大功率LED研究和应用(yòng)封装领域

led（light-emitTIng diode）已成為(wèi)國(guó)际新(xīn)兴战略产业的竞争热点。LED在产业链中，上游包括衬底材料、外延、芯片设计和制造，包括包装工艺、设备和测试技术，下游為(wèi)LED蓝光主要用(yòng)于显示、照明和灯具。LED 黄色荧光粉工艺实现白光大功率LED，即通过GaN基蓝光LED蓝光刺激的一部分(fēn) YAG（yttrium aluminum garnet）黄色荧光粉发出黄光，另一部分(fēn)蓝光通过荧光粉发射，黄色荧光粉发射的黄光与透射的蓝光混合得到白光。LED芯片发出的蓝光 通过涂在其周围的黄色荧光粉，荧光粉被部分(fēn)蓝光刺激，蓝光光谱与黄光光谱重叠形成白光。

大功率LED封装作為(wèi)产业链的重要组成部分(fēn)，是促进半导體(tǐ)照明和显示实用(yòng)化的核心制造技术。只有(yǒu)通过开发低热阻、高光效和高可(kě)靠性LED封装 和制造技术，对LED良好的机電(diàn)保护芯片，减少机電(diàn)、热、湿等外部因素对芯片性能(néng)的影响，保证LED芯片稳定可(kě)靠的工作可(kě)以提供高效 持续的高性能(néng)照明和显示效果，实现LED具有(yǒu)独特的节能(néng)長(cháng)寿优势，促进了整个半导體(tǐ)照明和显示产业链的良性发展。鉴于國(guó)外相关公司的市场利益，相关验证 心脏技术和设备都采取了封锁措施，从而发展了独立的大功率LED特别是白光包装技术LED包装设备迫在眉睫。本文(wén)将简要介绍大功率LED研究和应用(yòng)封装领域 大功率分(fēn)析总结现状LED封装过程中的关键技术问题，為(wèi)了吸引國(guó)内同行的注意，為(wèi)了实现大功率LED努力自主化关键技术和设备。

封装工艺技术对LED性能(néng)起着至关重要的作用(yòng)。LED芯片结构、光電(diàn)/机械特性、具體(tǐ)应用(yòng)要取决于芯片结构、光電(diàn)/机械特性、具體(tǐ)应用(yòng)和成本。 增加功率，特别是对固态照明技术发展的需求LED对包装的光學(xué)、热學(xué)、電(diàn)學(xué)和机械结构提出了新(xīn)的、更高的要求。有(yǒu)效降低包装热阻，提高光效 包装设计必须采用(yòng)新(xīn)的技术思路。从工艺兼容性和降低生产成本的角度来看，LED包装设计应与芯片设计同时进行，即芯片设计应考虑包装结 结构和工艺。当前功率LED封装结构的主要发展趋势是：尺寸小(xiǎo)、设备阻力最小(xiǎo)化、平面贴片化、耐结温最高化、单灯通量最大化；目标是提高光通量 降低光衰减和失效率，提高一致性和可(kě)靠性。具體(tǐ)来说，大功率LED包装的关键技术主要包括：热散技术、光學(xué)设计技术、结构设计技术、荧光粉涂层技术 晶焊技术等。

1、散热技术

一般的LED节点温度不得超过120℃，即便是LumiLEDs、Nichia、CREE最新(xīn)设备的最高节点温度仍不超过1500℃。因此 LED装置的热辐射效应基本可(kě)以忽略不计，热传导和对流是LED散热的主要方式。散热设计首先考虑热传导，因為(wèi)热量首先来自LED传输到封装模块 散热器。因此，粘结材料和基板是LED散热技术的关键环节。

粘结材料主要包括导热胶、导電(diàn)银浆和合金焊料。导热胶是在基體(tǐ)内加入一些导热系数高的填料，如SiC、A1N、A12O3、SiO2等，从 而提高其导热；导電(diàn)银浆是将银粉加入环氧树脂中形成的一种复合材料，粘贴的硬化温度一般低于200℃，银浆具有(yǒu)导热性好、粘结性能(néng)可(kě)靠等优点 光的吸收相对较大，导致光效下降。

