深度讲解高亮度矩阵式LED封装技术和解决方案

近几年发光二极管(LED)的应用在不断增长，其市场覆盖范围很广，包括像指示灯、聚光灯和头灯这样的汽车照明应用，像显示背光和照相机闪光灯这样的照相功能，像LED显示器背光和投射系统这样的消费产品，像建筑物的特色照明和标志这样的建筑应，以及许多其他方面的应用。LED亮度高、发光效率高且反应速度快。由于耗能低，使用寿命长，放热少且可发出彩色光的特点，已经在很多方面替代了白炽灯。

随着LED效率的不断提高，产生的每瓦特流明量不断增大，利用LED进行通用照明变得越来越接近实际。比如在2003年，一个相当于3000流明的荧光灯管需要采用超过1300个效率为30流明/瓦的LED才能获得相当的效果。但到2005年，获得同样的荧光灯管发光效果所需的LED数目减少了20倍，只需50个左右，每个LED的发光效率为50流明/瓦或者更高，发光强度为60流明。

LED照明水平

LED生产有四个环节，或着说涉及四个领域。第一个环节称作产品环节0，指生产器件本身。第二个环节产品环节1是一级封装，这指通过芯片黏附和引线键合的方法将器件连接至电源上，形成表面安装封装。第三个环节产品环节2指二级封装。将多个一级封装放在一起，形成像外部信号或室外照明灯应用所需的光输出。第四个环节产品环节3是对整个系统或解决方案进行系统封装。

一级LED 封装包括单个LED和复杂的LED矩阵的封装。在标准的LED阵列中，每个LED被连接至基板电极上。LED可分开处理或连接在一起。这种类型的封装多数是利用环氧树脂粘黏芯片。对于高亮度LED应用，如室外照明或尾部投射屏幕照明，需要采用矩阵结构的LED。在这种结构里，将LED进行紧密的行与列的排列，以获得尽可能多的光。图1是LED矩阵图，它们一起可发出巨大的流明量。LED的数目和排列紧密程度要求芯片黏附材料的导热性能良好，以保持LED尽可能低温。

图1 LED矩阵图

矩阵式LED封装是生产中许多系统的基础。它们的新近流行是因为这种结构能获得更多的流明每瓦功率。不过与单芯片封装相比，矩阵式LED封装对于芯片粘合剂和引线键合带来了很大挑战。高亮度LED应用要求热传输最大，才能满足性能要求。

封装高亮度LED

矩阵式LED工艺步骤包括材料准备、芯片的取放、脉冲回流、清洁、引线键合及测试。下面的讨论将主要集中在脉冲回流(低温共晶键合)和引线键合步骤。示例为9 8的290祄LED矩阵，采用AuSn粘合法。LED在列方向被电气连接在一起。目的是利用冶金共晶互连将LED和基板连在一起，根据部件容差(约 1mil的空隙)将LED尽可能紧密地布置。图2所示为该290祄LED矩阵。

图2 引线键合前将290微米LED黏附至AuSn上