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     人物訪談
照明用LED封裝創新探討
發布時間:2010/4/16
 一,常規現有的封裝方法及應用領域 
    目前LED 的封裝方法有:支架排封裝,貼片封裝,模組封裝幾種,這些封裝方法都是我們常見和常用的。
    支架排封裝是最早采用,用來生產單個LED器件,這就是我們常見的引線型發光二極管 (包括食人魚封裝),它適合做儀器指示燈、城市亮化工程,廣告屏,護攔管,交通指示燈,及目前我國應用比較普遍的一些產品和領域。
    貼片封裝(SMD)是一種無引線封裝,體積小、薄,很適合做手機的鍵盤顯示照明,電視機的背光照明,以及需要照明或指示的電子產品,近年來貼片封裝有向大尺寸和高功率的方向發展,一個貼片內封裝三、四個led芯片,可用于組裝照明產品。模組封裝也是一種多芯片封裝,在氧化鋁或氮化鋁基板上以較小的尺寸、高的封裝密度封裝幾十個或幾百個LED芯片,內部的聯線是混聯型式,即有多個芯片的串聯、又有好幾路的并聯。這種封裝主要是擴大功率,用做照明產品。模組封裝由于封裝的密度較高,應用時產生的熱量大,散熱是解決應用的首要問題。采用以上的封裝方法生產的器件,用于生產照明燈具都有一個共同特點:熱阻的道數較多,難以生產出高質量的照明燈具,且模組本身與散熱器的連接處理要求比較高。目前所有的封裝方法都是將黃色熒光粉(YAG)和環氧樹脂按不同比列混合均勻,直接點到發藍光的LED芯片上,再加熱固化。這種常見的做法優點是節約材料,缺點是不利于散熱、熒光粉也會老化。因為環氧樹脂和熒光粉都不是導熱好的材料,且包裹整個芯片就會影響散熱。對于制造LED照明 燈具采用這種方法顯然不是最好的方案。
    目前國外生產的大功率芯片,0.5瓦以上的白光芯片都是在藍光芯片上涂敷一層均勻的YAG熒光粉漿,外表看去是一粒黃色的立方體,(除用于焊接的二個金墊沒有熒光粉,這種方法比前面常用的方法可提高光效,因此在國外普遍使用。)在封裝時只要將這種白光芯片焊接在設計好的電路板上就可以,省去了涂敷熒光粉的工序。給燈具生產企業帶來了方便,但目前國內生產芯片的供應商還不能大批量生產此類LED白光芯片。
    我國是較早開發LED路燈 的國家,目前在國內使用也不錯,原因是國家重視“低碳經濟”,2009年我國推行十城萬盞LED路燈,很多城市都有實驗路段,以檢驗LED路燈的可行性,我國是以路燈應用為突破,而國外(歐司朗、日亞、三星等公司)則是以室內照明為突破口,這二種路線究竟誰更具有優勢,目前還未見分曉。就我國而言先從LED路燈照明為應用方向,是國情所致,原因是我國國民收入較低,而LED室內照明燈的成本較高,老百姓接受不了。而LED路燈的使用是政府出銀子,LED路燈生產企業正是看中了這一點。其實LED路燈的工作條件比室內LED照明燈具更苛刻,要求更高,如能做到質量過關(散熱、使用壽命、顯色性、可靠性等),那么再來做室內的LED照明燈就比較容易了。目前國外的LED巨頭都在大量推出幾百款甚至上千款的LED室內照明燈具,價格在20—75美元之間,功率從幾瓦到二十瓦。但它們采用的封裝方法都是前面提及的,唯一飛利浦公司,使熒光粉涂敷在LED燈 罩上,被評為2009年最有創意的LED照明產品之一。
    筆者認為:凡是LED照明燈具其制造都應采用多芯片封裝和模組封裝(模組封裝是一種高密度的多芯片封裝),而且最好是LED芯片直接封裝在燈具主體上,這樣熱阻的道數最少,可以取得較好的散熱效果。或者在燈具主體上制成敷有銅箔的線路體,其熱阻也較低,LED照明的功率至少也要幾瓦以上,所以都是多芯片使用,以往的封裝工藝就不適用,必須采用新的方法和工藝。采用多個封裝好的LED器件來組裝LED燈具,很難造出高質量和高可靠的LED燈具的,希望從事LED燈具制造的技術人員能明白這一點。
    二,熒光粉涂敷工藝的創新
    模組封裝的熒光粉涂敷,目前所見到的還是將熒光粉漿直接涂敷在芯片上面,同一塊模組的熒光粉還是較一致,但對大批量生產就可能會出現不同的模組用眼睛看出色差來,較好的辦法是使用LED熒光粉薄膜或膜片,薄膜和膜片可以規模化生產,一致性好,LED燈都是多芯片封裝,發出的光互相混合,經過熒光粉膜或膜片轉換為白光,其色差可以消除。對薄膜和膜片的要求是:
    1, 能透過光線,厚度在0.1----0.5mm之間,熒光粉均勻,外觀平整。
    2, 光轉化效率要高,穩定性要好,壽命長,抗老化性好。
    3, 可做成有片基的和無片基的,做成薄片也可,看實施條件和成本。對片基要求是無色透明抗老化好。
    4, 加工成型方便,尺寸任意裁剪,成本低。
    還有一種方法是將熒光粉和透明塑料按比例混合,通過注塑機和模具,直接生產出帶熒光粉的燈罩來,由燈罩將藍光轉換成白光。這樣就更省事和更方便,由于燈罩轉換的是混合的藍光,故輸出的白光是沒有色差,而且光線比較柔和不會產生眩光。
    三,為了較好解決LED散熱的難題,應該將燈具設計和封裝一并考慮,將封裝和LED散熱的散熱片做成一個整體,有效減少熱阻的道數,這是一種很有效和提高燈具散熱的辦法。
    目前市面上的LED日光燈都不帶散熱片,這樣的燈具是無法做到高功率和高質量以及長壽命。正確的產品設計應該將散熱片一并考慮,工業化生產是將LED日光燈的散熱器,用模具擠壓出半圓帶翅片的鋁型材,再根據功率的大小裁切出需要的長度,然后制出鋁基銅箔線路,將芯片固定在銅箔上,打金線連接或用幫定機幫定。這樣的燈具散熱效果好,只有二道熱阻,比常用的封裝方法少一到二道熱阻,有效降低芯片的溫度,對提高LED日光燈質量和壽命都能起到作用。
    另外一種方法是在鋁型材上設計出突條,根據需要銑出許多長方形,在用普通(0.8—1.0mm厚)pcb線路板按照鋁型材的長方形開長方孔,將pcb線路板粘貼或鉚合在鋁型材上,LED芯片則固定在鋁型材上的長方形突臺上,再用金線將PCB板上的線路和芯片相連。這種生產工藝最好,熱阻只有一道,散熱效果最好,生產LED燈具的廠家應優先采用這種方案,其次是再鋁型材上做銅箔線路的方法。只有這樣的創新,才能有效的解決LED長條形燈具的散熱問題,也才能提高LED日光燈的質量和壽命。
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