LED封裝技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

王杰田

摘 要：LED作為一種新型節(jié)能光源，已經(jīng)成為人們生活中必不可少的一部分。雖然LED技術(shù)在不斷發(fā)展，在制造LED的過程中還需要克服一些難題。文章主要討論了LED封裝技術(shù)的幾個(gè)方面（包括封裝材料和封裝結(jié)構(gòu)等）以及封裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。

關(guān)鍵詞：大功率LED；封裝技術(shù)；材料；結(jié)構(gòu)

1 概述

LED，也就是我們所說的發(fā)光二極管，是一種新型的固態(tài)冷光源。相比于傳統(tǒng)的照明燈具，它具有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如節(jié)省能源、發(fā)光效率高、綠色環(huán)保、體積小等?，F(xiàn)代社會(huì)都在推行綠色照明，這使得LED的照明產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展壯大。換句話說，LED成為第四代光源指日可待。LED應(yīng)用市場的需求也日益加大。

白光LED作為新型光源，有上面所說的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然還存在不足之處。LED在其發(fā)展的過程中也存在一系列技術(shù)難題。其中一個(gè)就是散熱。要解決LED的散熱問題，LED的封裝技術(shù)變得尤為重要。

2 封裝材料

封裝技術(shù)對LED性能起著至關(guān)重要的作用。在LED封裝制作過程中，LED器件可靠性優(yōu)劣的關(guān)鍵是其封裝材料性能的好壞。正確的選擇封裝材料，可以很好地去改善LED的散熱性能，使得LED的壽命得以延長。而封裝材料主要包括芯片、熒光粉等方面。

2.1 芯片

正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)是比較常見的LED芯片結(jié)構(gòu)。LED芯片也可以根據(jù)功率、顏色、形狀等進(jìn)行分類。

2.1.1 正裝結(jié)構(gòu)

在正裝結(jié)構(gòu)中，芯片直接焊接在襯底上，LED的熱量主要產(chǎn)生于很薄的芯片中，封裝后的器件的熱量通過襯底將熱量傳導(dǎo)到散熱底座，然后再傳到外界環(huán)境中。小部分的p-GaN層和“發(fā)光”層被刻蝕，從而與下面的n-GaN層形成電接觸。光從上面的p-GaN層取出。由于p-GaN層電導(dǎo)率有限，必須在p-GaN層表面再沉淀一層由Ni和Au組成的電流擴(kuò)散的金屬層，吸收部分光，降低芯片的出光效率。

正裝結(jié)構(gòu)一般用于小功率的LED，因?yàn)槠渖嵝阅艽嬖谝欢ǖ膯栴}。

2.1.2 倒裝結(jié)構(gòu)

正裝芯片中會(huì)因電極擠占發(fā)光面積而影響發(fā)光效率的問題，所以芯片研發(fā)人員進(jìn)過一系列的實(shí)驗(yàn)后，設(shè)計(jì)了倒裝結(jié)構(gòu)。也就是把正裝芯片倒置，使發(fā)光層發(fā)出的光從電極的另外一側(cè)發(fā)出，這樣就很好的解決了正裝的問題。

倒裝芯片除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還有其他方面的優(yōu)點(diǎn)。比如，沒有通過藍(lán)寶石進(jìn)行散熱，可通大電流使用；芯片的尺寸可以做得更??；散熱功能的提升會(huì)使得芯片的壽命得到提升。

2.1.3 垂直結(jié)構(gòu)

垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的兩個(gè)電極分別在LED外延層的兩側(cè)，正是由于這個(gè)設(shè)計(jì)，使得正裝結(jié)構(gòu)的電流擁擠現(xiàn)象和熱阻較高問題得以很好的解決。同時(shí)，垂直結(jié)構(gòu)還可以達(dá)到很高的電流密度和均勻度，這對于LED芯片來說，非常關(guān)鍵。

正是由于垂直結(jié)構(gòu)有以上的特性，使得垂直結(jié)構(gòu)在LED市場上也占據(jù)著重要的地位，并應(yīng)用于大功率LED領(lǐng)域。

