LED封裝的取光效率分析
常規(guī)LED一般是支架式，采用環(huán)氧樹脂封裝，功率較小，整體發(fā)光光通量不大，亮度高的也只能作為一些特殊照明使用。隨著LED芯片技術和封裝技術的發(fā)展，順應照明領域對高光通量 LED產品的需求，功率型LED逐步走入市場。這種功率型的LED一般是將發(fā)光芯片放在散熱熱沉上，上面裝配光學透鏡以達到一定光學空間分布，透鏡內部填充低應力柔性硅膠。
功率型LED要真正進入照明領域，實現(xiàn)家庭日常照明，其要解決的問題還有很多，其中重要的便是發(fā)光效率。目前市場上功率型LED報道的高流 明效率在50lm/W左右，還遠達不到家庭日常照明的要求。為了提高功率型LED發(fā)光效率，一方面其發(fā)光芯片的效率有待提高;另一方面，功率型LED的封 裝技術也需進一步提高，從結構設計、材料技術及工藝技術等多方面入手，提高產品的封裝取光效率。
一、影響取光效率的封裝要素
1.散熱技術
對于由PN結組成的發(fā)光二極管，當正向電流從PN結流過時，PN結有發(fā)熱損耗，這些熱量經由粘結膠、灌封材料、熱沉等，輻射到空氣中，在這個過 程中每一部分材料都有阻止熱流的熱阻抗，也就是熱阻，熱阻是由器件的尺寸、結構及材料所決定的固定值。設發(fā)光二極管的熱阻為Rth(℃/W)，熱耗散功率 為PD(W)，此時由于電流的熱損耗而引起的PN結溫度上升為：
T(℃)=Rth×PD。
PN結結溫為：
TJ=TA+ Rth×PD
其中TA為環(huán)境溫度。由于結溫的上升會使PN結發(fā)光復合的幾率下降，發(fā)光二極管的亮度就會下降。同時，由于熱損耗引起的溫升增高，發(fā)光二極管亮 度將不再繼續(xù)隨著電流成比例提高，即顯示出熱飽和現(xiàn)象。另外，隨著結溫的上升，發(fā)光的峰值波長也將向長波方向漂移，約0.2-0.3nm/℃，這對于通過 由藍光芯片涂覆YAG熒光粉混合得到的白色LED來說，藍光波長的漂移，會引起與熒光粉激發(fā)波長的失配，從而降低白光LED的整體發(fā)光效率，并導致白光色 溫的改變。
對于功率發(fā)光二極管來說，驅動電流一般都為幾百毫安以上，PN結的電流密度非常大，所以PN結的溫升非常明顯。對于封裝和應用來說，如何降低產 品的熱阻，使PN結產生的熱量能盡快的散發(fā)出去，不僅可提高產品的飽和電流，提高產品的發(fā)光效率，同時也提高了產品的可靠性和壽命。為了降低產品的熱阻， 封裝材料的選擇顯得尤為重要，包括熱沉、粘結膠等，各材料的熱阻要低，即要求導熱性能良好。其次結構設計要合理，各材料間的導熱性能連續(xù)匹配，材料之 間的導熱連接良好，避免在導熱通道中產生散熱瓶頸，確保熱量從內到外層層散發(fā)。同時，要從工藝上確保，熱量按照預先設計的散熱通道及時的散發(fā)出去。
2.填充膠的選擇
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(fā)生全發(fā)射。以GaN藍色芯片來說，GaN材料的折射率是2.3，當光線從晶體內部射向空氣時，根據折射定律，臨界角θ0=sin-1(n2/n1)。
其中n2等于1，即空氣的折射率，n1是GaN的折射率，由此計算得到臨界角θ0約為25.8度。在這種情況下，能射出的光只有入 射角≤25.8度這個空間立體角內的光，據報導，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右，因此，由于芯片晶體的內部吸收，能射出到晶體外 面光線的比例很少。據報導，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右。同樣，芯片發(fā)出的光要透過封裝材料，傳送到空間，也要考慮材料對取光效率的 影響。
所以，為了提高LED產品封裝的取光效率，提高n2的值，即提高封裝材料的折射率，以提高產品的臨界角，從而提高產品的封裝發(fā)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，封裝的外形好是拱形或半球形，這樣，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。
3.反射處理
