前言：我們精心挑選了數篇優質封裝工藝論文文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

關鍵詞：電子封裝,SiCp/Al,澆鑄滲透

1. 前言

SiC顆粒增強鋁基復合材料因其具有廣泛的、潛在的應用價值，是在目前非連續增強金屬基復合材料中研究較多，較為成熟的復合材料。SiC顆粒增強鋁基復合材料具有高比強度和比剛度、耐磨、耐疲勞、低熱膨脹系數、低密度、高熱導性、良好的尺寸穩定性和高微屈服強度等優異的力學和物理性能，被應用到汽車、航天、軍事、電子和其他工業領域。從二十世紀八十年代初，世界各國開始競相研究開發這種新型高性能材料。SiC顆粒增強鋁基復合材料正受到越來越廣泛的重視。

2. SiCp/Al復合材料在電子封裝中的應用

隨著電子裝備的日益小型化、多功能化，LSI、VLSI不但集成度越來越高，而且基板上各類IC芯片的組裝數及組裝密度也越來越高(如MCM),也就是說，功率密度(輸出功率／單位體積)越來越大。20世紀80年代末的功率密度為2．5W/cm 3 （40 W／in 3 )，而90年代己達6W／cm 3 (100 W／in 3 )以上。如何將產生的大量熱量散發出去，這是電子裝備在一定環境溫度條件下能長期正常工作的保證，也是對電子裝備的可靠性要求。在這類功率電路的電參數設計、結構設計及熱設計三部分中，熱設計顯得更為重要。因為熱耗散的好壞直接影響著電子裝備的電性能和結構性能，甚至可引起重要電件能失效和結構的破壞。據統計，在電子產品失效中，由熱引起的失效所占比重最大，為55％。由此可見，解決好熱耗散是功率微電子封裝的關鍵。

為從根本上改進產品的性能，全力研究和開發具有高熱導及良好綜合性能的新型封裝材料顯得尤為重要。熱膨脹系數（CTE），導熱系數(TC)和密度是發展現代電子封裝材料所必須考慮的三大基本要素，只有能夠充分兼顧這三項要求，并具有合理的封裝工藝性能的材料才能適應電子封裝技術發展趨勢的要求。而SiC顆粒增強鋁基復合材料則恰恰是既具有鋁基體優良的導熱性又可在相當廣的范圍內與多種材料的CTE相匹配的復合材料。 [1 ～ 2]

對表1中列出的芯片材料 Si、GaAs 以及各種封裝材料的性能指標進行對比，不難看出，傳統的材料如Al、Cu、Invar合金、Kovar 合金、W/Cu 合金、Mo/Cu 合金等 ,不能滿足先進電子封裝應用中低膨脹、高導熱、低成本的嚴格要求。而Al 2 O 3 和BeO材料是廣為使用的電子封裝材料，但由于綜合性能、環保、成本等因素，已難以滿足功率微電子封裝的要求。SiC顆粒增強鋁基復合材料具有與Si、GaAs相匹配的熱膨脹系數(CTE)以及強度高、重量輕、工藝實施性好、成本較低等特點。

因此，既具有優良的物理、機械性能，又具有容易加工、工藝簡單、成本低廉、適應環保要求的新型微電子封裝材料——SiC顆粒增強鋁基復合材料——已能全面滿足高密度電子封裝技術的要求，成為最具有發展前景金屬基復合材料。

表1 常用封裝材料性能指標 [3]

 

材料 熱膨脹系數 （10-6/K） 熱導率 （W/(m*K）) 密度 (g/cm3) Si 4.1 150 2.3 GaAs 5.8 39 5.3 Al2O3 6.5 20 3.9 BeO 6.7 250 2.9 AlN 4.5 250 2.9 Al 23 230 2.7 Cu 17 400 8.9 Steel（4140） 13.5 50 7.8 Mo 5.0 140 10.2 W 4.45 168 19.3 Kovar 5.9 17 8.3 Invar 1.6 10

第2篇

論文關鍵詞：低溫低噪聲放大器(LNA)，Ku波段，隔離器，噪聲系數

 

1、引言

在微波通訊系統中，接收機噪聲特性的優劣是決定系統接收靈敏度的重要因素，而接收前端的低噪聲放大器（LNA）是影響接收系統噪聲指標的關鍵部件，其噪聲特性將直接影響系統整體的噪聲水平[1]。低溫下工作的Ku波段放大器具有極低的噪聲特性，在微波通信、衛星通信、天文觀測等領域中都具有非常重要的應用。當前Ku低溫低噪聲放大器的研究工作只有少量報道，性能尚不能達到實際使用的要求。

