半导体透明封装

透明封装材料的应用LED元件用高效能透明封装材料技术趋势08微电1班0800404135林加奇摘要

对透明封装，并没有很多资料对其进行解释，但不难理解，透明封装是在传统封装的基础上，既有电参数，又引入光参数的一种新型封装技术。目前广泛应用于LED领域。由于没有找到具体关于透明封装的资料，所以文章中将主要针对LED中出现的透明封装技术进行介绍。透明封装的应用目录※LED封装材料技术发展趋势※透明封装材料对抗UV光的发展要求※高取光率封装结构与工艺※

参考资料透明封装的应用一、LED封装材料技术发展趋势透明封装的应用LED亮度提升，产品寿命延长，致使LED应用更加多元，从各大展览及相关产品发表会上，不难看出LED应用已经扩展至大尺寸面板背光源、车头灯、投影灯、室内外装潢与照明等。所以未来LED以高功率、高演色性、省电、长寿命、无汞及低价为其发展趋势。开发的重点有LED晶片、基板技术、荧光粉技术、封装树脂材料、导热材料、光学及整合技术等；故封装材料的发展占了极重要的地位，如表一。一、LED封装材料技术发展趋势透明封装的应用※表一透明材料发展趋势图一更整理了因应目前高功率LED技术发展需求，LED透明封装材料所需具备的材料特性。※图一高亮度LED封装材料技术需求二、透明封装材料对抗UV光的发展要求透明封装的应用（1）UV光对封装材料的影响白光LED工作形式如图二所示分为许多种，其中利用单一晶片搭配荧光粉产生白光的形式，如蓝光晶片/黄色YAG荧光粉或UV晶片（SingleChip）/RGB荧光粉等，短波段光（如蓝光或UV光）能量较强，尤其以UV光为最，极易破坏许多封装材料。当环氧树脂受到UV光长期照射时，其结构在含氧的环境下很容易断键劣化，产生发色机团（如图2），导致封装材料黄变，影响白光LED亮度与均一性。对封装材料而言，常见的化学键如C-C、C=C、C-H键等，于UV等短波长光曝照下会断键产生自由基（FreeRadical），攻击树脂造成黄变劣化。以C-C来说，断键波长在336nm、能量约为85kcal/mol；C-H键则在286~301nm。

所以如何在封装材料中导入UV吸收剂

、UVScreener或UV稳定化结构，以

有效地降低UV光对封装材料的破坏也

是相当重要的课题。※图二LED环氧树脂V曝照后反应封装材料二、透明封装材料对抗UV光的发展要求透明封装的应用（2）抗UV光新型透明封装材料的开发针对添加型HALS系列（如图3）材料来尝试增加其UV老化特性，如表2所示，分别添加0.3wt%、1wt%、1.5wt%、及2.0wt%于环氧树脂封装材料中，依相同硬化条件配置样品，然后置于UV-A的环境下曝照，由实验结果得知此一添加型HALS仅能承受UV-A照射约100小时，之后便有明显的黄变现象，HALS或许可以捕捉PeroxideRadical，但是无法阻挡UV光对高分子分子链的破坏。另一增加耐UV环境测试的方法为添加适当的添加型安定剂，如图4；表3则是添加添加型安定剂对封装材料内UV照射的实验，由结果可以看出，环氧树脂系统加了添加型安定剂后，可再UV-A的环境下超过200小时而没有黄变现象。※图三添加型HALS※表二添加型HALS封装材料耐UV照射实验二、透明封装材料对抗UV光的发展要求透明封装的应用※图四常用的添加型安定剂※表三添加型安定剂对封装材料耐UV照射实验三、高取光率封装结构与工艺透明封装的应用在LED使用过程中，辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失，主要包括三个方面：芯片内部结构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损失；以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射损失。因此，很多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶)，由于该胶层处于芯片和空气之间，从而有效减少了光子在界面的损失，提高了取光效率。此外，灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护，应力释放，并作为一种光导结构。因此，要求其透光率高，折射率高，热稳定性好，流动性好，易于喷涂。为提高LED封装的可靠性，还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高，折射率大，热稳定性好，应力小，吸湿性低等特点，明显优于环氧树脂，在大功率LED封装中得到广泛应用，但成本较高。研究表明，提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子损失，提高外量子效率，但硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED光效和光强分布。三、高取光率封装结构与工艺透明封装的应用传统的荧光粉涂敷方式是将荧光粉与灌封胶混合，然后点涂在芯片上。由于无法对荧光粉的涂敷厚度和形状进行精确控制，导致出射光色彩不一致，出现偏蓝光或者偏黄光。而Lumileds公司开发的保形涂层（Conformalcoating）技术可实现荧光粉的均匀涂覆，保障了光色的均匀性，如图3（b）。但研究表明，当荧光粉直接涂覆在芯片表面时，由于光散射的存在，出光效率较低。有鉴于此，美国RenssELaer研究所提出了一种光子散射萃取工艺（ScatteredPhotonExtractionmethod，SPE)，通过在芯片表面布置一个聚焦透镜，并将含荧光粉的玻璃片置于距芯片一定位置，不仅提高了器件可靠性，而且大大提高了光效（60％），如图5(c)。总体而言，为提高LED的出光效率和可靠性，封装胶层有逐渐被高折射率透明玻璃或微晶玻璃等取代的趋势，通过将荧光粉内掺或外涂于玻璃表面，不仅提高了荧光粉的均匀度，而且提高了封装效率。此外，减少LED出