当前课程知识点:创新材料学 > 半导体固体照明及相关材料 > 白光LED相关材料及应用 > 炮弹型LED发光器件封装的主要工程
下边我们就讲散热基板的问题
刚才讲了必须把热量导出来
这种是表面贴装性的
这种的是Lumiled LED
这种是炮弹型的
这种也是表面贴装型的这种
表面贴装型
那么小功率采取这种
小功率采取这种
大功率
就采取表面贴装
采取一些措施
反正想办法把热量导出来
那么关于散热基板
现在采取了各种方式
来解决这个问题
首先是用有机材料
用树脂加上添加剂
通过改善树脂的性能
或者是改善添加剂的性能
使基板的导热系数增加
你们看看树脂的导热系数是0.2瓦
填料的导热系数是30瓦
想办法使这二者
有机的结合
把热导率提高来增加
这是一种办法
这个办法就是想办法
增加树脂或者填料的
这种办法
再一种办法
是在利用金属基板
干脆利用金属基板
所谓金属基板是什么
背面是做成金属的
金属导热层
有不锈钢等等
上边是绝缘层导热层
上边是铜箔
铜箔是为了引电路用的
这是铜箔底下是绝缘层
绝缘层底下是金属层
利用金属层的高导热能力
把热量尽快的散发出去
这是利用的金属基板
我们知道金属导热
我们以前讲过了
材料得导热
金属材料得导热
一定是自由电子导热
导电性好的材料导热性一定好
那么从这个意义上讲
我们看看导热最好的
导电最好的是银铜金铝铁等等
实际上热导率
也是按照规律来排列
最好的
450到460上五百了
这是银 第二个是铜
第三个是金
第四个是铝
铁就差多了
好 那么还有
用无机材料
无机材料的导热机理
多晶材料它是什么
它是晶格振荡
或者叫做声子
声子导热
我们看看声子导热
有的人书上也这么写
材料的导热性
导电性好的导热性也好
这得分开
不能一概而论
对金属材料来讲是这样
对无机材料
导热机制根本就不是自由电子
它是靠声子导热
靠晶格振荡导热
那么这些无机材料
要想提高导热率
是什么因素所决定的
两条因素
第一条它的原子系数
组成这种材料的原子系数必须低
第二条晶体里边缺陷必须比较少
那从这个意义上讲
哪些材料导热性比较好
氮化铝 三氧化二铝 氧化铍
氧化铍这是 碳化硅这不错
碳化硅 氧化铍
这是三氧化二铝
这是石墨粉 这是氮化铝
你们看氮化铝 氧化铍
碳化硅这都是比较好的
它的原子系数
肯定是小的
那么三氧化二铝就差一些了
三氧化二铝它的
铝的原子系数比较大
我再说一遍
氧化铍 碳化硅 氮化铝
石墨粉这些导热性都比较好的
导热性比较好的
所以现在的发光二极管
高热导热板材料
三个途径来解决
一个途径
是用有机材料加填料
这种提高热导率的
潜力不是很大
但是它简单方便便宜
第二种干脆用金属基板
用银 铜 金 铝
用的最多的还是铝
为什么铝
铝尽管导热系数低一点
但是它便宜它密度小
重量轻
用铝
个别的情况下用铜
铜价钱就贵了
铜的价钱比较贵
它也重
第三种是采取陶瓷材料
陶瓷材料选哪些就是这几种
氧化铍不行
因为它有毒
用什么
碳化硅 用氮化铝
有些情况用三氧化二铝
但是现在开发的重点
在氮化铝上
氮化铝它
粉沫烧结都有一定的难度
另外烧结氮化铝的时候
必须得加以控制
如果不控制
尽管粉沫不错
烧出来的东西热导率就是不好
它的理论热导率你们看看
这上边写的
图上讲的氮化铝的
理论热导率是多少
到270 280左右
烧出来可能100左右
这为什么
控制的不太好
里边存在着缺陷
空位 晶界 杂质 夹杂物
这些东西存在
都会大大的影响它的晶格振荡
影响它的热导率
所以发光二极管的基板
就是要增加导热性就是三个途径
这里边还有几种
比较特殊的结构是什么
就是说采用铜凸块-铜衬底的
导热基板结构
铜凸块这是那个
电路及基材
这是个铜凸块
这是LED等发热器件
直接坐在了一个铜凸块
这是电路
这是那个发光二极管
直接坐在铜凸块上
那当然散热就比较好了
这种PCB基板带空腔
并以铜做衬底的
散热基板的安装结构
就是上面是印制电路板
这里边印制电路板
有一个空腔
就把发光二极管
直接坐在了铜衬底上
这就可以散热
另外铜的热导率是398
这当然热导率非常高了
就可以把热量散出来
因为将来发光二极管
最有商业价值的
不在于是指示灯
不在于做商标
而在于照明
照明就需要比较大的功率
必须有什么
有散热做保证
这一个讲的氮化铝
氮化铝的晶体结构
氮化铝它是闪锌矿的
大家伙都明白
铝占据了六方的
密排六方的
注意密排六方
六方点阵
六方精细 六方点阵
密排六方的铝它是
氧 氮
它是占据了四面体间隙
不过四面体间隙
它占了一半
本来有十二个四面体间隙
它占了一半 是六个
