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Luxeon LED介紹 第1章

一般包裝事項
傳統來說, LED 光源的構造,都是在光學級環 氧 樹脂包裝中
裝入小型信號 LED 晶片。由於 Power Light Source
有著更高功率和使用壽命的要求,因此 它 與這些小型信號
LED 有著許多不同之處。任何成品 LED 的總體可靠性均取決
於 LED 晶片的可靠性,以及 LED 晶片、接 腳 、金線和周圍
元件之間的相互機械作用。
周圍溫度的變化和自身的發熱可能在 LED 包裝中造成機械
應力,從而影響 ? 品的總體可靠性。由於各個元件的熱膨脹
係數不同, LED 包裝在過高的周圍溫度條件下,可能要承受
機械應力。經過一段日子後,這種機械應力可能導致裂痕、
機械性脫落或連接絲斷裂,造成引起災難故障的可能。由於
供給 LED 的大部分功率都將以熱量形式耗散,因此接合點
溫度始終會比周圍溫度高(視乎耗散功率的大小和耐熱性而
定)。如此一來, LED 的內部溫度不僅取決於周圍溫度,還
要看使用過程中的驅動電流和熱阻抗。最後,包裝還具有吸
潮性,對 ? 品的可靠性也可能 產 生不利影響。

 

 

小型信號 LED 的包裝

圖 1 為 典型的小型信號 LED 的包裝結構。一個小型 LED 晶
片附著在一個金屬接 腳 上,並利用一段細金絲連接在其他金
屬接 腳 上。然後將該 LED 晶片和接 腳 封膠在光學級環 氧 樹
脂中。

光學級環 氧 樹脂能增 強 LED 包裝的機械 強 度,也同時限制了
它 的操作溫度範圍。在操作溫度範圍下,該環 氧 樹脂變得非
常堅固。而溫度變化會導致 LED 包裝膨脹和收縮。由於 LED
包裝的各個元件擁有不同的熱膨脹係數,因此溫度變化會使
金線、 LED 晶片和鋼模附著材料承受機械應力。在正常操作
條件下, ? 控制環 氧 樹脂的熱膨脹係數,環 氧 樹脂包裝需要
在環 氧 樹脂的脆化溫度 (TG) 下工作。在 TG 溫度之上,環 氧
樹脂的膨脹率將變大,從而會在 LED 包裝內形成更大的機械
應力。頻繁的熱脹冷縮現象可能導致金絲斷裂。此外,過大
的熱衝擊也會造成環 氧 樹脂裂開、金絲和 LED 鋼模斷裂或導
致 LED 鋼模同 LED 接 腳 分離。由於上述大多數可靠性問題
都是由環 氧 樹脂的機械屬性造成,因此 ?? 品選定最佳環 氧
樹脂時,都會特別小心。即使如此, LED 包裝的上限和下限
溫度通常還是由其環 氧 樹脂包裝的機械屬性來決定。

此外,當光學級別的環 氧 樹脂暴露在太陽紫外線下和高 強 度
的藍光下時, 它 們可能逐漸變 ? 黃色或褐色。 ? 了延遲環 氧
樹脂在陽光下的變黃過程,幾年之前就開始在環 氧 樹脂中添
加各種紫外線抑制劑。然而,藍色和白色 LED 具有近似紫外
線的高 強 度能量,而 它 們的輻射透量水平也比陽光還高。因
此,即使使用紫外線抑制劑,藍色和白色小型信號 LED 通常
也可能受到光輸出衰減(由於 LED 鋼模周圍的環 氧 樹脂包裝
變黃 / 變褐色)的限制。

 

 

Luxeon 包裝

一般包裝注意事項

Luxeon Power Light Source 在小型信號 LED 的多種包裝上,
呈現了突飛猛進的技術基礎。這些改變不僅改善了高功率
操作所必需的熱屬性,而且還減輕了環 氧 樹脂包裝的某些限
制。圖 2 顯示了 Luxeon Power Light Source 的包裝結構。
注意,其熱路徑和電路徑是分開的。 強 大的 LED 晶片附著在
金屬降溫片上,提供了主要的熱路徑。同時, 強 大的 LED 晶
片還在電氣上和正極和負極接 腳 相連。高溫塑膠鏡片同塑膠
外殼固定在一起, 強 大 LED 晶片和塑膠鏡片之間的縫隙中充
填 專利的矽樹脂包裝。本應用說明的「 Luxeon 包裝的內部結
構」小節將詳細介紹 Luxeon 包裝。

與傳統的小型信號 LED 相比, Luxeon 包裝具有更低的熱
阻。 Luxeon 系列融合了 AlInGaP LED 鋼模技術(如紅色、
橙紅色和琥珀色系列)和 InGaN LED 鋼模技術(如深藍色、
藍色、 青 色、綠色和白色系列)。

晶片安裝

AlInGaP Luxeon LED 鋼模直接 焊 接在降溫片上。不同
AlInGaP Luxeon 包裝的最終熱阻抗 (R J-SLUG) 介於 15 到
18 ℃ /W 之間。
InGaN Luxeon 鋼模的接合點帶有 絕 緣的藍寶石襯底,緊接著
將倒置鋼模,並與矽晶片 焊 接在一起。矽晶片永久固定在降
溫片上。

InGaN Luxeon 包裝(包括白色)的最終熱阻抗 (R J-SLUG)
? 15 ℃ /W ; InGaN Luxeon III 包裝 ? 13 ℃ /W ; InGaN
Luxeon V 包裝 ? 8 ℃ /W 。

矽樹脂封膠

Luxeon 包裝使用已獲得專利權的矽樹脂包裝代替了光學級別
的環 氧 樹脂,同標準的光學環 氧 樹脂相比,矽樹脂要穩定得
多,因此 它 可以獲得更好的機械特性。環 氧 樹脂非常硬並且
很脆,矽樹脂不同, 它 非常柔軟,因此允許金絲在包裝內移
動。這樣,在經受同樣溫度變化的情況下,矽樹脂包裝內的
金絲所承受的機械應力將遠小於在環 氧 樹脂中所承受的。同
光學級別的環 氧 樹脂相比,專利的矽樹脂包裝技術還能承受
更高的溫度。

此外,專利的矽樹脂包裝技術對紫外線照射和高 強 度藍光輻
射引起的褐色化具有更 強 的抵抗能力。圖 3 顯示了傳統環 氧
樹脂包裝的 5 mm 白色小型信號 LED 和矽樹脂包裝的 強 大
LED 的流明保持率對比。該資料來自紐約特洛伊照明 研 究中
心 (Lighting Research Center) 所進行的獨立 研 究測試。在這
些測試中, 5 mm 的白色 LED 採用 20 mA 的驅動電流,而
Power LED 的驅動電流 ? 350 mA 。兩種情況中的 LED 都在
室溫下進行。工作 10,000 小時後, 5 mm 的白色 LED 衰減了
65% ,而 Power LED 則僅衰減了 10% 左右。

 

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