高亮度矩陣式LED封裝挑戰(zhàn)和解決方案

　　矩陣式LED封裝能獲得更高流明每瓦的發(fā)光效率。在封裝高亮度矩陣式LED的時候，低溫共晶鍵合以及引線鍵合是兩道關(guān)鍵的步驟。

　　近幾年發(fā)光二極管（LED）的應(yīng)用在不斷增長，其市場覆蓋范圍很廣。包括像指示燈、聚光燈和頭燈這樣的汽車照明應(yīng)用，顯示背光和照相機閃光燈等照相功能，LED顯示器背光和投射系統(tǒng)等消費產(chǎn)品，建筑物的特色照明和標(biāo)志等建筑應(yīng)用。LED亮度高、發(fā)光效率高且反應(yīng)速度快。由于功耗低，使用壽命長，放熱少且可發(fā)出彩色光等特點，已經(jīng)在很多方面替代了白熾燈。

　　隨著LED效率的不斷提高，產(chǎn)生的每瓦特流明量不斷增大，LED照明變得越來越接近實際。比如在2003年，一個相當(dāng)于3000lm的熒光燈管需要采用1300個以上的30lm/W LED才能獲得相當(dāng)?shù)男Ч５?005年，獲得同樣的熒光燈管發(fā)光效果所需的LED數(shù)目減少了20倍，只需50個左右，每個LED的發(fā)光效率為50lm/W或者更高，發(fā)光強度為60lm。

　　LED生產(chǎn)有四個環(huán)節(jié)，或者說涉及四個領(lǐng)域。第一個環(huán)節(jié)稱作產(chǎn)品環(huán)節(jié)0，指生產(chǎn)器件本身。產(chǎn)品環(huán)節(jié)1是一級封裝，這指的是通過芯片黏附和引線鍵合的方法將器件連接至電源上，形成表面貼裝封裝。產(chǎn)品環(huán)節(jié)2是指二級封裝。將多個一級封裝放在一起，形成像外部信號或室外照明燈應(yīng)用所需的光輸出。產(chǎn)品環(huán)節(jié)3是對整個系統(tǒng)或解決方案進行系統(tǒng)封裝。

　　一級LED封裝包括單個LED和復(fù)雜的LED矩陣的封裝。在標(biāo)準(zhǔn)的LED陣列中，每個LED被連接至基板電極上，LED可分開處理或連接在一起。這種類型的封裝多數(shù)是利用環(huán)氧樹脂粘黏芯片。對于室外照明或背投屏幕照明等高亮度LED應(yīng)用，需要采用矩陣結(jié)構(gòu)的LED。在這種結(jié)構(gòu)里，LED被緊密地將行與列排列起來，以獲得盡可能多的光。圖1是LED矩陣圖，它們一起工作時可產(chǎn)生巨大的流明量。LED的數(shù)目和排列緊密程度要求芯片黏附材料的導(dǎo)熱性能良好，以保持LED盡可能低溫。

　　矩陣式LED封裝是生產(chǎn)中許多系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它們現(xiàn)在才流行起來是因為這種結(jié)構(gòu)能獲得更多的流明每瓦功率。不過與單芯片封裝相比，矩陣式LED封裝對于芯片粘合和引線鍵合帶來了很大挑戰(zhàn)。高亮度LED應(yīng)用要求熱傳輸最大，才能滿足性能要求。

　　封裝高亮度LED

　　矩陣式LED工藝步驟包括材料準(zhǔn)備、芯片的拾放、脈沖回流、清潔、引線鍵合及測試。下面的討論將主要集中在脈沖回流（低溫共晶鍵合）和引線鍵合步驟。示例為9×8的290m LED矩陣，采用AuSn粘合法。LED在列方向電氣連接在一起。目標(biāo)是利用冶金共晶互連將LED和基板連在一起，根據(jù)部件容差（約1mil的空隙）將LED盡可能緊密地布置。圖2所示為該290m LED矩陣。

圖1. 矩陣式LED