LED封裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望

胡超杰

摘 要：LED憑借其高效率、高穩(wěn)定性、低能耗等優(yōu)點得到越來越廣泛的應(yīng)用，封裝是LED產(chǎn)品生產(chǎn)過程中最為重要的一個環(huán)節(jié)，本文從LED的封裝結(jié)構(gòu)和封裝材料等方面綜述LED封裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對LED封裝技術(shù)的未來發(fā)展進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：LED；封裝技術(shù)；現(xiàn)狀；展望

發(fā)光二極管（LED）是一種能將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體電子元件[1]，本質(zhì)是一個PN結(jié)，在通以正向電流時可以發(fā)光。如今，我國政府大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展，LED憑借其節(jié)能、環(huán)保、高效、耐用等優(yōu)點逐步取代傳統(tǒng)光源，LED大規(guī)模應(yīng)用于普通照明是一個必然的趨勢[2]。作為LED產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下的LED封裝，在整個產(chǎn)業(yè)鏈中起著關(guān)鍵的作用[3]。封裝最重要的目的是在成本有限的前提下使芯片發(fā)出的光盡可能多的出射出來，與此同時減少芯片發(fā)熱，提高能源利用效率。在對LED進(jìn)行封裝時，封裝方式和封裝材料是決定封裝效果的重要條件?？v觀LED封裝技術(shù)的發(fā)展歷程，就是功率不斷增加、熱阻不斷降低及光效不斷提高的過程[4]。因此提高LED的出光效率并降低熱阻，要對封裝結(jié)構(gòu)、封裝材料等方面進(jìn)行改進(jìn)和完善。

1 LED封裝的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 LED的封裝結(jié)構(gòu)

LED產(chǎn)品的封裝形式隨著LED芯片技術(shù)的發(fā)展而快速發(fā)展，封裝結(jié)構(gòu)從引腳式（Lamp）封裝到貼片式（SMD）封裝，再到基板表面組裝（CoB）封裝和遠(yuǎn)程熒光（RP）封裝技術(shù)[5]。

引腳式（Lamp）封裝是發(fā)展最早也最為成熟的封裝結(jié)構(gòu)，其采用金屬絲作為引腳式封裝產(chǎn)品的引腳。與引腳式封裝相比，貼片式封裝大大減小了LED產(chǎn)品的封裝體積和重量，并且允許通過較大的電流，是LED行業(yè)發(fā)展的趨勢，但是存在出光效率低和散熱困難的問題。CoB封裝是將裸露的芯片直接貼裝在電路板上，通過鍵合引線與電路板鍵合，然后進(jìn)行芯片的鈍化和保護(hù)[6]，是從多芯片封裝技術(shù)發(fā)展過來的。其優(yōu)點主要有：光線柔和、線路設(shè)計簡單、高成本效益、節(jié)省系統(tǒng)空間等[7]。遠(yuǎn)程熒光（RP）封裝技術(shù)是一種新型的封裝形式，其能產(chǎn)生均勻地白色光。RP封裝具有壽命較長、發(fā)光效率高、光色空間分布均勻等優(yōu)點，是當(dāng)今LED封裝技術(shù)的研究熱點之一，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

1.2 LED的封裝材料

LED在封裝過程中所用的材料主要有芯片、熒光粉、熱界面材料等，材料性能與LED的性能密切相關(guān)。選擇高性能的封裝材料，LED會具有良好的散熱能力和較高的出光效率及較長的使用壽命。

LED芯片的封裝結(jié)構(gòu)隨著LED性能的發(fā)展而快速發(fā)展，目前LED芯片有正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)、三維垂直結(jié)構(gòu)四種比較典型的封裝結(jié)構(gòu)[8]。正裝結(jié)構(gòu)是LED芯片封裝中一種較為成熟的封裝方式，但散熱效果不太理想，而采用倒裝結(jié)構(gòu)的芯片很好的解決了這個問題，芯片產(chǎn)生的熱量很容易散去。垂直結(jié)構(gòu)的芯片散熱效果很好，但生產(chǎn)難度較大，生產(chǎn)工藝還需進(jìn)一步發(fā)展。

LED的光品質(zhì)與熒光粉有著密切的關(guān)系，隨著LED產(chǎn)品種類的豐富，熒光粉的種類也變得系列化、多樣化。黃色YGA熒光粉是獲得白光最常用的熒光粉，由于對照明效果的要求增高，紅色、綠色等其他種類的熒光粉使用的也越來越廣泛。

熱界面材料是兩種材料之間的填充物，在LED散熱中起著重要的作用，LED若具有較好的散熱效果，則熱界面材料要有良好的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱黏膠劑、導(dǎo)電銀膠和錫膠等是常用的熱界面材料。

2 LED封裝的未來展望

隨著LED產(chǎn)品的應(yīng)用日益廣泛，LED的封裝技術(shù)日趨成熟，未來將會有新的封裝技術(shù)被提出，其中封裝材料和封裝工藝是LED封裝技術(shù)研究中的熱點領(lǐng)域。

新型封裝材料的研制對LED封裝技術(shù)的快速發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所利用石墨烯作為導(dǎo)熱層研制了具有倒裝結(jié)構(gòu)的LED[9]，其產(chǎn)生的熱量可以通過石墨烯層傳到襯底，進(jìn)而傳送到外界環(huán)境中，具有較好的散熱效果。

三維打印技術(shù)是一個新興領(lǐng)域，在機(jī)械加工、醫(yī)學(xué)工程、家庭消費等領(lǐng)域得到初步應(yīng)用并具有廣闊的應(yīng)用前景[10]。同樣可以把三維打印技術(shù)應(yīng)用在LED封裝中，形成三維LED封裝技術(shù)，其對封裝材料，封裝原則具有新的要求，但目前還未對三維封裝技術(shù)作深入的研究，因為存在著封裝材料制備困難，產(chǎn)品生產(chǎn)效率較低等一系列問題，需要以后的研究對其進(jìn)行改進(jìn)和完善。

總的來說，LED封裝技術(shù)的發(fā)展可以從三維封裝技術(shù)的研究、LED的集成、微型化和系統(tǒng)化封裝等方面入手，最終獲得較為智能化和系統(tǒng)化的LED封裝技術(shù)[11]，解決現(xiàn)在LED封裝中比較常見的出光效率低、發(fā)熱大散熱難、能源利用率低等問題，實現(xiàn)LED產(chǎn)品中光、電、熱的均衡照顧，滿足不同場景對LED產(chǎn)品的需求。

3 總結(jié)

為滿足生產(chǎn)和生活需要，LED產(chǎn)品的性能越來越高，就是對LED封裝技術(shù)的要求越來越高。封裝技術(shù)中的封裝工藝和封裝材料是兩個特別重要的方面，在確定封裝工藝時需要同時考慮到光、電、熱三因素之間的關(guān)系，同時新的封裝材料是LED產(chǎn)品具有良好散熱能力和較高出光效率的重要保證。所以在二者的完美結(jié)合下，生產(chǎn)出高品質(zhì)的LED產(chǎn)品，促進(jìn)我國LED行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展[12]。

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