SMT引脚器件的应用及优势

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：有引脚器件的种类繁多，每个制造商的产品均有所不同，我们的讨论限制在主要制造步骤之内。图5-6 垂直LED芯片的集成5.2.4.2 标准横向芯片LED的集成对于标准横向芯片LED，电接触位于同一侧。

有引脚器件的种类繁多，每个制造商的产品均有所不同，我们的讨论限制在主要制造步骤之内。这种器件大致包含6个部分：作为电接触和热沉的机械支撑[1]，芯片[2]附于其上，用于光转换的并非必需的磷光体材料[3]，用于保护芯片并安装使光束成形的主光学器件[5]的密封[4]。金属线（未画出）连接芯片的两极至外部连接引脚[6]。利用这些引脚可将器件连接并安装于母板表面上（见图5-5）。

图5-4 带引脚的常规LED（a）以及制造工艺：注入和成型（b）

图5-5 白光LED结构图，由互连支撑和热沉[1]、LED芯片[2]、磷光体转换材料[3]、密封[4]、透镜[5]以及用于将LED安装于母板的连接引脚[6]组成

单色红光、绿光或蓝光LED中没有磷光体转换材料，期望的颜色一般由芯片级直接获得。对于所谓的白光LED，存在两种实现方法：“RGB”（红、绿、蓝）和pc-LED（磷光体转换LED）。前者通过1个器件包含3个芯片（红光、绿光和蓝光）的方法获得白光；后者也包含1个或多个芯片，它们的发射表面沉积了磷光体转换材料。pc-LED技术可用于超高性能LED中，这种器件集成了若干芯片以实现超高亮度LED，每个封装的光输出非常高。多个LED首先贴装或焊接于包含互联网络的内插件上，然后用金丝将它们串联起来。随后将内插件安装在器件的基座上，并再次用导线将内插件和外部连接引脚相连。

1）基座（1）具有机械功能和散热功能，由模压在绝缘聚合物（1a）上的热沉（1b）构成，绝缘聚合物同时起到固定连接引脚（6）的作用。热沉一般是铜制的，但采用铝等其他金属可以降低成本。芯片贴装于热沉的上表面，通常在上面覆一层可反射光的薄银层，增强器件顶部朝向的光输出。热沉的表面可以是平的，也可以是凹陷的，可以根据期望的空间辐射方向调整光束的形状；凹陷形的另一个作用是可作为磷光体的容器。支撑基座将热量从芯片传递至器件的背面。背面可以镀上金或者银，前者的目的是为了以后的焊接，后者是为了用银胶进行连接。塑料蒙塑（Overmolding）（1a）实现电隔离和热沉上外部连接引脚的机械连接。蒙塑一般是环氧树脂型的，但液晶聚合物（Liquid Crystal Polymer）因其高温稳定性而得到越来越多的应用[KRA 07]。

2）芯片贴装于热沉上，根据芯片结构（垂直或横向）的不同采用不同的工艺，稍后将讨论这一点。

3）金丝（未画出）实现芯片与连接引脚间的互连。

4）芯片的电连接完成后，由无机粉体和聚合物粘合剂（一般是硅胶）构成的磷光体材料沉积于芯片上。根据采用的方法、产品的黏性和金属基座的形状，沉积层的厚度从几十微米至几百微米不等。

5）图中所示的透镜（5）为半球形中空形状，另外还有许多其他形状（取决于期望的空间辐射方向）；在本例中，聚合物透镜是简单沉积的，且利用造型工艺将密封材料注于芯片的正上方，实现保护和折射率的匹配。聚合物透镜一般由环氧树脂制成，但硅因更佳的高温和紫外辐射环境下的稳定性得到越来越多的应用（见5.4节）。透镜和密封使用同一种材料可简化总制造工艺，因为两部分采用独特的注塑成型工艺合二为一。

5.2.4.1 垂直LED芯片的集成

这种结构中，通常芯片的整个背面为阳极且前面发射面为栅格状，或者在更常规或小尺寸LED中前发射面为简单的阴极。LED芯片焊接（一般用金锡合金）或贴装于（采用环氧树脂银基软膏）热沉上（见图5-6）。

焊接的优点是表面的热导率比用贴装方法时高。然而实现无空隙的焊接接头仍然是一个挑战，尤其是不使用脱氧助焊剂的时候。实际上，广泛使用的助焊剂有损坏LED芯片的可能性，所以应用了另一些工艺，如还原气氛（Reduc-ing Atmosphere）下的复杂无助焊剂金锡焊接工艺。有关导电粘合剂的更详细信息可参考文献[LIC05、LIU 99]，至于钎焊合金，可参考文献[JAC 93]。一根或多根金丝（7b）将热沉的上部与其中一个连接引脚连接起来，构成阳极。

另一个金丝（7a）连接了LED芯片的前侧与另一个连接引脚，构成阴极。在这种类型的封装中，热沉与阳极间是有电连接的。尽管热沉的极化在某些应用中是限制因素，但这种结构的散热效果得到增强。为了避免极化散热片，在热沉和芯片间放置了导热不导电的且可布置导线（7b）的绝缘层或内插件。

有时在热沉上放置一片由齐纳二极管组成的、起保护作用的小片，目的是阻止静电放电（ESD），它还与LED芯片并联。在另一种方法中，齐纳二极管直接成形于前述的绝缘体或内插件上。

图5-6 垂直LED芯片的集成

5.2.4.2 标准横向芯片LED的集成

对于标准横向芯片LED，电接触位于同一侧。标准横向芯片LED可使用前述的集成方法，光由“+”接触和“-”接触间发射出去（见图5-7）。

图5-7 标准横向芯片LED的集成

在这种结构中，接触形成面积较大的阴影区，非常不利于光的发射。在这种广泛使用的方法中，芯片贴装或焊接于热沉上，而芯片底面的蓝宝石实现了芯片和热沉间的绝缘。金丝连接了顶面接触和外部连接引脚。

5.2.4.3 横向倒装芯片LED的集成

在倒装芯片结构中，使用导电胶或金凸点（Au Stud Bump）的倒装芯片技术使“+”和“-”接触区在内插件（8）上传递。聚合物密封材料（倒装片包封剂）填充了螺柱形焊接间的空间并增强了散热能力。这种聚合物一般为环氧树脂粘合剂，其中添加了二氧化硅超微末微粒和其他陶瓷超微末微粒，前者的作用是降低热膨胀系数（CTE）而后者的作用是改善导热性。与前面的结构一样，内插件上还包含起ESD保护作用的齐纳二极管（见图5-8）。

图5-8 横向倒装芯片LED的集成[KRA 07]

SMT引脚器件的应用及优势

相关推荐