六比六就是一比一的关系
这就是什么
这是氮化铝的晶体结构为六方
精细的闪锌矿结构
在这种结构当中氮和铝
共同形成SP3()轨道
构成四配位
氮化铝的点阵常数为3.1一个I
C等于4.980I
当氮化铝结构中有氧和碳混入时
A轴增大 C轴方向减小
一有缺陷
比方说做出来的氮化铝
烧结完了以后氮化铝多晶体
里边有些缺陷的时候
有些位错 点阵激变
或者点缺陷或者是杂质
或者是微裂纹气孔等等这些东西
大大的影响氮化铝的热导率
它非常敏感
敏感到什么程度
理论上可以到300瓦每米株
烧出来的东西不到一百 几十
都有可能
所以工艺难度还是比较大的
这个讲的是高温低温共烧的
多层陶瓷基板HTCC和LTCC
HTCC是high temperature cofired ceramics
低温共烧基板是
low temperature cofired ceramics
那是什么意思
高温共烧的就是说它搞成多层
用什么
用三氧化二铝声片
或者是氮化铝的声片
先流延出声片出来
陶瓷声片
表面上印出电路图图形来
图形一定是什么
一定是钨 钼这些图形
孔实现金属化
把做好的声片
多层叠加起来
纹压 纹压完了以后烧结
一烧结里边的电路图
都是多层的 连好了
最后形成一个整体
这种叫做高温
为什么叫高温
因为三氧化二铝要烧结
它必须得在1500度1600度左右
要用一般的金属是不行的
因为金属就气化了
一般的都建金属泥
用这些金银铜这些东西
它的熔点都是千度左右
到1500度肯定是不行的
所以必须得有钨钼
要有钨钼就有问题
在大气当中烧成
它就会氧化
必须在还原气氛当中烧结
这样难度就比较大了
它的优点是
因为三氧化二铝的热导率
比较高一些
未来要用低温的烧结
要供烧
就是low temperature cofired ceramics
它是什么意思
我要把烧结温度降下来
它低温共烧两层意思
一层我就是说陶瓷材料本身
它是有三氧化二铝
和玻璃所组成的
这样烧结温度
可以降低到900度以下
用一般的贵金属贱金属就可以了
贵金属比方说金 银 铂 钯
贱金属有铜 镍甚至等等这些
都可以了
我也是先把玻璃和陶瓷
组成的浆料流延
流延出来
得到一个玻璃陶瓷的
预烧体
还没有烧
然后上边印上图形
用贱金属 用贵金属印上图形
孔实现金属化
多层纹压 纹压完了以后烧结
一烧结出来以后
也成为一个共烧体
共烧体它的陶瓷是
低温共烧陶瓷
它是玻璃陶瓷
然后导线
布线
是用低熔点的
温度熔点比较低的这些
铜 银 钯 镍
什么石墨等等这些组成了
这种叫做低温共烧
这种低温共烧
因为比方说我用贵金属
我就可以在大气当中烧成
这样就解决了很多问题
但是低温共烧
注意低温共烧
由于它陶瓷
是由于三氧化二铝跟玻璃所组成的
它的热导率要比用高温共烧的
那个三氧化二铝
要低一个数量级左右
比方三氧化二铝
可以做到20到30瓦每米K
那么共烧也就是2到3左右
那么无论如何它可以实现
线路的多层化
它的热导率又比普通的
有机聚合物的基板
要高的多
也高一两个数量级
因此它也有一些用途
现在我们国内比方十三所
也在有这个产品
供应各个产业界使用
那么下边关于它的制作
就是跟我们前边讲电子封装
是一样的
它比较简单
为什么比较简单
因为它的引线端子很少
要是单芯片就是两个
多芯片
只不过把芯片数乘以二而已
最多几十个
十几个 几十个
这样比较简单
另外那个焊盘比较大
所以它的方式
也是用引线键合
就是Wire Bonding
或者是用倒装片 倒装芯片的
Wire Bonding它也是用
()
把金丝送出来 打弧
打完弧以后超声焊热压焊
超声热压焊
给它弄在上边去
然后退出来等等这些
那个流程跟 是一样的
还有用倒装片
倒装芯片的方法
是采取这种先形成凸点
有了凸点
连到上边去
倒装芯片
它可以缩小体积
跟缩小封装面积
炮弹型的LED的主要工序
第一个是延片共晶 引线键合
荧光体涂布
透镜形成 切片制片
测量检查 分机包装
这完成出场
这确实是比较简单了
首先是延片共晶
就把那个芯片拿下来
放在框架上
给它粘接上边去以后
它一般有个杯状的
这是个杯状的
杯状的为了
为了反光
共晶 共在里边去
然后就是Wire Bonding
这边连一下这边连一下
连接起来
把它先连接起来
最后引线 引在框架上去了
下边是往里
放荧光体粘结剂
荧光体放进去固化
固化完了以后
环氧树脂弄上去 炮弹型的了
炮弹型的两个引脚出来
两个引脚
一检查它发光这就是产品了
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