白光高亮度发光二极管（HB-LED）封装研究

最近随着发光二极管(LED)芯片发光效率的提高以及大功率高亮度LED(HB-LED)芯片的制备成功,使得白光HB-LED 固态照明成为现实,特别是以后与太阳能电池等节能电源的集成,将成为未来绿色的全固体态节能照明光源。由于白光HB-LED 与传统光源相比的突出性能以及其未来的巨大市场前景,各个国家地区争相投资研发白光LED照明光源,这也将推动相关的光电子、材料、能源、半导体芯片制作以及封装行业等进一步的发展。本文主要工作围绕白光HB-LED 的封装工艺,设计单个大功率芯片封装结构并对整个封装工艺进行研究,提出Chip-On-Board (板上封装)芯片级以及系统级封装的创新理念,将其应用于多芯片阵列封装模块中,并有针对性的提出热管理方案。具体包括以下内容: 首先,简单阐述了LED 器件的发光原理和芯片电极结构,介绍大功率芯片的制作工艺流程,并结合LED 芯片封装结构的演变介绍目前国际主流白光封装技术。 接着,根据LED 光源的特性,讨论其光子在内部产生到出射的光学过程,建立单个光源的几何光学模型,并得出多芯片阵列的在空间平面照度分布的数学模型。 其次,介绍传热学理论基础以及目前高效的芯片制冷技术,建立多芯片阵列集成冷却模块的热学模型并进行参数分析。 最后,深入研究了制作白光HB-LED 整个封装工艺过程,制备出单芯片和多芯片HB-LED 模块的样品,在一定散热制冷条件下,做了发光以及散热等相关测试和分析。 由于封装很大程度决定了LED 发光器件的性能,本课题的研究为高亮度LED 芯片封装具有重要的实用价值。