在AlSiC加入热解石墨也能(néng)满足更高的散热要求。未来有(yǒu)五种复合基板：单電(diàn)路碳材料、金属基复合材料、聚合物(wù)基复合材料 合材料、碳复合材料和高级金属合金。在AlSiC中加入热解石墨还可(kě)以满足对散热要求更高的工况。未来的复合基板主要有(yǒu)5种：单片電(diàn)路碳质材料、金属基复合材料、聚合物(wù)基复 合材料、碳复合材料和高级金属合金。

此外，封装界面对热阻也有(yǒu)很(hěn)大的影响LED封装的关键是降低界面与界面的接触热阻，增强散热。因此，芯片与散热基板之间的热界面材料的选择非常重要。热界面材料采用(yòng)低温或共晶焊料、焊膏或与纳米颗粒混合的导電(diàn)胶，可(kě)大大降低界面热阻。

光學(xué)设计技术

LED封装的光學(xué)设计包括内光學(xué)设计和外光學(xué)设计。

内光學(xué)设计的关键在于灌封胶的选择和应用(yòng)。在灌封胶的选择上，透光率高、折射率高、热稳定性好、流动性好、喷涂方便。LED包装的可(kě)靠性，也 要求灌封胶具有(yǒu)吸湿性低、应力低、耐温环保等特点。目前常用(yòng)的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。其中，硅胶透光率高(可(kě)见光范围内透光率大于99%)， 折射率高（1.4～1.5)热稳定性好(能(néng)耐2000℃应力低(杨氏模量低)，吸湿性低(小(xiǎo)于0).2%)等特点，大功率明显优于环氧树脂 LED广泛应用(yòng)于封装中。但硅胶的性能(néng)受环境温度的影响较大LED光效和光强分(fēn)布，因此硅胶的制备工艺有(yǒu)待改善。

外光學(xué)设计是指聚集和塑造出射光束，形成光强均匀分(fēn)布的光场。主要包括反射聚光杯设计（一次光學(xué)）和塑料透镜设计（二次光學(xué)）。对于阵列模块，还包括芯片阵列的分(fēn)布。常用(yòng)的透镜形状有(yǒu)凸透镜、凹透镜、球镜、菲涅尔透镜、组合透镜等，透镜和大功率LED装配方法可(kě)采用(yòng)气密封和半气密封 安装。近年来，随着研究的深入，考虑到包装后的集成要求，用(yòng)于光束整形手术的透镜采用(yòng)了微透镜阵列，微透镜阵列可(kě)以在光路中发挥二维并行聚合、整形手术、直接等 研究表明，采用(yòng)衍射微透镜阵列替代普通透镜或菲涅尔微透镜，可(kě)以大大提高光束质量，提高光束质量 大功率出射光强度LED光束整形最有(yǒu)前途的新(xīn)技术。

3、LED封装结构形式

LED包装技术和结构先后有(yǒu)引脚型、功率型包装、贴片型（SMD）、板上芯片直装（COB）四个阶段。

（1）引脚式（Lamp）LED封装

LED脚包装采用(yòng)引線(xiàn)架作為(wèi)各种包装外观的引脚，是市场上第一个成功开发的包装结构。品种繁多(duō)，技术成熟度高，包装结构和反射层仍在不断改进。 用(yòng)3～5mm電(diàn)流小(xiǎo)(20~30)一般采用(yòng)封装结构mA），低功率(小(xiǎo)于0.1W）的LED包装。主要用(yòng)于仪表显示或指示，也可(kě)用(yòng)于大规模集成 屏幕。缺点是封装热阻大(一般高于100K／W），寿命较短。

（2）功率型LED封装

LED芯片和包装向大功率方向发展，在大電(diàn)流下产生比例