浅议EMC在LED封装中的应用

By | 2020年7月24日

  1 引言


  Top LED器件次要采纳热塑性(Thermoplastic plastics,TPP)支架,这是一种成熟的LED封装支架。今朝,TPP支架塑封资料次要应用的是PPA、PA6T等热塑性树脂,这种支架的气密性成绩不断无奈失去改善,吸水性较强且PPA自身会变色,这些成绩城市影响LED器件的牢靠性[1]。近几年,外洋一些LED企业从微电子封装畛域引进一种新的封装方式,即环氧模塑料(Epoxy molding compound)封装,简称EMC封装。EMC是一种热固性塑料(Thermosetting plastic),正在日本已经是十分成熟的技巧,中国台湾地域也正在几年前开端研发,边疆则起步较晚[2]。因为EMC封装具备精良的功能劣势,被不少LED企业看好,曾经逐步成为一个非常抢手的封装技巧。


  2 EMC资料简介


  EMC是一种首要的微电子封装资料,经过封装工艺将半导体芯片包覆构成维护,以避免遭到内部环境的毁坏;同时EMC也起到肯定的散热成果。EMC具有可规模化消费以及正当的牢靠性特性,是半导体封装常见的封装资料之一[3~4]。


  二十世纪中期,环氧、酸酐固化体系模塑料被使用正在塑封晶体管中。跟着技巧的一直倒退,各类具有如阻燃型、低水解氯、低应力、低收缩、低翘曲等优异功能的EMC被研收回来,以进步半导体器件的功能以及牢靠性[3~4]。近几年,EMC开端被引入到LED封装畛域,对进步LED封装器件的功能以及牢靠性有很年夜的协助。


  EMC的次要成份有填充剂、环氧树脂、固化剂、偶联剂、阻燃剂、脱模剂、改性增加剂等;此中填充剂含量最高,能够改善环氧树脂的参数以及功能,如升高收缩系数、进步热导率、添加弹性模量等;环氧树脂作为基体树脂将其余组分连系正在一同,环氧树脂决议了EMC固化物的机器、电气、耐热等功能[3~5]。跟着半导体技巧的飞速倒退,人们一直钻研EMC资料特点以及优化工艺参数,使患上EMC的功能失去一直晋升。


  3 EMC支架的次要特点


  EMC具备高牢靠性、高导热性、高耐热耐湿性以及低应力、低收缩系数等优异功能,非常适宜于LED封装器件。LED EMC支架是一种高度集成化的支架,被人们称为第三代LED支架;相比于第一代PPA预塑封框架以及第二代陶瓷基板,EMC支架可具备完成年夜规模消费、升高老本、设计灵敏、尺寸更小等劣势[2]。


  因为LED是发光器件,封装资料除了了要保障器件的精良散热以及气密性要求外,还要使器件具有精良的取光成果,亦即资料必需要有高反射率,德国Hankel公司消费的一款型号为GR10000402B的EMC,对460 nm阁下蓝光的反射率高达94.8%。尽管传统PPA的反射率也能够达到93%阁下,但正在通过1 000 h的低温老化后,其反射率已降到50%如下,而Hankel公司的此款EMC支架通过1 000 h、150 ℃低温老化后,仍有80%阁下的反射率。


  表1是EMC支架以及传统PPA支架的功能参数比照,从表中数据能够看出,EMC资料相比于传统PPA资料,正在低温老化后光反射率、热收缩系数、资料衔接强度等方面均有较年夜改善以及晋升,愈加实用于高质量、高功率LED器件封装。


  表1 EMC支架以及PPA支架的功能参数比照



  4 EMC支架的劣势


  从表1中的比照数据来看,EMC有显著的封装功能劣势,很适宜用正在LED封装器件。EMC支架相比PPA支架具备较年夜劣势:


  (1)PPA支架的气密性成绩不断是LED器件的一个难题,而EMC有更低的热收缩系数、精良的粘结功能以及耐侵蚀功能,其气密性比PPA有很年夜的晋升,进而晋升LED器件的牢靠性。


  (2)EMC还具备抗紫内线才能,能够升高LED支架的黄化速率,用EMC做的LED器件能够更好地顺应户外复杂环境。


  (3)EMC较低的热收缩系数能够让器件接受更高的温度而没有影响器件牢靠性。相反体积的LED器件,应用EMC的LED能够经过更高的电流。如传统PPA资料的3014 Top LED器件,正向电流IF没有超越40 mA;而EMC封装的3014 正向电流能够达到150 mA,使患上LED功率达到0.5 W。关于3030以及3535EMC封装的LED能够经过350 mA,功率达到1 W以上[2]。


