基于模塑封互连载板(MIS)的大功率COB-LED模组封装结构设计与分析

摘要

LED照明作为新一代的绿色环保光源，以其独有的优势正在走进千家万户，逐渐成为照明市场的主导，然而由于其芯片的电光转化效率低，输入功率的70%-80%的电能都将转化为热能，如若这些热量不能及时的散发出去，LED照明的价值也就无法得到最大化的体现，尤其对于中大功率的LED模组，散热研究已迫在眉睫。本文基于模塑封互连载板（MIS）技术对大功率COB-LED模组的封装结构进行了改进，并展开了以下内容的研究：
　　（1）封装结构的确定。基于MIS技术改进设计出两种不同反光杯形式的模组结构，随后采用光学软件，分析了这两种模组结构的光学性能，结果证实，单反光杯式封装结构相对多反光杯式封装结构具有更好的光通量效率和光照射范围。
　　（2）封装结构的塑封冷却翘曲分析。对制造过程的整版封装结构进行了翘曲可靠性分析，分析结果显示：塑封料玻璃态转化前的热膨胀系数是影响封装结构翘曲的显著因素，合适的塑封料玻璃态转化前热膨胀系数可以有效降低翘曲变形。
　　（3）封装结构的热力学分析。对比分析了普通COB-LED模组与MIS基板COB-LED模组的热力学性能，分析结果显示：MIS基板COB模组具有更好的热学性能，芯片的结温也更低，但是相对于普通COB模组，MIS基板COB模组的芯片上需要承受着更大的热应力，芯片的应力可靠性不及普通COB模组，其中影响芯片热应力的显著因素是塑封料热膨胀系数，而影响器件热学性能的显著因素则是与散热器粘结的绝缘导热层材料的厚度。
　　（4）封装结构工艺流程的探讨及实验验证。结合MIS基板工艺与LED的制造工艺，提出了MIS基板COB-LED模组的制造工艺，并对制造过程中的重点工艺进行了实验验证，实验结果显示：在现有的临时粘膜选择上，热剥离单面膜相较于临时键合胶更适合应用在辅助板与铜线路层的粘结环节，但是在后期图形化金属层工艺中发现，其与湿法刻蚀与干法刻蚀工艺均存在不同程度的兼容问题，如线路层的脱落和铜箔片的分离等，这也是后续工作中需要继续研究的地方；而在预塑封过程中则发现，塑封后的器件出现了较为明显的翘曲，选择合适的塑封料热膨胀系数可以有效降低翘曲情况，这也与仿真结果相一致。
　　本文的研究成果可以为后续的COB封装结构的设计提供一定的指导，并对COB封装结构的仿真分析提供了参考价值。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1 选题依据和研究意义

§1.2 国内外研究现状和发展趋势

§1.3 研究思路和技术路线

§1.4 本文研究内容

§1.5 本文创新点

第二章 基础理论及MIS技术

§2.1 热分析理论

§2.2 热应力与翘曲理论

§2.3 光学几何特性

§2.4 MIS技术

§2.5 本章小结

第三章 MIS基板COB-LED模组封装结构的设计

§3.1 LED的封装结构组成

§3.2 封装结构的初步设计

§3.3 封装结构的确定

§3.4 本章小结

第四章 MIS基板COB-LED模组封装结构的仿真

§4.1 塑封冷却状态封装结构的翘曲可靠性

§4.2 正常工作状态封装结构的热力学可靠性

§4.3 本章小结

第五章 MIS基板COB-LED模组封装结构的工艺流程及实验验证

§5.1 工艺流程

§5.2 实验验证

§5.3 封装结构和工艺流程的总结与完善

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果