检测技术与标准
随着W级功率芯片制造技术和白光LED工艺技术的发展,LED产品正逐步进入(特种)照明市场,显示或指示用的传统LED产品参数检测标准及测试方法已不能满足照明应用的需要。国内外的半导体设备仪器生产企业也纷纷推出各自的测试仪器,不同的仪器使用的测试原理、条件、标准存在一定的差异,增加了测试应用、产品性能比较工作的难度和问题复杂化。
我国光学光电子行业协会光电子器件分会行业协会根据LED产品发展的需要,于2003年发布了“发光二极管测试方法(试行)”,该测试方法增加了对LED色度参数的规定。但LED要往照明业拓展,建立LED照明产品标准是产业规范化的重要手段。
筛选技术与可靠性保证
由于灯具外观的限制,照明用LED的装配空间密封且受到局限,密封且有限的空间不利于LED散热,这意味着照明LED的使用环境要劣于传统显示、指示用LED产品。另外,照明LED是处于大电流驱动下工作,这就对其提出更高的可靠性要求。在产业化生产中,针对不同的产品用途,进行适当的热老化、温度循环冲击、负载老化工艺筛选试验,剔除早期失效品,保证产品的可靠性很有必要。
电防护技术
由于GaN是宽禁带材料,电阻率较高,该类芯片在生产过程中因静电产生的感生电荷不易消失,累积到相当的程度,可以产生很高的静电电压。当超过材料的承受能力时,会发生击穿现象并放电。蓝宝石衬底的蓝色芯片其正负电极均位于芯片上面,间距很小;对于InGaN/AlGaN/GaN双异质结,InGaN活化薄层仅几十纳米,对静电的承受能力很小,极易被静电击穿,使器件失效。
因此,在产业化生产中,静电的防范是否得当,直接影响到产品的成品率、可靠性和经济效益。静电的防范技术有如下几种:
1.对生产、使用场所从人体、台、地、空间及产品传输、堆放等方面实施防范,手段有防静电服装、手套、手环、鞋、垫、盒、离子风扇、检测仪器等。
2.芯片上设计静电保护线路。
3.LED上装配保护器件。
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功率型LED封装技术现状
功率型LED分为功率LED和W级功率LED两种。功率LED的输入功率小于1W(几十毫瓦功率LED除外);W级功率LED的输入功率等于或大于1W。
国外功率型LED封装技术
(1)功率LED
最早有HP公司于20世纪90年代初推出“食人鱼”封装结构的LED,并于1994年推出改进型的“Snap LED”,有两种工作电流,分别为70mA和150mA,输入功率可达0.3W。接着OSRAM公司推出“Power TOP LED”。之后一些公司推出多种功率LED的封装结构。这些结构的功率LED比原支架式封装的LED输入功率提高几倍,热阻降为几分之一。
(2)W级功率LED
W级功率LED是未来照明的核心部分,所以世界各大公司投入很大力量,对W级功率LED的封装技术进行研究开发。
单芯片W级功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的LUXEON LED,该封装结构的特点是采用热电分离的形式,将倒装芯片用硅载体直接焊接在热沉上,并采用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新材料,现可提供单芯片1W、3W和5W的大功率LED。OSRAM公司于2003年推出单芯片的“Golden Dragon”系列LED,其结构特点是热沉与金属线路板直接接触,具有很好的散热性能,而输入功率可达1W。
多芯片组合封装的大功率LED,其结构和封装形式较多。美国UOE公司于2001年推出多芯片组合封装的Norlux系列LED,其结构是采用六角形铝板作为衬底。Lanina Ceramics公司于2003年推出了采用公司独有的金属基板上低温烧结陶瓷(LTCC-M)技术封装的大功率LED阵列。松下公司于2003年推出由64只芯片组合封装的大功率白光LED。日亚公司于2003年推出号称是全世界最亮的白光LED,其光通量可达600lm,输出光束为1000lm时,耗电量为30W,最大输入功率为50W,提供展览的白光LED模块发光效率达33lm/W。
有关多芯片组合的大功率LED,许多公司根据实际市场需求,不断开发出很多新结构封装的新产品,其开发研制的速度非常快。
国内功率型LED封装技术
国内LED封装产品的品种较齐全,据初步估计,全国LED封装厂超过200家,封装能力超过200亿只/年,封装的配套能力也很强。但是很多封装厂为私营企业,规模偏小。但我国台湾UEC公司(国联)采用金属键合(Metal Bonding)技术封装的MB系列大功率LED的特点是,用Si代替GaAs衬底,散热好,并以金属黏结层作光反射层,提高光输出。
对于大功率LED封装技术的研究开发,目前国家尚未正式支持投入,国内研究单位很少介入,封装企业投入研发的力度(人力和财力)还很不够,形成国内对封装技术的开发力量薄弱的局面,封装的技术水平与国外相比还有相当的差距。