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(多图) 基于MEMS的LED芯片封装光学特性分析

2011年12月15日 ?? 收藏0

凹槽形成的反射腔对IED的发光特性起着显著的改善,不同的反射腔形状对LED的发光特性有币同的影响。对图3分析可得,反射腔的形状主要由删槽的开口尺寸L,凹槽的深度h和发射角θ决定。利用TIacepro软件建立如图3所示的模型,分别改变L、h和θ的值,求出各自对应情况下LED的光强,就可以分析出反射腔的形状与LED发光特性之间的关系。进而为凹槽的足寸设计提供理论上的指导。

图5为LED发射光与反射的反射角θ之间的关系,从图中可看出当反射角为52度的时候反射光强取得最大。从理论上讲,硅凹槽反射角应该设计为52度。但是,考虑到对(100)硅进行腐蚀的时候,其(111)面和(100)面会自动形成一个54.7度的角,而通过仿真分析结果可以计算。当反射角为54.7度的时候。LED的反射光强只比反射角为52度的时候小12%,而且光强分布也比较接近。因此在腐蚀凹槽的时候可以直接采用硅的(100)面和(111)面形成角度作为反射角,这可以极大的简化加工工艺,降低制造成本,而且对LED光强的影响也不是很大。

LED光强与反射角之间的关系

图6(a)和(b)分别给出了反射腔的深度h和开口L与LED光强的关系,从图中可得,反射腔的深度越深,光强越大;开12t越小,光强越火。但是在反射角确定的情况一F,深度和开r_l的宽度是相互制约的。当深度一定的时候,开口越小,则槽的底部会越小、,而槽的底部受芯片尺寸的约束。因此开口有一个极限最小值。隅理,当开几一定的时候,深度越深,底部几寸越小,罔此深度有一个檄大值,所以在设计槽的K寸的时候应该结合芯片的尺寸进行综合考虑。本文中所采用的芯片尺寸为0 4x0 4 x 0 15mm。

LED光强与反射腔的裸度和开口之间的关系

2 工艺流程设计

基于MEMS的LED芯片封装主要包括两个大的部分,第一个部分是加工带有反射腔的硅基体;第二部分是LED芯片的贴片、引线等通用工艺。由于该封装结构的第二个部分和标准的LED封装工艺相同,因此本文卡要详细的介绍第一部分的主要工艺流程(如图7)。

硅基反射腔的制作梳程

首先准备一片具有(100)晶向的硅片(a);通过热氧化在硅的表面形成层二氧化硅;光刻二氧化硅,形成需要的开口尺寸和形状(b);用KOH腐蚀硅基体形成需要的凹槽,通过腐蚀液的浓度和腐蚀时间控制槽的深度(c):除占表面残余的二氧化硅;对硅基进行背碰腐蚀,生成通孔(d);利用电镀的方法在通孔内沉积金属导电材料(e);在硅的表面溅射会属层作为反射面,光刻金属表面和引线区,形成封装电极(f)。接下来就可以进行LED的贴片等后续工艺。

3 结论

本文提出了一种基于MEMS工艺的LED芯片封装技术,利用Tracepro软件仿真分析了反射腔的结构参数对LED光强的影响,通过分析指出。利用各向异性腐蚀硅形成的角度作为反射腔的反射角,可以改善LED芯片的反光性能和发光效率。仿真结果显示反射腔的深度越大,则反射效率越高,腔的开口越小,反射效率越高。文章最后给出该封装结构的工艺流程设汁。通过分析表明,基于MEMS工艺LED封装技术可以降低器件的封裴尺寸,提高发光效率。


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Tracepro? 仿真? SMD? 表面贴装?

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