本文設計并制作了一個Ku波段低溫低噪聲放大器隔離器，旨在與高溫超導濾波器級聯，使用在高溫超導濾波子系統之中[2]。該LNA采用插指電容新結構，使用ADS軟件仿真優化性能，并通過優化的封裝工藝制備了LNA樣品站。在77K溫度下測試結果表明，噪聲系數小于2dB，增益約10dB，反射系數小于20dB。該LNA已與Ku波段超導濾波器成功級聯。

2、低溫低噪聲放大器的仿真設計

2.1 器件選擇

Ku波段LNA要求選用具有低噪聲特性的晶體管，而高電子遷移率場效應管(HEMT)是新型的具有低噪聲優點的一類晶體管，符合設計要求。通過晶體管性能分析并綜合設計需要，選取了NEC公司的某一HEMT產品，其理論常溫噪聲系數高至18GHz只有0.75dB。

低損耗的PCB基板是研制Ku波段LNA的另一重要材料。本工作選用Rogers公司的高頻PCB板，在高頻段具有低插損特性，微波性能良好。

2.2 反射系數的設計

LNA設計中都需要考慮對反射系數S(1,1)和S(2,2)的設計隔離器，一般需要優化至-15dB以下，而最優化S(1,1)、S(2,2)的目標與最小化噪聲和最大化增益往往是矛盾的，這給LNA的設計工作帶來了很大的不便和困難。Isaac Lopez-Fernandez 在他的工作中使用了放大器設計中可以不考慮其反射性能，而使用隔離器來完善的方法[3]，同時還給出了隔離器附加噪聲溫度的計算公式：

其中隔離器的物理溫度，是放大器的等效噪聲溫度，是隔離器可達到的增益。根據這個公式計算可以知道，對于一般的LNA和隔離器，77K低溫下隔離器附加噪聲溫度不超過20%，相對于直接在設計中優化反射的辦法，隔離器的附加噪聲更小，同時可以大大簡化設計過程。因此本工作反射系數不再進行最優化設計，而采用級聯隔離器的方法改善器件之間的匹配站。

2.3 穩定性設計

為了保證LNA的可靠工作隔離器，需要保證其全頻段無條件穩定，或至少要保證工作頻段附近絕對穩定。LNA的穩定性判據為[4]：

和

其中：，

在ADS中，有其自身設計的穩定系數Mu，只要Mu>1就實現了絕對穩定。在ADS中對我們選用的HEMT晶體管進行仿真，圖1給出了其全頻帶Mu值，可以發現其全頻帶Mu>1，也就是全頻帶絕對穩定，因此在設計過程中不會存在陷入潛在不穩的問題。同時因為我們在輸入輸出端都采用了隔離器設計，可以進一步優化反射，保證了LNA的穩定工作。

 

圖1 LNA穩定性系數

第3篇

關鍵詞:大功率白光LED;封裝工藝可靠性;光斑;光通量

中圖分類號:TN312+.8文獻標識碼:C

Reasearch on Encapsulation Technology Reliability of

High Power White-Light LED

(Ledman Optoelectronic Co., Shenzhen 518108, China)

Abstract: The package prospects and the main function of high power white-light LED are introduced firstly in this paper. And then, the key technology of high power white-light LED package is explained, which including fluorescent coating packaging technology, selecting the sealed silicone, packaging of large-size chip, reliability testing and evaluation. also some detailed researches on meliorating the light spot and improving luminous have been done.

Keywords: High Power White-Light LED; Encapsulation Reliability Technology; light spot; luminous

前 言

全世界已越來越重視節能省電的問題,而LED照明又被視為是下個10年頗受關注的應用,LED要走入普通照明仍有許多問題要克服,主要是由于發光效率太低､成本太高等兩大限制,然而此兩大限制卻皆與大功率白光LED封裝技術的發展息息相關｡LED封裝的功能主要包括:(1)機械保護,以提高可靠性;(2)加強散熱,以降低晶片結溫,提高LED性能;(3)光學控制,提高出光效率,優化光束分布;(4)供電管理,包括交流/直流轉變,以及電源控制等｡為提高大功率LED封裝技術的可靠性,究竟可以從哪些方面去努力呢?

