淺析大功率LED系統(tǒng)集成封裝技術(shù)
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OFweek電子工程網(wǎng):隨著全球能源短缺趨勢(shì)日益加劇,綠色節(jié)能環(huán)保的LED備受矚目。世界各國(guó)都制訂了本國(guó)LED照明發(fā)展計(jì)劃,我國(guó)“十二五”規(guī)劃也對(duì)LED照明發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了明確描述,并將LED列為“十二五”期間重點(diǎn)節(jié)能工程,位列國(guó)家七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)和新材料產(chǎn)業(yè)。
隨著LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,從LED芯片的生產(chǎn)到燈具市場(chǎng),已經(jīng)形成了一條相對(duì)完善的產(chǎn)業(yè)鏈。但對(duì)于傳統(tǒng)的LED照明,從芯片、封裝、電路板一直到應(yīng)用,各個(gè)環(huán)節(jié)都相對(duì)獨(dú)立。不同場(chǎng)所的照明需求,對(duì)LED的封裝提出了各種新的要求。如何在模組內(nèi)集成多種技術(shù),并通過(guò)系統(tǒng)封裝的方式使LED模組封裝趨于小型化、多功能化、智能化成為了我們需要探索的問(wèn)題。從技術(shù)的角度來(lái)看,LED是一種半導(dǎo)體器件,容易與其他半導(dǎo)體相關(guān)技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展出具有更高附加值的產(chǎn)品,開拓出全新的、傳統(tǒng)照明無(wú)法觸及的市場(chǎng)。LED多功能系統(tǒng)三維封裝能夠整合光源、有源、無(wú)源電子器件、傳感器等元件,并將他們集成于單一微小化的系統(tǒng)之中,是極具市場(chǎng)潛力的一項(xiàng)新技術(shù)。
LED多功能封裝集成技術(shù)
目前市場(chǎng)上存在一些簡(jiǎn)單的LED集成封裝產(chǎn)品,但是集成度較低,不能滿足未來(lái)LED發(fā)光模組對(duì)LED封裝產(chǎn)品的需要。芯片模組光源的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)了照明市場(chǎng)對(duì)技術(shù)發(fā)展的要求:便攜式產(chǎn)品需要集成度更高的光源;在商業(yè)照明、道路照明、特種照明、閃光燈等領(lǐng)域,集成的LED光源有很大的應(yīng)用市場(chǎng)。與封裝級(jí)模組相比,芯片級(jí)模組體積較小,節(jié)省空間,也節(jié)省了封裝成本,并且由于光源集成度高,便于二次光學(xué)設(shè)計(jì)。
三維立體封裝是近幾年發(fā)展起來(lái)的電子封裝技術(shù)。從總體上看,加速三維集成技術(shù)應(yīng)用于微電子系統(tǒng)的重要因素包括以下幾個(gè)方面:
1.系統(tǒng)的外形體積:縮小系統(tǒng)體積、降低系統(tǒng)重量并減少引腳數(shù)量;
2.性能:提高集成密度,縮短互連長(zhǎng)度,從而提高傳輸速度并降低功耗;
3.大批量低成本生產(chǎn):降低工藝成本,如采用集成封裝和PCB混合使用方案;多芯片同時(shí)封裝等;
4.新應(yīng)用:如超小無(wú)線傳感器等;
目前有多種不同的先進(jìn)系統(tǒng)集成方法,主要包括:封裝上的封裝堆疊技術(shù);PCB(引線鍵合和倒裝芯片)上的芯片堆疊,具有嵌入式器件的堆疊式柔性功能層;有或無(wú)嵌入式電子器件的高級(jí)印制電路板(PCB)堆疊;晶圓級(jí)芯片集成;基于穿硅通孔(TSV)的垂直系統(tǒng)集成(VSI)。三維集成封裝的優(yōu)勢(shì)包括:采用不同的技術(shù)(如CMOS、MEMS、SiGe、GaAs等)實(shí)現(xiàn)器件集成,即“混合集成”,通常采用較短的垂直互連取代很長(zhǎng)的二維互連,從而降低了系統(tǒng)寄生效應(yīng)和功耗。因此,三維系統(tǒng)集成技術(shù)在性能、功能和形狀等方面都具有較大的優(yōu)勢(shì)。近幾年來(lái),各重點(diǎn)大學(xué)、研發(fā)機(jī)構(gòu)都在研發(fā)不同種類的低成本的集成技術(shù)。
半導(dǎo)體照明聯(lián)合創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)LED系統(tǒng)集成封裝也進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。該研究針對(duì)LED筒燈,通過(guò)開發(fā)圓片級(jí)的封裝技術(shù),計(jì)劃將部分驅(qū)動(dòng)元件與LED芯片集成到同一封裝內(nèi)。其中,LED與線性恒流驅(qū)動(dòng)電路所需的裸片是電路發(fā)熱的主要元件,同時(shí)體積比較小,易于集成,但由于主要發(fā)熱元件需要考慮散熱設(shè)計(jì)。其他元件體積較大,不易于集成。電感、取樣電阻與快速恢復(fù)二極管等,雖說(shuō)也有一定的熱量產(chǎn)生,但不需要特殊的散熱結(jié)構(gòu)。
基于以上考慮,我們對(duì)發(fā)光模組的組裝進(jìn)行如下設(shè)計(jì):
1.驅(qū)動(dòng)電路裸片與LED芯片集成在封裝之內(nèi),其余電路元件集成在PCB板上;
2.PCB電路板圍繞在集成封裝周圍便于連接;
3.PCB與集成封裝放置于熱沉之上;
該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于:體積較小;主要發(fā)熱元件通過(guò)封裝直接與熱沉接觸,易于散熱;不需要特別散熱的元件,放置在普通PCB上。相比MCPCB,節(jié)省了成本;在需要時(shí),可將元件設(shè)計(jì)在PCB板的背面,藏在熱沉的空區(qū)域中,避免元件對(duì)出光的影響。
(審核編輯: 小王子)
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