反射處理主要有兩方面，一是芯片內部的反射處理，二是封裝材料對光的反射，通過內、外兩方面的反射處理，來提高從芯片內部射出的光通比例，減少 芯片內部吸收，提高功率LED成品的發(fā)光效率。從封裝來說，功率型LED通常是將功率型芯片裝配在帶反射腔的金屬支架或基板上，支架式的反射腔一般是采取 電鍍方式提高反射效果，而基板式的反射腔一般是采用拋光方式，有條件的還會進行電鍍處理，但以上兩種處理方式受模具精度及工藝影響，處理后的反射腔有一定 的反射效果，但并不理想。目前國內制作基板式的反射腔，由于拋光精度不足或金屬鍍層的氧化，反射效果較差，這樣導致很多光線在射到反射區(qū)后被吸收，無法按 預期的目標反射至出光面，從而導致終封裝后的取光效率偏低。
我們經過多方面的研究和試驗，研制成一種具有自主知識產權的使用有機材料涂層的反射處理工藝，通過這種工藝處理，使得反射到載片腔內的光線吸收 很少，能將大部分射到其上面的光線反射至出光面。這樣處理后的產品取光效率與處理之前相比可提高30%-50%。我們目前1W白光功率LED的光效可達 40-50lm/W(在遠方PMS-50光譜分析測試儀器上測試結果)，獲得了很好的封裝效果。
4.熒光粉選擇與涂覆
對于白色功率型LED來說，發(fā)光效率的提高還與熒光粉的選擇和工藝處理有關。為了提高熒光粉激發(fā)藍色芯片的效率，熒光粉的選擇要合適，包括 激發(fā)波長、顆粒度大小、激發(fā)效率等，需全面考核，兼顧各個性能。其次，熒光粉的涂覆要均勻，好是相對發(fā)光芯片各個發(fā)光面的膠層厚度均勻，以免因厚度不均 造成局部光線無法射出，同時也可改善光斑的質量。
二、結論
良好的散熱設計對提高功率型LED產品發(fā)光效率有著顯著的作用，同時也是確保產品壽命和可靠性的前提。而設計良好的出光通道，這里 著重指反射腔、填充膠等的結構設計、材料選擇和工藝處理，可以有效提高功率型LED的取光效率。對功率型白光LED來說，熒光粉的選擇和工藝設計，對光斑 的改善和發(fā)光效率的提高也至關重要。
■ 產品特性及應用
QK-5883是一種低粘度、低硬度、加熱固化型液體硅橡膠。具有的防潮、密封防水、耐臭氧、耐輻射、耐氣候老化等特性，可在-60～+200℃長期使用，電器性能優(yōu)良，化學穩(wěn)定性好。本品固化前為淺藍色液體，在一定溫度下即可固化成低收縮率的彈性體，固化后具有高強度、高韌性、高透明度等特性，耐候性佳，能整體深層次固化。
■ 使用方法
1）清潔：注膠前將模具清理干凈。。
2）固化：將A組份和B組份按1：1（重量比/或體積比）的配比充分混合均勻。（建議用靜態(tài)混合器混合用液體機注射不用脫泡）。A/B組份要進行充分混合，如果混合不足可能會造成固化不完全或物理性能減弱。本品使用時允許操作時間與環(huán)境溫度有關，環(huán)境溫度越高，允許操作時間越短。膠料混合密封后允許操作時間≥0.5小時/25℃。
3）如果在固化過程中發(fā)現(xiàn)有氣泡，可將前段固化溫度降低同時延長時間，待基本凝固后再提高溫度，可有效解決氣泡問題。
4）本品易被分子中含P（磷）、S（硫）、N（氮）元素的有機化合物毒化而影響固化，用時須注意清潔，防止雜質混入。以下化學物質可能影響該產品的固化，請在使用前作兼容性試驗。硫及含硫化合物，胺及有機錫等。
1. 產品特點?
1、加成型雙組分硅橡膠
2.、操作性和自脫模性
3、尺寸穩(wěn)定性和抗返原
4、室溫固化,加熱快速固化
2. 產品典型用途
1、樹脂基復合材料的軟模成型
2、用于精密鑄造成型用模具
3、其它工藝制品的仿真復制
4.?產品顏色
1、A、B組份混合后為透明流動體。
2、可根據客戶需求定制顏色。
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5. 產品使用方法
1. 預混：使用前先將AB組分分別混勻待用。
2. 稱量: 按照10:1的重量比稱取A、B組分。
3. 混合：將兩組份膠料充分混勻，使用的混膠設備（如小型行星攪拌器）。當手工混合時注意刮擦混配容器的底部和邊壁。
4. 脫泡：在混膠設備中抽真空脫泡。也可將混配好的膠料連同混配容器置于真空排泡設備中，抽真空進行脫泡處理。真空排泡過程中，混合物液面可能升高至原體積的3～4倍液面位置，然后自動破泡坍塌。破泡后維持真空4～6分鐘，然后釋放真空。