  (4)LED技巧倒退至今,其光效(lm/W)的晋升速率很快。跟着LED光效的晋升,人们开端存眷单元流明的老本,即lm/$。比照传统PPA资料,EMC使患上LED器件能够正在一样乃至更小的体积下完成更高功率,取得更高的光通量。尽管今朝EMC的价钱比PPA贵,但从单元流明的老本上,EMC的老本劣势非常显著。另外,EMC因为其消费工艺的特性,加工精度比传统封装有很年夜的晋升,集成化水平十分高,消费效率也能够年夜年夜进步,进一步进步了老本劣势。


  5 EMC支架工艺制程


  EMC次要是以熔融夹杂挤出法制造而成[5];而LED EMC支架则采纳蚀刻技巧,将EMC以及蚀刻铜基板正在模塑设施封装加热而成[2]。


  LED EMC支架工艺制程如图1所示,蕴含蚀刻、电镀、切片、注胶成型、成型烘烤、除了溢料等工序;此中注胶成型是次要工序,由成型(molding)设施实现,图2是EMC支架注胶成型的工艺进程表示图以及一些要害工艺参数。


  


  6 EMC使用正在LED封装中的一些成绩


  EMC使用正在LED封装中的一些成绩EMC被使用于LED支架,成为LED第三代支架,相比前两代LED支架,具备显著的功能劣势以及突出的使用成果,但同时也还存正在一些成绩。(1)EMC是一种热固性塑料,被引入到LED封装后,依据LED产物的特性以及功能要求对资料成份进行改进,但其填充料以及环氧都跟微电子封装的资料相近,因而EMC正在微电子封装中的一些常见缺点正在LED封装中也会存正在,比方存正在气孔、麻点、开裂、溢料以及气密性、固化后比拟脆等没有良成绩[6~8]。


  (2)EMC的气密性尽管比PPA有较年夜的改善,但因资料自身仍具备吸水性,无奈齐全防止气密性成绩[9]。虽不克不及齐全处理气密性成绩,但后续能够进一步改善,比方钻研以及增加一些改性增加剂或许从工艺制程去管制,优化制程参数;此中要特地留意管制温度变动招致界面资料的热收缩系数差别,这个差别会影响EMC与铜引线框架的绝对位移[1],进而构成水汽渗入的通道。


  (3)因为LED封装的EMC仍需从外洋出口,以后EMC的价钱比PPA贵。跟着EMC资料程度以及工艺技巧的一直倒退和EMC正在LED封装中的应用规模一直加年夜,EMC封装LED器件的老本劣势将逐渐凸显进去。


  (4)LED封装如要引入EMC,需求较年夜的资金以及研发投入[2],次要是由于EMC支架的构造与传统PPA支架有肯定差别,见图3所示的3014 EMC支架以及图4所示的3014 PPA支架。两种支架正在构造上的差别招致正在封装工序上的没有同。如正在切筋工序中,PPA支架采纳配套的工装,经过冲床冲压而成;而EMC支架封装的LED则要采纳划片机切割。假如要引入EMC,则需求对局部原有设施进行工装夹具调整或改良,乃至有些设施需求改换,这必将会添加更多的投入,这是今朝不少国际支架厂商以及LED封装厂商仍正在犹疑能否要引入EMC的次要缘由。


  


  7 完结语


  以后,LED行业因为产能多余成绩,竞争非常强烈,而正在市场拼杀中,价钱是首当其冲。LED灯具价钱依然高于传统灯具,需求进一步提价能力齐全关上规模最年夜的通用照明市场。为此,一切LED企业都正在踊跃钻研新资料、新技巧以及新工艺等,以进步LED产物功能,升高老本,终极晋升产物全体竞争力。


  因为EMC的特点优异以及工艺简略等特性,使患上EMC支架非常实用于功率正在0.5~2 W之间的LED器件,其老本劣势非常显著,LED器件的功能以及牢靠性方面也有较年夜晋升。因而, EMC支架封装的LED将逐步成为中年夜功率LED器件的支流抉择。跟着EMC的引入,LED产物的价钱将会有更年夜的提价空间,这也必将放慢LED照明灯具进入通用照明市场的步调。


 


编纂:Cedar