化工程,广告屏,护拦管,交通指示灯,及目前我国应用比较普遍的一些产品和领域。

  贴片封装(SMD)是一种无引线封装,体积小、薄,很适合做手机的键盘显示照明,电视机的背光照明,以及需要照明或指示的电子产品,近年来贴片封装有向大尺寸和高功率的方向发展,一个贴片内封装三、四个led芯片,可用于组装照明产品。模组封装也是一种多芯片封装,在氧化铝或氮化铝基板上以较小的尺寸、高的封装密度封装几十个或几百个LED芯片,内部的联线是混联型式,即有多个芯片的串联、又有好几路的并联。这种封装主要是扩大功率,用做照明产品。模组封装由于封装的密度较高,应用时产生的热量大,散热是解决应用的首要问题。采用以上的封装方法生产的器件,用于生产照明灯具都有一个共同特点:热阻的道数较多,难以生产出高质量的照明灯具,且模组本身与散热器的连接处理要求比较高。目前所有的封装方法都是将黄色荧光粉(YAG)和环氧树脂按不同比列混合均匀,直接点到发蓝光的LED芯片上,再加热固化。这种常见的做法优点是节约材料,缺点是不利于散热、荧光粉也会老化。因为环氧树脂和荧光粉都不是导热好的材料,且包裹整个芯片就会影响散热。对于制造LED照明灯具采用这种方法显然不是最好的方案。

  目前国外生产的大功率芯片,0.5瓦以上的白光芯片都是在蓝光芯片上涂敷一层均匀的YAG荧光粉浆,外表看去是一粒黄色的立方体,(除用于焊接的二个金垫没有荧光粉,这种方法比前面常用的方法可提高光效,因此在国外普遍使用。)在封装时只要将这种白光芯片焊接在设计好的电路板上就可以,省去了涂敷荧光粉的工序。给灯具生产企业带来了方便,但目前国内生产芯片的供应商还不能大批量生产此类LED白光芯片。

  我国是较早开发LED路灯的国家,目前在国内使用也不错,原因是国家重视“低碳经济”,2009年我国推行十城万盏LED路灯,很多城市都有实验路段,以检验LED路灯的可行性,我国是以路灯应用为突破,而国外(欧司朗、日亚、三星等公司)则是以室内照明为突破口,这二种路线究竟谁更具有优势,目前还未见分晓。就我国而言先从LED路灯照明为应用方向,是国情所致,原因是我国国民收入较低,而LED室内照明灯的成本较高,老百姓接受不了。而LED路灯的使用是政府出银子,LED路灯生产企业正是看中了这一点。其实LED路灯的工作条件比室内LED照明灯具更苛刻,要求更高,如能做到质量过关(散热、使用寿命、显色性、可靠性等),那么再来做室内的LED照明灯就比较容易了。目前国外的LED巨头都在大量推出几百款甚至上千款的LED室内照明灯具,价格在20—75美元之间,功率从几瓦到二十瓦。但它们采用的封装方法都是前面提及的,唯一飞利浦公司,使荧光粉涂敷在LED灯罩上,被评为2009年最有创意的LED照明产品之一。

  笔者认为:凡是LED照明灯具其制造都应采用多芯片封装和模组封装(模组封装是一种高密度的多芯片封装),而且最好是LED芯片直接封装在灯具主体上,这样热阻的道数最少,可以取得较好的散热效果。或者在灯具主体上制成敷有铜箔的线路体,其热阻也较低,LED照明的功率至少也要几瓦以上,所以都是多芯片使用,以往的封装工艺就不适用,必须采用新的方法和工艺。采用多个封装好的LED器件来组装LED灯具,很难造出高质量和高可靠的LED灯具的,希望从事LED灯具制造的技术人员能明白这一点。

  二,荧光粉涂敷工艺的创新

  模组封装的荧光粉涂敷,目前所见到的还是将荧光粉浆直接涂敷在芯片上面,同一块模组的荧光粉还是较一致,但对大批量生产就可能会出现不同的模组用眼睛看出色差来,较好的办法是使用LED荧光粉薄膜或膜片,薄膜和膜片可以规模化生产,一致性好,LED灯都是多芯片封装,发出的光互相混合,经过荧光粉膜或膜片转换为白光,其色差可以消除。对薄膜和膜片的要求是:

  1,能透过光线,厚度在0.1----0.5mm之间,荧光粉均匀,外观平整。

  2,光转化效率要高,稳定性要好,寿命长,抗老化性好。

  3,可做成有片基的和无片基的,做成薄片也可,看实施条件和成本。对片基要求是无色透明抗老化好。

  4,加工成型方便,尺寸任意裁剪,成本低。

  还有一种方法是将荧光粉和透明塑料按比例混合,通过注塑机和模具,直接生产出带荧光粉的灯罩来,由灯罩将蓝光转换成白光。这样就更省事和更方便,由于灯罩转换的是混合的蓝光,故输出的白光是没有色差,而且光线比较柔和不会产生眩光。

  三,为了较好解决LED散热的难题,应该将灯具设计和封装一并考虑,将封装和LED散热的散热片做成一个整体,有效减少热阻的道数,这是一种很有效和提高灯具散热的办法。

  目前市面上的LED日光灯都不带散热片,这样的灯具是无法做到高功率和高质量以及长寿命。正确的产品设计应该将散热片一并考虑,工业化生产是将LED日光灯的散热器,用模具挤压出半圆带翅片的铝型材,再根据功率的大小裁切出需要的长度,然后制出铝基铜箔线路,将芯片固定在铜箔上,打金线连接或用帮定机帮定。这样的灯具散热效果好,只有二道热阻,比常用的封装方法少一到二道热阻,有效降低芯片的温度,对提高LED日光灯质量和寿命都能起到作用。

  另外一种方法是在铝型材上设计出突条,根据需要铣出许多长方形,在用普通(0.8—1.0mm厚)pcb线路板按照铝型材的长方形开长方孔,将pcb线路板粘贴或铆合在铝型材上,LED芯片则固定在铝型材上的长方形突台上,再用金线将PCB板上的线路和芯片相连。这种生产工艺最好,热阻只有一道,散热效果最好,生产LED灯具的厂家应优先采用这种方案,其次是再铝型材上做铜箔线路的方法。只有这样的创新,才能有效的解决LED长条形灯具的散热问题,也才能提高LED日光灯的质量和寿命。

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