LED封装在支架的选材方面有哪些要求？

随着芯片功率的增大，特别是固态照明技术发展的需求，对LED封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。为了有效地降低封装热阻，提高出光效率，必须采用全新的技术思路来进行封装设计。

在LED封装中，支架（也称引线框架或基板）承担着固定芯片、电连接、散热、机械支撑和保护芯片/金线等多重关键作用。因此，其选材要求非常严格，需要综合考虑多种性能和工艺因素。主要要求包括：

优异的热导率（散热性）：
- 核心要求： LED芯片工作时会产生大量热量，热量能否高效传递出去直接影响光效、光衰速度、寿命和可靠性。热导率低的材料会导致LED结温升高，造成亮度下降、寿命缩短甚至失效。
- 常用材料应对： 铜（约 400 W/m·K）具有极高的热导率，是主流支架的核心导热材质。铜合金（如科伐合金）或通过特殊设计（如热沉结构）也能满足要求。高功率LED常使用热导率更高或热管理更优的陶瓷基板（如氧化铝、氮化铝）或金属基复合基板（如铜基板、铝基板）。
良好的导电性：
- 原因： 支架需要作为电极（阳极、阴极）为芯片供电，导电性能不佳会导致额外的线路损耗、温升增加和电压降。
- 常用材料应对： 金属（如铜）本身具有优异的导电性。即使采用非金属基板（如陶瓷），其上的金属电路层（通常为铜箔）必须确保良好的导电性能。支架引脚及焊盘部分也需要良好的导电性和可焊性。
良好的机械强度与尺寸稳定性：
- 原因： 支架需要在芯片固晶、金线键合、模压/点胶等封装工艺过程中承受机械应力和热应力，不能发生变形或断裂。尺寸精度对后续加工（SMT贴片）和光学设计（碗杯反射结构）至关重要。
- 常用材料应对： 金属（铜、铁镍合金等）本身强度高，铁镍合金的热膨胀系数与硅芯片或陶瓷基板更接近，热应力下形变更小。塑料支架（如EMC支架）需要在模压成型后保持尺寸稳定，不发生翘曲、收缩等变形。陶瓷基板也具有很好的刚性和尺寸稳定性。
与芯片材料和封装材料匹配的热膨胀系数：
- 原因： LED芯片（硅、蓝宝石等）和封装材料（模塑料、硅胶等）在温度变化时会热胀冷缩。如果支架的CTE与它们差异过大，在温度循环过程中会产生巨大的热应力，可能导致芯片开裂、固晶层脱落、金线断裂或封装体开裂等致命失效。
- 常用材料应对： 设计时需要仔细选择匹配的支架材料或通过结构设计（如铜基板上加金属过渡层）来减缓应力。铁镍合金的CTE与硅接近是其优势之一。EMC塑料的CTE需要进行配方调整尽量接近。
良好的加工性和工艺兼容性：
- 原因： 支架需要通过冲压、蚀刻、电镀等工艺形成复杂的引脚形状、焊盘和反射碗杯结构。这些工艺必须能精准地在材料上实现，且材料本身要能适应这些工艺（如耐蚀刻、电镀层结合力好）。
- 常用材料应对： 铜和铜合金具有良好的延展性和冲压、蚀刻、电镀性能。塑料支架则要适应高速精密注塑成型工艺。
高反射率（尤其对于带碗杯的支架）：
- 原因： 封装杯壁表面的高反射率能将芯片侧面发出的光有效反射出来，提升LED的出光效率。
- 常用材料应对： 在电镀层（通常是银或银合金）上实现高反射率。需注意电镀层的稳定性和抗氧化/硫化变色能力（否则反射率会下降）。EMC塑料本身也可以添加反射填料制成高反射碗杯，或者在其表面蒸镀高反层。陶瓷基板表面则需要进行特殊的抛光或镀反射层处理。
可靠的电镀层：
- 原因： 电镀层（通常是银或其它贵金属/合金）对于实现良好的可焊性、低接触电阻、高反射率以及抗腐蚀至关重要。电镀层必须结合牢固（防止剥落）、致密无孔（防止氧化、硫化腐蚀）、厚度均匀。银层的防硫化（变黄、变黑）能力是关键性能指标。
- 应对： 优化电镀工艺、选择耐腐蚀的银合金（如掺钯银、掺金银）、或在银层上涂覆保护层（成本更高）等。
良好的封装材料结合性：
- 原因： 支架需要与环氧树脂模塑料或硅胶等封装材料形成牢固的物理结合和密封，防止湿气、污染物侵入内部芯片和金线区域。
- 应对： 对于金属支架，常在电镀后进行特殊的化学处理（如微粗糙化）以提高界面结合力。对于EMC塑料支架，需要确保塑料与封装树脂材料有良好的化学相容性和键合性。
成本效益：
- 原因： 支架是LED的主要成本构成之一（尤其是对于中低功率LED），需要在满足性能要求的前提下追求最优的性价比。
- 常用材料应对： 金属冲压支架是目前成本效益最高的主流选择（如铜支架）。EMC支架通过集成塑胶杯降低后续点胶成本。陶瓷基板和铜基板虽然性能优越，但成本较高，主要用于高功率或特殊要求的LED。

总结：

LED支架的选材是一个平衡与折中的过程。核心是散热能力（决定寿命和可靠性）和成本（决定市场竞争力）。其它要求包括导电、强度、反射率、CTE匹配、工艺兼容性和结合性等也缺一不可。没有“完美”的材料，实际选用要根据具体的LED功率等级、应用领域（可靠性要求）、封装形式（如PLCC、EMC、COB）和成本目标来选择最合适的材质（铜、铜合金、铁镍合金、铝基板、陶瓷基板、工程塑料如PCT/LCP/EMC）以及对应的结构设计和表面处理工艺。高导热性（低热阻）和良好的热膨胀匹配是确保LED长期可靠工作最关键的两点。