大功率LED研究和應用封裝領域

led（light-emitTIng diode）已成為國際新興戰略產業的競爭熱點。LED在產業鏈中，上遊包括襯底材料、外延、芯片設計和製造，包括包裝工藝、設備和測試技術，下遊為LED藍光主要用於顯示、照明和燈具。LED 黃色熒光粉工藝實現白光大功率LED，即通過GaN基藍光LED藍光刺激的一部分 YAG（yttrium aluminum garnet）黃色熒光粉發出黃光，另一部分藍光通過熒光粉發射，黃色熒光粉發射的黃光與透射的藍光混合得到白光。LED芯片發出的藍光 通過塗在其周圍的黃色熒光粉，熒光粉被部分藍光刺激，藍光光譜與黃光光譜重疊形成白光。

大功率LED封裝作為產業鏈的重要組成部分，是促進半導體照明和顯示實用化的核心製造技術。隻有通過開發低熱阻、高光效和高可靠性LED封裝 和製造技術，對LED良好的機電保護芯片，減少機電、熱、濕等外部因素對芯片性能的影響，保證LED芯片穩定可靠的工作可以提供高效 持續的高性能照明和顯示效果，實現LED具有獨特的節能長壽優勢，促進了整個半導體照明和顯示產業鏈的良性發展。鑒於國外相關公司的市場利益，相關驗證 心髒技術和設備都采取了封鎖措施，從而發展了獨立的大功率LED特別是白光包裝技術LED包裝設備迫在眉睫。本文將簡要介紹大功率LED研究和應用封裝領域 大功率分析總結現狀LED封裝過程中的關鍵技術問題，為了吸引國內同行的注意，為了實現大功率LED努力自主化關鍵技術和設備。

封裝工藝技術對LED性能起著至關重要的作用。LED芯片結構、光電/機械特性、具體應用要取決於芯片結構、光電/機械特性、具體應用和成本。 增加功率，特別是對固態照明技術發展的需求LED對包裝的光學、熱學、電學和機械結構提出了新的、更高的要求。有效降低包裝熱阻，提高光效 包裝設計必須采用新的技術思路。從工藝兼容性和降低生產成本的角度來看，LED包裝設計應與芯片設計同時進行，即芯片設計應考慮包裝結 結構和工藝。當前功率LED封裝結構的主要發展趨勢是：尺寸小、設備阻力最小化、平麵貼片化、耐結溫最高化、單燈通量最大化；目標是提高光通量 降低光衰減和失效率，提高一致性和可靠性。具體來說，大功率LED包裝的關鍵技術主要包括：熱散技術、光學設計技術、結構設計技術、熒光粉塗層技術 晶焊技術等。

1、散熱技術

一般的LED節點溫度不得超過120℃，即便是LumiLEDs、Nichia、CREE最新設備的最高節點溫度仍不超過1500℃。因此 LED裝置的熱輻射效應基本可以忽略不計，熱傳導和對流是LED散熱的主要方式。散熱設計首先考慮熱傳導，因為熱量首先來自LED傳輸到封裝模塊 散熱器。因此，粘結材料和基板是LED散熱技術的關鍵環節。

粘結材料主要包括導熱膠、導電銀漿和合金焊料。導熱膠是在基體內加入一些導熱係數高的填料，如SiC、A1N、A12O3、SiO2等，從 而提高其導熱；導電銀漿是將銀粉加入環氧樹脂中形成的一種複合材料，粘貼的硬化溫度一般低於200℃，銀漿具有導熱性好、粘結性能可靠等優點 光的吸收相對較大，導致光效下降。

在AlSiC加入熱解石墨也能滿足更高的散熱要求。未來有五種複合基板：單電路碳材料、金屬基複合材料、聚合物基複合材料 合材料、碳複合材料和高級金屬合金。在AlSiC中加入熱解石墨還可以滿足對散熱要求更高的工況。未來的複合基板主要有5種：單片電路碳質材料、金屬基複合材料、聚合物基複 合材料、碳複合材料和高級金屬合金。

此外，封裝界麵對熱阻也有很大的影響LED封裝的關鍵是降低界麵與界麵的接觸熱阻，增強散熱。因此，芯片與散熱基板之間的熱界麵材料的選擇非常重要。熱界麵材料采用低溫或共晶焊料、焊膏或與納米顆粒混合的導電膠，可大大降低界麵熱阻。

光學設計技術

LED封裝的光學設計包括內光學設計和外光學設計。

內光學設計的關鍵在於灌封膠的選擇和應用。在灌封膠的選擇上，透光率高、折射率高、熱穩定性好、流動性好、噴塗方便。LED包裝的可靠性，也 要求灌封膠具有吸濕性低、應力低、耐溫環保等特點。目前常用的灌封膠包括環氧樹脂和矽膠。其中，矽膠透光率高(可見光範圍內透光率大於99%)， 折射率高（1.4～1.5)熱穩定性好(能耐2000℃應力低(楊氏模量低)，吸濕性低(小於0).2%)等特點，大功率明顯優於環氧樹脂 LED廣泛應用於封裝中。但矽膠的性能受環境溫度的影響較大LED光效和光強分布，因此矽膠的製備工藝有待改善。

外光學設計是指聚集和塑造出射光束，形成光強均勻分布的光場。主要包括反射聚光杯設計（一次光學）和塑料透鏡設計（二次光學）。對於陣列模塊，還包括芯片陣列的分布。常用的透鏡形狀有凸透鏡、凹透鏡、球鏡、菲涅爾透鏡、組合透鏡等，透鏡和大功率LED裝配方法可采用氣密封和半氣密封 安裝。近年來，隨著研究的深入，考慮到包裝後的集成要求，用於光束整形手術的透鏡采用了微透鏡陣列，微透鏡陣列可以在光路中發揮二維並行聚合、整形手術、直接等 研究表明，采用衍射微透鏡陣列替代普通透鏡或菲涅爾微透鏡，可以大大提高光束質量，提高光束質量 大功率出射光強度LED光束整形最有前途的新技術。

3、LED封裝結構形式

LED包裝技術和結構先後有引腳型、功率型包裝、貼片型（SMD）、板上芯片直裝（COB）四個階段。

（1）引腳式（Lamp）LED封裝

LED腳包裝采用引線架作為各種包裝外觀的引腳，是市場上第一個成功開發的包裝結構。品種繁多，技術成熟度高，包裝結構和反射層仍在不斷改進。 用3～5mm電流小(20~30)一般采用封裝結構mA），低功率(小於0.1W）的LED包裝。主要用於儀表顯示或指示，也可用於大規模集成 屏幕。缺點是封裝熱阻大(一般高於100K／W），壽命較短。

（2）功率型LED封裝

LED芯片和包裝向大功率方向發展，在大電流下產生比例