2.2 熒光粉

LED熒光粉是制造白色LED的必須材料。我們需要知道的是，白色LED芯片是不存在的。我們見到的白色LED一般是藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光粉發(fā)出白色光的。換句話說，藍(lán)色涂料和黃色涂料混在一起變成了白色。不同波長的LED藍(lán)光芯片需要配合不同波長的黃色熒光粉能夠最大化的發(fā)出白光。因此，LED熒光粉是制造白色LED必須品，而且市面上白色LED大多數(shù)都是藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光粉的原理。

市場上有項(xiàng)專利設(shè)計(jì)了一種大功率白光LED，其中包括基座、載臺以及固定在載臺上的LED芯片。將載臺和LED芯片包裹的透鏡設(shè)在基座上，而制作該透鏡的材料是熒光粉和硅膠樹脂混合而成的，為了使LED不直接接觸熒光粉，也避免了熒光粉溫度升高帶來的一系列問題。

為了滿足人們對LED光品質(zhì)的要求，除了所說的這些，不同顏色以及不同體系的LED用熒光粉也正在被開發(fā)，且慢慢走向市場。

3 封裝結(jié)構(gòu)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們的需求，LED芯片技術(shù)也得到快速發(fā)展，LED產(chǎn)品的封裝形式從之前單一的單芯片封裝，發(fā)展到了現(xiàn)在的多芯片封裝；而且封裝機(jī)構(gòu)也變成了貼片式封裝和基板表面組裝封裝，取代了之前的引腳式封裝。

3.1 引腳式封裝

引腳式封裝是比較早期采用的技術(shù)，其采用引線架作各種封裝外型的引腳，常見的是直徑為5mm的圓柱形封裝。引腳式封裝是最先研發(fā)成功投放市場的封裝結(jié)構(gòu)，品種數(shù)量多，技術(shù)成熟度較高，但其封裝內(nèi)結(jié)構(gòu)與反射層仍要不斷改進(jìn)。引腳式封裝的封裝環(huán)氧一般在紫光照射下容易老化，而老化會(huì)導(dǎo)致光衰問題。

3.2 貼片式封裝

表面貼片LED是一種新型的表面貼裝式半導(dǎo)體發(fā)光器件，具有體積小、散射角大、發(fā)光均勻性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，正是這些優(yōu)點(diǎn)的存在，使其適合自動(dòng)化貼裝生產(chǎn)，并成為比較先進(jìn)的一種工藝。雖說從Lamp封裝轉(zhuǎn)SMD 封裝符合整個(gè)電子行業(yè)發(fā)展大趨勢，但是在應(yīng)用中存在散熱、發(fā)光均勻性和發(fā)光效率下降等問題。

3.3 基板表面組裝

基板表面組裝（COB）封裝結(jié)構(gòu)是在多芯片封裝技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。COB封裝與其他不同的是，它是將裸露的芯片直接貼裝在電路板上，而芯片的鈍化與保護(hù)通過鍵合引線與電路板結(jié)合。COB主要有以下優(yōu)點(diǎn)：光線柔和、線路設(shè)計(jì)簡單、成本效益比較高等。

4 發(fā)展趨勢

國內(nèi)外對LED封裝技術(shù)的研究從未間斷，許多優(yōu)良的封裝材料和高效的封裝工藝被陸續(xù)提出。目前LED技術(shù)正處于飛速發(fā)展當(dāng)中，并主要有以下趨勢：高功率的研究水平加快，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過之前的水平；成本也在急劇的下降；科技的發(fā)展與創(chuàng)新的應(yīng)用，使得LED進(jìn)程更加快了。LED的未來將是美好的。在不久的將來，基于3D打印技術(shù)，LED的封裝技術(shù)將會(huì)得到大幅度提升。

5 結(jié)束語

半導(dǎo)體照明是21世紀(jì)最引人矚目的新技術(shù)領(lǐng)域之一，功率型LED作為一種高效節(jié)能環(huán)保的綠色固體光源，將在本世紀(jì)得到迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。LED封裝技術(shù)的關(guān)鍵在于低熱阻和穩(wěn)定性好的封裝材料及新穎的結(jié)構(gòu)。在這些前提之下，未來LED照明產(chǎn)品將將會(huì)更加智能、美觀且實(shí)用。

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