多界面光-热耦合白光LED封装优化技术

刘胜; 罗小兵; 陈明祥; 裴小明; 王恺; 郑怀

2016

白光发光二极管 多界面光-热耦合 封装工艺

半导体照明是国家战略新兴产业，对节能环保意义重大。中国是全球半导体照明产品生产和使用大国，LED先进制造技术被列入“十二五”计划发展重点。由于历史原因，LED芯片和关健原材料几乎完全依赖进口，唯有封装技术成为中国半导体照明产业打破国外垄断，走出困境的最后突破口。但是，LED封装涉及多种材料、多步工艺、多能域（光、热、电、力学和化学等）、多表面/界面交互作用，约束条件多，难以实现多目标优化（低热阻、高光效、高照明品质等）。迫切需要独立自主开展系统性发明创造，突破LED封装涉及的一系列基础技术、材料和工艺方面的技术瓶颈。项目组在国家自然科学基金、“973”计划、“863”计划支持下，历经10年联合攻关，在提高LED品质（光效、光色与光形），降低LED热阻与成本等关键技术上取得发明成果：高品质白光LED封装优化方法及工艺。国际上首次阐明荧光涂覆层温度是影响LED封装品质的又一重要因素，建立了高品质白光LED空间颜色均匀度评价准则；发明了LED封装荧光粉涂覆控制技术，模块光学品质远高于国际标准。空间颜色均匀度指标比国际一流公司美国科锐和韩国三星提升50%以上，国际著名学者给予高度评价【Opt. Express，23(26)，33861，2015】。扩展面光源取光-控光复合型透镜。发明了扩展面光源能量映射透镜曲面结构优化方法，突破了LED依赖自由曲面二次透镜光学设计的局限；发明了多种高效取光与准确控光的LED复合透镜结构。美国伦斯勒理工学院(RPI)E. Fred Schubert (IEEE/APS/OSA/SPIE Fellows)指出，该方法攻克了LED封装光斑整形的国际难题。高密度多热源LED低热阻封装散热技术。构建了多界面-多热源系统的LED扩散热阻网络模型；发明了纳米多孔铜热压键合技术，开发了低温键合陶瓷基板（LTBC)制备技术。打破了国外技术壁垒，实现产品出口欧盟。该项目获授权发明专利33项，实用新型专利46项。发表SCI论文108篇(20篇代表作SCI他引442次，Web of Science加CSCD数据库他引682次），EI论文97篇，出版国际上第一本LED封装英文专著。2014年诺贝尔物理学奖(发明蓝光LED)获得者中村修二评价该专著“......，系统描述了LED研究和封装设计，.....，高度推荐这本书”。项目先后获省部级一等奖3项。项目第一完成人获2009年IEEE CPMT杰出技术成就奖，2009年入选ASME Fellow, 2014年因为LED封装技术研发的引领地位（Leadership)入选IEEE Fellow。项目成果形成了具有国际竞争力和自主知识产权的LED封装技术体系，带动了行业技术进步。通过技术推广与产业化实施，近3年累计为8家LED企业实现新增销售额159176.8万元，新增利润8161.7万；支持了2家上市公司，帮助广东昭信企业集团成功转型；为100多家LED封装企业培训高级专业人才300余名，新增就业人数1000多人，社会经济效益显著。

1.武汉大学
2.华中科技大学
3.深圳市瑞丰光电子股份有限公司
4.南方科技大学

刘胜,罗小兵,陈明祥,等. 多界面光-热耦合白光LED封装优化技术. 2016.