5. 制模：建議采用液體注射成型（LIM）進行模具制備。膠料注入模腔內，室溫放置24h后，開模取出得到硅橡膠模型。室溫硫化后的硅橡膠模型在80-100℃下處理2h后再使用，可以延長模型使用壽命。為提高制模效率，也可采用將膠料注入模腔內后，采取加溫（60℃-90℃）固化。
6. 注意事項
1、特定材料、化合物、硫化劑和增塑劑會阻礙JY-131M的硫化。
主要包括：
? ? 1. 有機錫和其它有機金屬化合物。
? ? 2.? 含有機錫催化劑的硅橡膠。
? ? 3.硫、聚硫化物、聚砜類物或其它含硫物品。
? ? ?4.胺、氨基甲酸乙酯或含胺物品。
? ? 5.? 不飽和的碳氫增塑劑。
概述
雙組分加成型室溫固化
一．產品特點
1.極低粘度，流動性好
2.室溫硫化，加熱可以顯著提高硫化速度
3.絕緣防潮，耐高低溫
4.透明彈性體（果凍狀），可修復性
5.與基材具有較好粘附性，對基材無腐蝕
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二．產品典型用途
1.電纜接頭灌封
2.用于封裝,鑄封或密封
3.保護電子元件、組件
4.IGBT芯片封裝
一種是以特種硅油作基礎油，以新型高導熱陶瓷粉體為填充物，配以多種功能添加劑，經特殊的工藝加工而成的白色或灰色的膏狀物。
本產品具備的導熱性、電絕緣性、使用穩(wěn)定性和耐高低溫性能。對接觸的金屬材料（銅、鋁、鋼等）無腐蝕，易清理；特的原料和配方了產品中硅油低數量的溢出和揮發(fā)，無味，物理化學性能穩(wěn)定，是耐熱配件理想的介質材料。
典型用途
1. 標準的DC/DC整流器和DC/AC逆變器
2. 的CPU
3. 任何發(fā)熱半導體和散熱器之間
QK-7901是單組份紅色膏狀室溫固化的有機硅粘接密封膠，本品是一種多用途,單組份的密封膠,與多種材料粘結時無需底涂,與空氣中的水分固化成為耐用,有彈性的硅橡膠.對絕大多數金屬無腐蝕.具有的抗冷熱交變性能、耐老化性能和電絕緣性能，的防潮、抗震、耐電暈、抗漏電性能。
本品大的特點是能將塑料制品與金屬,玻璃,塑料,木板,鋁板,電路板,紙板等牢固地粘接起來,且硅膠片表面不需處理.具有優(yōu)良的耐高低溫性能,可在-60℃—250℃的條件下長期工作一個小時固定,與空氣中水分固化時,24小時內可達到使用要求；完全符合歐盟Reach ROHS指令要求。
典型用途
? 1、蒸氣熨斗、高溫空氣過濾器、高溫烘箱等工業(yè)產品的生產蒸氣熨斗、高溫管道的密封。 ?
? 2、電子配件的絕緣及固定用膠。
G9灌封膠G9玉米膠微型電子LEDG9灌封膠
65元
產品名：G4G9燈透明封裝硅膠,G8透明LED膠,LED燈具封裝膠,G8電子封裝膠,G9灌封膠,電子材料
模具翻模膠砂輪制作膠橡膠粘金屬膠水廠家
45元
產品名：電子阻燃膠水晶封裝膠,水晶AB材料,千京水晶工藝,手工焗瓷膠,AB樹脂膠,環(huán)氧樹脂膠,磨輪AB膠,砂輪制作膠,工藝焗瓷,脫模劑膠,離型劑膠,模型膠,焗瓷膠
模具硅膠加成型液態(tài)硅膠液體模具硅膠
38元
產品名：手板硅膠,加成型液態(tài)硅膠,自消泡捏捏樂用硅膠,膚色0度以下超軟模膠,加成型用品液體硅膠,千京抗撕拉高透明模具膠,千京食品級高透明液體硅膠,千京高透明翻模硅橡膠,千京半透明翻模硅膠,刷模硅膠材料
PU聚氨酯膠環(huán)保千京保護IC膠聚氨酯膠
65元
產品名：電子軟膠,電子透明保護軟膠,透明樹脂材料,透明軟膠膠膜,聚氨酯膠,透明軟膠,PU膠,樹脂膠
環(huán)氧樹脂ab膠DIY模具白膠防震密封膠水
48元
產品名：阻燃密封膠線路粘接膠,電源防水導熱膠,有機硅電子防水膠,透明水晶滴膠AB膠,DIY模具,環(huán)氧樹脂膠快干硬膠標本制作膠,注射式環(huán)氧植筋膠,A級建筑結構環(huán)氧膠,高強結構膠,鋼筋混凝土膠
LED軟燈條有機硅灌封膠軟燈條膠
面議
產品名：LED電子封裝膠
G4模條膠（LEDg9膠）LED封裝G4G9膠水
68元
產品名：1508燈膠,0705模具,1505灌膠,G4膠（灌膠）
單組份氟硅型室溫硫化灌封膠（白色、半流淌狀）電子密封膠
99元
產品名：電子密封膠,密封灌封膠,氟硅橡膠,電子氟硅膠