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摘要：本文对大功率LED芯片封装流程进行分析，并提出芯片封装的关键技术与工艺，包括低热阻封装技术、热学封装技术、倒装芯片封装技术等等，最后以绍兴柯桥幕墙屏项目为例，针对该项目的技术难点提出解决措施，力求通过本文研究，使大芯片封装工艺的应用效率得到显著提升，获得更加理想的应用效果。
关键词：大芯片；LED封装工艺；幕墙屏
引言：
近年来，LED作为新一代绿色照明光源得到广泛应用。光源的基础为芯片，要求充分把握封装质量，通过构建科学合理的封装结构，提高整体应用效率。同时，还应采取有效措施，通过低热阻封装技术、热学封装技术、倒装芯片封装技术等降低热阻，使光电性能得到充分发挥，提高工艺的可靠性。
1大功率LED芯片封装流程
该项封装工艺较为复杂，需要应用到光、电、热、机械与半导体等多种材料，在封装时对各项因素综合考虑，按照特定的流程进行封装，具体如下图1所示。晶片作为LED的发光体，类型多种多样，性能也不尽相同，在一定程度上对LED封装产生影响，因此应根据工程实际需求进行合理选择[1]。
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图1 LED芯片封装流程
2LED芯片封装的关键技术
2.1低热阻封装技术
传统荧光灯的散热要求不够严格，主要以辐射的形式散热，而LED的要求比较高，以热传导为主。目前LED的主材为固体半导体芯片，与电路接通后，辐射发射相对较小。目前，LED设备中85%的电能可以转化为热能。在封装过程中对芯片散热十分重视，包括封装材料、结构和散热片设计。在封装时，应对界面型与内部型热阻综合考虑，借助散热基板吸收芯片上的热量并转移给散热器，然后与外界的流通。一般情况下，散热基本的特点如下：一是金属基板的散热性较高，在热导性、电磁屏蔽等方面具有显著特点，但其金属热膨胀系数相对较大，对应用效果产生不良影响；二是高热传导基本在绝缘方面采用树脂充填无机物，质量十分可靠；三是陶瓷基板在耐热性、耐潮湿、耐高温等方面具有较大优势，但是价格相对较高，影响了推广和应用。
2.2热学封装技术
对于LED器件来说，散热问题十分关键，如果电流中产生的热量随时间扩散，结温在一定范围内为常数，将缩短器件的使用寿命，阻碍光源输出。当前Ag散热材料较为常见，具有良好的导热效率，但是不可将其作为通用的散热器，究其原因，此类设备的成本相对较高。而Cu材料在价格上更具优势，且导热率与Ag材料相似，因此更适用于大规模制造。经过多次试验对比后，最好的方法是用Ag或Cu作为散热片连接芯片，并将Al散热片与散热片连接，在热传导作用下促进散热，这样做不但可提高散热器的性能，还可提高散热效果，与不同设备特点和需求相结合，从而使其成本得到有效控制。芯片与铜基的连接材料要合理选择。通常情况下，以银胶为主进行连接，但因Ag导热系数范围在10—25W/（m·k）之间，具有较高的热阻，如若采用Ag作为连接采用，可以看作是在散热器和芯片的交界处增加了一层热阻。对此，可采用共晶焊接技术，在新型固晶工艺之下利用Sn片进行焊接，Sn的导热系数为67W/（m·K），与Ag胶相比，在散热性能与物理特点方面具有显著优势，可获得更加可观的导热效果[2]。
2.3倒装芯片封装技术
一般情况下，以往LED使用的是正装结构，通常下方以蓝宝石为底色，在上层敷设环氧树脂。在此类芯片封装过程中，因P-GaN的配制难度较大，采用常规方法制备了能促进电流稳定扩散的透明金属电极。灯源的光亮更加均匀。在结构的PN结中，通过衬底达到散热效果，因衬底的热阻较大，加上导体质量一般，对树脂导热能力造成不良影响，热量很难有效传导，导致器件的正常运行受到极大不良影响。为了改善这一缺陷，可采用倒装芯片工艺，利用焊线设备在芯片的P极与N极的底部选取两个点作为电极提取机构，Si底板通过金线与芯片外部有效连接，从而改善了形式结构芯片目前存在的问题。使出光率方面的弊端得到有效克服。
2.4荧光粉涂覆技术
该项技术以光转化结构为核心，也就是荧光粉涂层结构，适用于LED白光照明技术，可将芯片发出的短波长光线进行转化，使其变成与之互补的长波长的光线。采用荧光粉可产生三种形式的光，包括红光、蓝光与绿光。根据现有涂覆方式来说，不同技术均有各自的优缺点。当前应用较为广泛的是将荧光粉与灌封胶相结合，将其直接涂抹在芯片上。因荧光粉厚度与形状控制难度较大，发出的射光颜色不一，偏向黄色或蓝色。究其原因，主要因荧光粉覆盖在芯片上方，将导致其温度增加，降低荧光粉的量子效率，进而对封装转换效果产生不良影响。对此，为了提高光色的均匀性，可采用保形涂层技术，可实现荧光粉的均匀涂抹，达到相对理想的涂覆效果。
