改善高亮度LED发光效益解决方案

发布时间:2013-01-6 阅读量:693 来源: 我爱方案网 作者:

【导读】高亮度LED(HB LED)的出现,在照明产业中掀起了一股狂潮。相较于传统的白热灯泡,HB LED因具备了更省电、使用寿命更长及反应时间更快等主要优点,因此很快的抢占了LCD背光板、交通号志、汽车照明和招牌等多个市场。但仍得面对静电释放(ESD)损害和热膨胀系数(TCE)等效能瓶颈;本文将提出一套采次黏着基台(Submount)的进阶封装方式,以有效发挥LED的照明效益。

HB LED的主导性生产技术是InGaN,但此技术仍有一些瓶颈需要克服,目前掌握前瞻技术的业者纷纷针对这些瓶颈提出新的解决方案,希望能进一步拓展HB LED的市场。这些瓶颈中以静电释放(ESD)敏感性和热膨胀系数(TCE)为两大议题,其困难如下所述:

热处理

相较于LED 晶粒(die)的高效能特性,目前多数的封装方式很明显地无法满足今时与未来的应用需求。对于HB LED的封装厂商来说,一个主要的挑战来自于热处理议题。这是因为在高热下,晶格会产生振动,进而造成结构上的改变(如回馈回路变成正向的),这将降低发 光度,甚至令LED无法使用,也会对交错连结的封入聚合体(encapsulating polymers)造成影响。

仅管一些测试显示,在晶粒(die)的型式下, 即使电流高到130mA仍能正常工作;但采用一般的封装后,LED只能在20mA的条件下发光。这是因为当芯片是以高电流来驱动时,所产生的高热会造成铜 导线框(lead-frame)从原先封装好的位置迁移。因此在芯片与导线框间存在着TCE的不协调性,这种不协调性是对LED可靠性的一大威胁。

静电释放(ESD)

对电子设备的静电损害 (Electrostatic damage;ESD)可能发生在从制造到使用过程中的任何时候。如果不能妥善地控制处理ESD的问题,很可能会造成系统环境的失控,进而对电子设备造成 损害。InGaN 晶粒一般被视为是"Class 1"的设备,达到30kV的静电干扰电荷其实很容易发生。在对照试验中,10V的放电就能破坏Class 1 对ESD极敏感的设备。研究显示ESD对电子产品及相关设备的损害每年估计高达50亿美元,至于因ESD受损的LED则可能有变暗、报销、短路,及低Vf (forward voltage)或 Vr(reverse voltage)等现象。

为了突破这些InGaN LED瓶颈,CAMD公司提出一项特殊的解决方式。采用与医学用生命支持设备相同的技术,CAMD发展出一种硅载体(Silicon Carrier)或次黏着基台(Submount),以做为InGaN芯片与导线框之间的内部固着介质;当透过齐纳二极管(Zener Diodes)来提供ESD保护的同时,这种Submount设计也能降低TCE不协调性的冲击。

图一显示一个基本硅材质Submount如何将两个焊球与覆晶LED接合在一起的情况,在球体区域所见到的不同颜色圆圈是用来保护LED免受ESD损害的二极管架构。此架构除了能安全的抵销高达 30kV的接触放电,更超过IEC61000-4-2国际标准对最大值的要求。硅材质与焊球扮演着振动吸收器,以疏缓热膨胀效应。

1

图一 Silicon Submount架构上视剖析图

这样做还有一些明显的好处:以Submount粘着焊球,可以使LED晶粒紧密地与Submount接合在一起,再经由打线连接到导线框。这种方式能降低因直接打线到LED晶粒所产生的遮光影响。

 

 

在图一所示的Submount两边都有绿色的矩 形区域,这是打线的区域。此外,因为Submount是一个光滑的硅表面,其上是铝金属层,因此能将一般损失掉的光度有效的反射出去。图一中的覆盖了大部 分Submount的蓝色区域,即是高反射性的铝金属层,它的作用犹如LED的一面反射镜。

