大功率LED封装工艺中流动分析及其工程应用

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作为一种绿色照明光源,大功率LED已经获得人们高度认可,并在各种照明领域中广泛应用。然而目前LED封装制造工艺中还存在诸多技术问题,严重地阻碍其进一步发展。本文对LED封装中关键的固晶和荧光粉涂覆工艺开展了研究,与目前大部分通过先进设备来提升工艺水平的研究工作不同,本文的研究思路为立足于探索和理解工艺中基础的流动问题来实现工艺技术的创新。  本研究主要内容包括:⑴采用数值和实验相结合的方法系统地研究了毛细自对准LED固晶技术方案,并对相关工艺因素的影响和芯片倾斜现象进行分析。结果表明:毛细自对准技术能够达到水平偏移量小于30μm和转动角度小于0.5°的固晶精度;焊盘与芯片在尺寸上的不一致对对准效果影响甚微;焊盘的加工缺陷对对准效果产生较大的影响,为需要重要控制的因素;焊料层界面在方形芯片的角处的较大变形是诱导芯片倾斜的原因;改进设计了一种圆形的芯片结构,理论上证明其能够消除倾斜现象。⑵基于流动分析提出沾取-转移荧光粉涂覆工艺。对荧光粉胶沾取工艺中的的流动过程进行模拟和实验研究;发现沾取棒的尺寸和淹没于胶中的深度是影响沾取荧光粉胶量的关键因素,沾取棒上升速度,胶的表面张力和粘度对沾取胶量的影响较小。通过沾取-转移荧光粉涂覆方法,加工了紧凑的荧光粉层;相对于传统荧光粉涂覆,其提升空间颜色均匀性的效果达70%以上。⑶结合LED封装需求和微流体流动理解,提出了模具荧光粉涂覆方法:开槽毛细填充和微压印法;它们分别适用于小尺寸和大尺寸LED阵列级封装。通过理论分析获得:1)毛细自动填充在结构和流动物性上应满足的条件;2)微压印涂覆中荧光粉胶体积、模具与芯片之间尺寸比和间隙应符合的关系。在理解工艺流动问题的基础上成功地开展了涂覆实验,结果显示:开槽毛细填充和微压印方法可以实现不同几何形貌和尺寸的荧光粉层涂覆,能够将空间相关色温变动值从大于1500K减少到120K。⑷对点胶涂覆工艺中的胶体铺展规律进行了研究,并基于流动分析设计一种新型基板结构。模拟和实验结果表明该基板能够很好地抑制涂覆胶量变化引起荧光粉层高度变动;相对于传统结构,平均相关色温波动幅度降低至57.5%。
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