LED封裝技術的現狀與發展

王杰田

摘 要：LED作為一種新型節能光源，已經成為人們生活中必不可少的一部分。雖然LED技術在不斷發展，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封裝技術的幾個方面（包括封裝材料和封裝結構等）以及封裝技術的發展現狀和趨勢。

關鍵詞：大功率LED；封裝技術；材料；結構

1 概述

LED，也就是我們所說的發光二極管，是一種新型的固態冷光源。相比于傳統的照明燈具，它具有很多的優點，比如節省能源、發光效率高、綠色環保、體積小等。現代社會都在推行綠色照明，這使得LED的照明產業迅速發展壯大。換句話說，LED成為第四代光源指日可待。LED應用市場的需求也日益加大。

白光LED作為新型光源，有上面所說的優點，當然還存在不足之處。LED在其發展的過程中也存在一系列技術難題。其中一個就是散熱。要解決LED的散熱問題，LED的封裝技術變得尤為重要。

2 封裝材料

封裝技術對LED性能起著至關重要的作用。在LED封裝制作過程中，LED器件可靠性優劣的關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

正裝結構、倒裝結構、垂直結構是比較常見的LED芯片結構。LED芯片也可以根據功率、顏色、形狀等進行分類。

2.1.1 正裝結構

在正裝結構中，芯片直接焊接在襯底上，LED的熱量主要產生于很薄的芯片中，封裝后的器件的熱量通過襯底將熱量傳導到散熱底座，然后再傳到外界環境中。小部分的p-GaN層和“發光”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組成的電流擴散的金屬層，吸收部分光，降低芯片的出光效率。

正裝結構一般用于小功率的LED，因為其散熱性能存在一定的問題。

2.1.2 倒裝結構

正裝芯片中會因電極擠占發光面積而影響發光效率的問題，所以芯片研發人員進過一系列的實驗后，設計了倒裝結構。也就是把正裝芯片倒置，使發光層發出的光從電極的另外一側發出，這樣就很好的解決了正裝的問題。

倒裝芯片除了上述的優點外，還有其他方面的優點。比如，沒有通過藍寶石進行散熱，可通大電流使用；芯片的尺寸可以做得更小；散熱功能的提升會使得芯片的壽命得到提升。

2.1.3 垂直結構

垂直結構的LED芯片的兩個電極分別在LED外延層的兩側，正是由于這個設計，使得正裝結構的電流擁擠現象和熱阻較高問題得以很好的解決。同時，垂直結構還可以達到很高的電流密度和均勻度，這對于LED芯片來說，非常關鍵。

正是由于垂直結構有以上的特性，使得垂直結構在LED市場上也占據著重要的地位，并應用于大功率LED領域。

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一般是藍光芯片激發黃色熒光粉發出白色光的。換句話說，藍色涂料和黃色涂料混在一起變成了白色。不同波長的LED藍光芯片需要配合不同波長的黃色熒光粉能夠最大化的發出白光。因此，LED熒光粉是制造白色LED必須品，而且市面上白色LED大多數都是藍光芯片激發黃色熒光粉的原理。

市場上有項專利設計了一種大功率白光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，且慢慢走向市場。

3 封裝結構

隨著科學技術的發展以及人們的需求，LED芯片技術也得到快速發展，LED產品的封裝形式從之前單一的單芯片封裝，發展到了現在的多芯片封裝；而且封裝機構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，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成功投放市場的封裝結構，品種數量多，技術成熟度較高，但其封裝內結構與反射層仍要不斷改進。引腳式封裝的封裝環氧一般在紫光照射下容易老化，而老化會導致光衰問題。

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體發光器件，具有體積小、散射角大、發光均勻性好、可靠性高等優點，正是這些優點的存在，使其適合自動化貼裝生產，并成為比較先進的一種工藝。雖說從Lamp封裝轉SMD 封裝符合整個電子行業發展大趨勢，但是在應用中存在散熱、發光均勻性和發光效率下降等問題。

3.3 基板表面組裝

基板表面組裝（COB）封裝結構是在多芯片封裝技術的基礎上發展而來的。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通過鍵合引線與電路板結合。COB主要有以下優點：光線柔和、線路設計簡單、成本效益比較高等。

4 發展趨勢

國內外對LED封裝技術的研究從未間斷，許多優良的封裝材料和高效的封裝工藝被陸續提出。目前LED技術正處于飛速發展當中，并主要有以下趨勢：高功率的研究水平加快，已遠遠超過之前的水平；成本也在急劇的下降；科技的發展與創新的應用，使得LED進程更加快了。LED的未來將是美好的。在不久的將來，基于3D打印技術，LED的封裝技術將會得到大幅度提升。

5 結束語

半導體照明是21世紀最引人矚目的新技術領域之一，功率型LED作為一種高效節能環保的綠色固體光源，將在本世紀得到迅速發展和廣泛的應用。LED封裝技術的關鍵在于低熱阻和穩定性好的封裝材料及新穎的結構。在這些前提之下，未來LED照明產品將將會更加智能、美觀且實用。

參考文獻

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