在LED的背面一般以金覆盖,以提供最佳化的热传导,以及芯片与导线框、铜散热器的高度接合度。

图二显示此一解决方案的完整封装结构,其中 LED晶粒与Submount上头的焊球接合,此一次组合被镶嵌在整个LED 封装中;Submount再打线到导线框,以供电给LED。这个硅Submount只有10-mils的厚度,这样才能发挥最大的热传导效能,让LED的 高热很快地经由此封装设计传到散热器上头。

2

图二 LED/Submount 封装方案侧面剖析图

综上所述

HB LED已开始取代消费性及工业应用的传统照明解决方案,但要让LED发挥最大照度,仍得克服一些瓶颈,例如在高热下,封装晶格会振动甚至迁移,以及因 ESD的损害而让LED有变暗、报销及短路等现象。本文所提到的Submount封装技术,可以有效的解决LED发光、散热及导电等问题,并能提供ESD保护,是一个值得推广的解决方案。

相关资讯
存储技术革命!HBM4携30%溢价重塑AI芯片格局

全球半导体产业正迎来新一轮技术迭代浪潮。市场研究机构TrendForce最新报告显示,随着人工智能算力需求呈现指数级增长,三大DRAM原厂加快推进HBM4产品研发进程。作为第四代高带宽存储技术的集大成者,HBM4在架构创新与性能突破方面展现出显著优势,预计将重构高性能计算芯片的产业格局。

Cadence推出HBM4内存IP解决方案,突破AI算力内存瓶颈

2025年5月22日,电子设计自动化领域巨头Cadence正式发布HBM4内存IP解决方案,其数据传输速率达到业界领先的12.8Gbps,较前代HBM3E产品带宽翻倍。该方案基于JEDEC最新发布的JESD270-4规范,针对AI训练与高性能计算(HPC)系统的内存带宽需求进行了全面优化。

行业领先!320g超高量程+边缘AI,ST MEMS传感器重新定义运动与冲击检测

2025年5月,全球半导体巨头意法半导体(STMicroelectronics,NYSE: STM)发布了业界首款集成双加速度计与AI处理功能的微型惯性测量单元(IMU)——LSM6DSV320X。该传感器在3mm×2.5mm的超小封装内融合了运动跟踪(±16g)和高强度冲击检测(±320g)能力,并通过嵌入式机器学习核心(MLC)实现了边缘智能。意法半导体APMS产品部副总裁Simone Ferri表示:“这一创新架构将为智能设备提供前所未有的交互灵活性和数据精度,推动消费电子、工业安全及医疗健康等领域的技术革新。”

TWS市场强势反弹:2025年Q1出货量激增18%,苹果小米领跑

全球TWS耳机市场在2025年第一季度展现出强劲复苏态势。根据Canalys最新数据,该季度全球出货量达7,800万台,同比增长18%,创下自2021年以来的最高增速。这一反弹标志着市场在经历阶段性调整后,正式迈入以技术迭代与消费升级为核心驱动力的新周期。

突破200万次按压极限:Littelfuse TLSM轻触开关引领工业控制新标准

2025年5月,全球工业技术制造巨头Littelfuse(NASDAQ:LFUS)正式发布TLSM系列表面贴装轻触开关,凭借200万次超长寿命、SPDT(单刀双掷)配置及IP54防护等级,重新定义了高频使用场景下的开关可靠性标准。在当前消费电子微型化、工业设备智能化的趋势下,传统轻触开关普遍面临寿命短(10-100万次)、环境适应性差(高温/高湿下性能衰减)、触感与耐用性难以平衡等痛点。TLSM系列通过材料革新与结构优化,不仅解决了行业长期存在的技术瓶颈,更瞄准了工业4.0、智能汽车、医疗设备等新兴市场的增量需求。