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发光二极管(LED,Light emitting diode)为半导体发光器件,一直以来都是人们的研究热点,因其能直接将电能转化为光能。近年来LED的芯片级封装(Chip-scale package,CSP)脱颖而出,其具备良好的光电性能和稳定性,满足了人们对LED小尺寸封装以及高稳定性的要求。荧光粉转换白光LED的发光效率仅有30%左右,有大部分的能量转化成热能使得结温增加,严重影响了其光电性能。如何降低LED的结温,提高其光电热性能,一直是人们不断研究的问题。为了实现高性能白光LED的芯片级封装设计与制备,本文就白光LED的光电热性能方面进行了研究。采用仿真设计、实验测试和理论计算共同分析的方式,对研制的三种LED灯珠器件进行分析,探究了不同封装结构、封装材料对白光LED性能的影响。基于模拟仿真的指导,提出并验证了能够有效提高白光LED散热性能的措施,其次还通过光学设计软件对LED灯珠器件实行二次配光设计,实现高照明要求。具体研究内容及成果如下:1、CSP-LED的设计与制备。结合热仿真软件Flo EFD,设计并制备了基于倒装芯片的CSP-LED和传统表面贴式(SMD)塑料支架封装白光LED(EMC-LED)器件。利用仪器在不同的测试环境条件下,对两种LED灯珠样品的光电热性能进行了测试。结果表明,(1)LED结温变化对其光电性能有着严重的影响,结温升高使得其发光光谱发生红移,白光光谱的黄蓝比例下降,色温升高;(2)相比于EMC-LED器件,CSP-LED器件具有较低的热阻,仅有3.31℃/W;(3)在不同的温度和电流条件下,CSP-LED表现出更好的稳定性和可靠性。2、基于陶瓷基板的芯片级封装CP-LED的设计与制备。设计并制备了CP-LED灯珠器件,分别对其光电热参数进行了实验测试,并借助热仿真软件对其进行了模拟;对比分析了三种灯珠器件的测试和模拟结果;结合理论计算、实验测试和仿真模拟对具有良好可靠性的芯片级封装的CSP-LED提出了改善方案,并得到验证。结果表明:(1)陶瓷基板的添加能够有效地降低CSP-LED的结温、提高其光电性能;(2)连接层的导热面积和互连表面材料是影响CSP-LED整体结温的重要因素,通过对其进行优化可以改善CSP-LED的散热性能。3、一种超远程LED手电筒光学设计。针对本实验室前期制备的大功率白光LED,通过Trace Pro光学仿真软件对其进行了光学设计,结合理论计算设计出一种能够实现超远照射的一体化光学系统,不仅提高了中心聚光作用,实现准直照射,而且有助于减少光损耗,实现超远程照射。