1 大功率白光LED封裝關鍵技術

剖析LED封裝所需的每一道制程可知,大功率白光LED封裝技術可細分成:(1)支架的設計(包括取光與散熱);(2)晶片的選擇與排列方式;(3)固晶方式;(4)金線線形與粗細;(5)熒光粉種類與涂布結構;(6)Silicone Lens的曲率與折射率｡此六項制程皆對LED的散熱性能(熱阻值)､光通量(流明)､發光效率､相對色溫(CCT)､光色的均勻性､壽命等特性深具影響,因此每一環節皆不可輕忽｡下面將針對熒光粉涂層結構､封裝膠體､大尺寸晶片封裝作一些研究,并逐一說明其對LED特性影響的關系｡

具體從大功率白光LED封裝以下幾個關鍵技術做如下研究和說明:

1.1 熒光膠封裝工藝

熒光粉的作用在于光色復合,形成白光｡研究表明隨著溫度上升,熒光粉量子效率降低,出光減少,輻射波長也會發生變化從而引起白光LED色溫､色度的變化｡較高的溫度還會加速熒光粉的老化,原因在于熒光粉涂層是由硅膠與熒光粉調配而成,散熱性能較差,當受到紫光或紫外光的輻射時,易發生溫度碎滅和老化,使發光效率降低｡此外,高溫下熒光膠的熱穩定性也存在問題｡

1.1.1 光斑改善問題

傳統的熒光粉涂敷方式是將熒光粉與硅膠混合然后點涂在晶片上｡根據白光的發光原理可以知道,如果熒光粉加入的量太多就會造成發出的光偏黃,加入的量太少就會使得發出的光偏藍｡現選用相對應波段的黃色熒光粉和硅膠,根據熒光粉的發光效率合理配制熒光膠,做出的白光其色坐標是在x=0.333,y=0.333附近,但是封裝出的成品光斑是一片藍,一片白,四周黃｡這是因為熒光粉被藍光激發的不均勻,也就是說熒光粉的細小顆粒沒有被藍色的光完全激發｡分析具體的原因可能是熒光粉的涂敷厚度和形狀未控制好,晶片各個發光面的熒光粉敷蓋厚度不均或熒光粉沉淀導致出射光色彩不一致,出現局部光偏藍或者偏黃｡

為了解決光斑不均勻問題,根據兩層透鏡的光輻射圖樣,凸透鏡的角度與外封膠形成的透鏡角度是相近的,于是我們選取熒光粉在支架面上形成的凸透鏡,即熒光膠點凸杯,這樣光斑有一定的改善,但效果仍然不是很理想｡

于是引入了擴散劑用以增強藍光激發熒光粉的效率,增強熒光粉的發光效率｡通過實驗,發現擴散劑的確對光斑有了改善,使得發出的光斑均勻一致,但是對LED進行測試的時候,發現其亮度不能達到預期的效果｡

1.1.2光通量提高問題

在烘烤的過程中,不同溫度和時間對熒光膠的沉淀有不同的影響,使得熒光粉溶液的濃度分布均勻度有偏差,最后造成白光LED的色溫分布不均,使得白光LED的亮度和光斑都不能達到預期效果｡那如何改善熒光粉的沉淀,這是新一步研究的問題｡從三個方面去改善:

(1) 通過生產工藝改善｡即生產過程中,在很短時間里將熒光膠均勻攪拌并脫泡,加快點熒光粉的速度,點好熒光粉的半成品很快進入烘烤,同時依據硅膠特性選定最合適的烘烤溫度和時間｡

(2) 加入一種新的物質,使得熒光粉在高溫下也能保持很好的均勻混合狀態｡于是導入了化工里面的一種可以同時吸附有機物和無機物的表面活性劑,在溫度和濕度以及熒光粉溶液都相同的條件下,將其中一瓶加入表面活性劑,并做好標號,將兩瓶溶液都攪拌相同的時間至均勻｡將其分別排入晶片上,分時間間隔進行色溫測試,通過實驗我們得到了如圖1所示色溫變化圖:

70min后加入表面活性劑的溶液比不加活性劑的溶液中熒光粉的沉淀率降低將近14%｡

(3)采用倒裝晶片,將熒光粉混合溶液直接涂抹在晶片上｡所用到的溶液膠體不再是硅膠,因為硅膠的流動性較強,如果用傳統的硅膠來混合熒光粉,熒光粉溶液就會從晶片表面溢出,所以這里選擇可以自動成型的UV膠,將UV膠與普通熒光粉按照一定的比例進行均勻混合調配,將調配好的原料加入點膠機針筒對大功率發光二極管晶片進行點膠涂布,將涂布完成的晶片用紫外燈照射進行固化,完成固化工藝過程｡UV膠固化后對光線無遮擋,透光性極強,紫外光固膠,固化速度快,產能高,同時流明值提高近10%｡