3大芯片封装工艺的具体应用
3.1工程概述
本文以绍兴柯桥幕墙屏项目为例，该项目位于绍兴科学城，是整个项目的核心所在，其中纺城艺展中心便是重中之重，不但具有丰富的商业功能，还具有浓郁的艺术感染力，可谓是建筑界的艺术品。该项目集购物、逛街、办公与酒店式公寓于一身，属于新型城市商业综合体，整栋建筑玻璃幕墙面积为1700平方米。3.2技术难点
由于该项工程涉及的内容众多，工期较紧，且对当地经济发展具有较强的带动作用，因此设计与施工要求十分严格，在无形中增加了技术难度，具体如下：
（1）屏体安装后不可影响整栋建筑采光；
（2）屏体的亮度超过7500CD；
（3）全方位、多角度观看均不可影响艺术效果；
（4）与屏体防护等级要求充分符合。
3.3解决措施
首先，采用通透度较高的LED透明屏不遮挡阳光，确保良好的透视效果，还可降低整个显示屏的结构重量，提高显示效果。根据工程实际情况，采用横纵间距均为16mm的尺寸，整个显示屏的通透率可达到75%，该项指标的计算公式为：
A＝（B－C）/D
式中，A代表的是通透率；B代表的是纵向间距；C代表的是灯条厚度；D代表的是纵向间距。在电子设计方面，通过灯驱分离的方式进行布设；在对灯条设计时，将灯珠焊盘设计为横向，在驱动部位采用一根灯条、一组数据与主控信号，使产品更加稳定可靠，最后采用焊接的方式达成通信目标。
其次，屏体采用静态控制，灯珠管芯为大芯片封装工艺，电路设计采用四层电路板，使PCB设计能够有效避免信号相互干扰，合屏体的量大能够超过7500CD，并具有较强的可靠性。在亮度计算方式，不同颜色LED灯的亮度不尽相同，亮度公式分别为：
红色LED灯：亮度7500（CD）/M2÷点数/M2×0.3×30%R÷0.8Q=720MCD
绿色LED灯：亮度7500（CD）/M2÷点数/M2×0.6×60%R÷0.8Q=1440MCD
蓝色LED灯：亮度7500（CD）/M2÷点数/M2×0.1×10%R÷0.8Q=240MCD
式中，R代表的是白平衡配比；Q代表的是系统损耗度。
此外，灯珠的倾斜度设置为15°，这样有助于建筑物从多个角度完美展示。在设计中将常规灯条均露于外侧，并对应用环境与综合条件统筹考虑，采用全铝合金设计方式，灯条在铝条的包裹下不但美观有质感，还具有较为理想的防护和支撑作用，与工程的安全规定充分符合。在工程完工后，受到业主与总包单位的一致认可与好评[3]。
3.4可靠性分析
对于静电对芯片造成的损害，静电的电场或电流产生较大的热能，可使LED灯的运行状态受到较大损害，主要体现在漏电流增加等方面，虽然仍可工作，但亮度上却受到较大影响，使用寿命也缩短。在LED封装生产线中，应对全部设备进行接地处理，严格遵循设计标准的相关要求，使焊接温度降低，优化产品质量，延长使用寿命；在开路装置的内部连接中，支架排对LED的性能有直接影响，通常使用铜、铁等金属模具进行冲压，并在表面镀银以避免氧化生锈现象，并且更加容易焊接。在生产固态晶体的过程中，应尽量减少胶水的用量，禁止过多或过少，避免短路危害。在焊接时，用金丝球焊机根据各项指标，在固定时间对其他参数进行调整，使焊接水平得以提高。在可靠性评估方面，LED的失效模式包括机械失效、光学失效和电气失效，通常将平均失效时间作为设备的使用寿命。在加速试验中，对设备的可靠性进行评估，包括冷热冲击、低温存储、高温高湿、机械冲击等等，试验结果表明，该设备的性能与实际需求充分符合。
结论：
综上所述，在节能环保建筑施工背景下，LED作为新一代绿色照明光源得到广泛应用，光源的基础为芯片，要求充分把握封装质量，对此，应根据建筑项目的实际情况，牢牢把握芯片封装的关键技术与工艺，灵活采用低热阻封装技术、热学封装技术、倒装芯片封装技术等方式，使LED光源的节能性、舒适性达到最佳状态，并对封装效果进行全面检测，使工程施工效率和质量得到全面提升。
参考文献：
[1]吴运铨.大功率LED封装工艺技术[J].湖南农机：学术版（1期）：61-62.
[2]金忠，谢锋，何迎辉，等.倒装焊接在压力敏感芯片封装工艺中的研究[J].电子与封装，2019（9）：10-13.
[3]刘汉诚，李世玮，贾松良，等.芯片尺寸封装设计、材料、工艺、可靠性及应用[J].电子工业专用设备，2019，33（1）：79-79.