LED封裝螢光粉塗覆的流動熱成形建模與實驗研究

《LED封裝螢光粉塗覆的流動熱成形建模與實驗研究》是依託華中科技大學，由羅小兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：LED封裝螢光粉塗覆的流動熱成形建模與實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：羅小兵
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

白光發光二極體（LED）被譽為新一代綠色照明方式，在日常生活中已得到廣泛套用。螢光粉點塗成形是白光LED封裝中最重要的工藝方法之一，它決定了最終LED產品的光學和熱學性能。由於點塗成形是流體在小尺度晶片上自然流動鋪展並受熱固化成形的過程，其本質是在小尺度物體上的耦合流動傳熱過程，如果能了解其流動成形規律，那么就可以從理論上指導新工藝設計。本項目基於這一想法，通過流體動力學和格子玻爾茲曼兩種方法來建立模型，模型中考慮如下特性：螢光粉膠的粘度和表面張力等隨溫度變化、固化過程中伴隨著熱量交換、特徵尺寸較小及邊界條件複雜等。同時構建流動成形控制和檢測實驗台，通過實驗來比較、驗證和修正模型。在此基礎上，研究溫度、表面特徵和材料等參數對流動與傳熱過程和螢光粉矽膠最終形貌的影響規律。本課題是一個典型的從工藝和套用中提出的基礎問題，期望研究結果能指導實現低成本高可靠性塗覆工藝，促進LED真正邁向通用照明。

結題摘要

白光發光二極體（LED）被譽為新一代綠色照明方式，在日常生活中已得到廣泛套用。螢光粉矽膠塗覆是白光LED封裝中最重要的工藝之一，它決定了最終LED產品的光學和熱學性能。螢光粉矽膠塗覆的本質是微流體在小尺度表面上的流動熱成形過程，如果能了解其流動傳熱規律，那么就可以從理論上指導新型螢光粉矽膠塗覆工藝設計。基於上述背景，本項目展開了以下四部分研究內容：(1)建立螢光粉矽膠耦合流動與傳熱模型。通過流體動力學和格子玻爾茲曼兩種方法來建立模型，模型中考慮如下特性：螢光粉矽膠黏度等隨溫度和時間變化、固化過程中伴隨著熱量交換、特徵尺寸較小及邊界條件複雜等。(2)開展螢光粉矽膠塗覆流動成形過程實驗。搭建了以高速攝像機為核心的螢光粉矽膠流動鋪展綜合實驗平台並通過實驗來比較、驗證和修正模型。結果表明基於兩種方法建立的螢光粉矽膠耦合流動傳熱模型均能準確的預測螢光粉矽膠的流動成形過程，和實驗觀測結果對比，形貌偏差小於10%。(3)研究典型參數對流動傳熱過程和螢光粉矽膠形貌的作用規律。基於模型和實驗探究了探究了塗覆高度、螢光粉濃度、基板溫度和基板結構的影響規律。結果表明基板溫度和基板結構是影響螢光粉矽膠流動和傳熱過程以及最終形貌的關鍵因素。(4)開發螢光粉塗覆工藝。基於模型預測結果和實驗測試結果，提出三種新型螢光粉塗覆工藝。這些新型螢光粉塗覆工藝有效的提高了LED的空間顏色均勻性，並將光效提升了10%以上。本項目對螢光粉矽膠塗覆流動成形的一些基礎問題進行了系統的研究，有助於指導實現低成本高可靠性螢光粉矽膠塗覆工藝，促進LED真正邁向通用照明。