1.2 封膠膠體的研究

在LED使用過程中,電子和空穴復合產生的光子在向外發射時產生的損失,主要包括三個方面:晶片內部結構缺陷以及材料的吸收;光子在出射界面由于折射率差引起的反射損失;由于入射角大于全反射臨界角而引起的全反射損失｡

根據折射定律,光線從光密介質入射到光疏介質時,當入射角達到一定值,即大于等于臨界角時,會發生全發射｡能射出的光只有入射角小于臨界角所圍成空間立體角內的光,因此其有源層產生的光只有小部分被取出,大部分易在內部經多次反射而被吸收,易發生全反射導致過多光損失｡為了提高LED產品封裝的取光效率,必須提高外封膠的折射率,以提高產品的臨界角,從而提高產品的封裝發光效率｡同時,封裝材料對光線的吸收要小｡為了提高出射光的比例,封裝的外形采取模塑(molding)半球形,這樣,減少了出射界面由于折射率差引起的反射損失,而且光線從封裝材料射向空氣時,幾乎是垂直射到界面,因而不再產生全反射｡

對大功率白光LED 模塑進行灌膠,選取透光率､折射率､耐熱性較好的雙組份有機硅膠,這種封膠材料不會因為溫度的劇變所產生的內應力使金線與引線框架斷開,并且全硅膠形成的"透鏡"不會黃變｡

1.3 大尺寸晶片封裝

目前,在大功率白光LED中,要在照明領域中普及,取代白熾燈,必須提高總的光通量或者說可以利用的光通量｡光通量的增加可以通過提高集成度,加大電流密度､使用大尺寸晶片等措施來實現｡雖然大型LED晶片可以獲得大光束,不過加大晶片面積會導致晶片內發光層的電界不均等,發光部位受到局限､晶片內部產生的光線放射到外部過程會嚴重衰減｡同廠商60mil和45mil晶片,其它封裝物料相同,初始光通量60mil晶片比45mil晶片高了5個流明,但1,000h老化衰減大了10%,其成品老化光通量衰減對比如圖2所示:

目前大尺寸晶片封裝的散熱,抗衰減等技術問題仍有待進一步研究｡

1.4 封裝可靠性測試與評估

LED器件的失效模式主要包括電失效,如短路或斷路､光失效,如高溫導致的灌封膠黃化､光學性能劣化等;機械失效,如引線斷裂,脫焊等｡而這些因素都與封裝結構和工藝有關｡對于主要用于照明用途的大功率LED,其使用壽命一般指LED輸出光通量衰減為初始的70%的使用時間,壽命測試通常采取加速環境實驗的方法進行可靠性測試與評估,對LED壽命的預測機理和方法的研究仍是有待研究的難題｡

2 結束語

環保議題日益突出,各國政府持續推動節能政策,LED照明市場前景很是樂觀｡大功率白光LED封裝是一個涉及到光學､熱學､機械､電學､力學､材料､半導體等多學科的研究課題｡為了提升LED封裝技術的可靠性,須著重LED封裝技術的每一環節,從某種角度而言,LED封裝不僅是一門制造技術,而且也是一門基礎科學｡良好的封裝需要對熱學､光學､材料和工藝力學等物理本質的理解和應用｡在封裝過程中,雖然散熱基板,熒光粉,灌封膠等材料選擇很重要,但封裝結構,如熱學界面,光學界面及封裝方式對LED光效和可靠性影響也很大｡大功率白光LED封裝需要不斷的引入新材料,新工藝,新思路來提高其可靠性及在照明領域中的地位｡

雷曼光電愿與各界同仁一起致力于大功率LED的研發,為LED光電事業做出貢獻｡

參考文獻

[1] 彭萬華.國內超高亮與白光LED產業解析[N].中國電子報,2004-03-19.

[2] 王耀明,王德苗,蘇達.大功率LED的散熱封裝[J].江南大學學報,2009.

[3] 陳明詳,羅小兵,馬澤濤.大功率白光LED封裝設計與研究進展[J].液晶與顯示,2006,27(6):653-658.

[4] 余心梅.功率型發光二極管涂層技術的研究[D].成都:電子科技大學碩士論文,2007.

[5] Narendran N.Improved performance of white LED [J].Proc. SPIE,2005,5941:1-6.

[6] 劉麗,吳慶,黃先,等.白光LED熒光粉涂敷工藝及發光性質[J].發光學報,2007.