LED封裝技術的發展現狀與未來展望

胡超杰

摘 要：LED憑借其高效率、高穩定性、低能耗等優點得到越來越廣泛的應用，封裝是LED產品生產過程中最為重要的一個環節，本文從LED的封裝結構和封裝材料等方面綜述LED封裝技術的發展現狀，并對LED封裝技術的未來發展進行展望。

關鍵詞：LED；封裝技術；現狀；展望

發光二極管（LED）是一種能將電能轉化為光能的半導體電子元件[1]，本質是一個PN結，在通以正向電流時可以發光。如今，我國政府大力倡導可持續發展和綠色發展，LED憑借其節能、環保、高效、耐用等優點逐步取代傳統光源，LED大規模應用于普通照明是一個必然的趨勢[2]。作為LED產業鏈中承上啟下的LED封裝，在整個產業鏈中起著關鍵的作用[3]。封裝最重要的目的是在成本有限的前提下使芯片發出的光盡可能多的出射出來，與此同時減少芯片發熱，提高能源利用效率。在對LED進行封裝時，封裝方式和封裝材料是決定封裝效果的重要條件。縱觀LED封裝技術的發展歷程，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，要對封裝結構、封裝材料等方面進行改進和完善。

1 LED封裝的發展現狀

1.1 LED的封裝結構

LED產品的封裝形式隨著LED芯片技術的發展而快速發展，封裝結構從引腳式（Lamp）封裝到貼片式（SMD）封裝，再到基板表面組裝（CoB）封裝和遠程熒光（RP）封裝技術[5]。

引腳式（Lamp）封裝是發展最早也最為成熟的封裝結構，其采用金屬絲作為引腳式封裝產品的引腳。與引腳式封裝相比，貼片式封裝大大減小了LED產品的封裝體積和重量，并且允許通過較大的電流，是LED行業發展的趨勢，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，然后進行芯片的鈍化和保護[6]，是從多芯片封裝技術發展過來的。其優點主要有：光線柔和、線路設計簡單、高成本效益、節省系統空間等[7]。遠程熒光（RP）封裝技術是一種新型的封裝形式，其能產生均勻地白色光。RP封裝具有壽命較長、發光效率高、光色空間分布均勻等優點，是當今LED封裝技術的研究熱點之一，有著廣闊的發展和應用前景。

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。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芯片的封裝結構隨著LED性能的發展而快速發展，目前LED芯片有正裝結構、倒裝結構、垂直結構、三維垂直結構四種比較典型的封裝結構[8]。正裝結構是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，而采用倒裝結構的芯片很好的解決了這個問題，芯片產生的熱量很容易散去。垂直結構的芯片散熱效果很好，但生產難度較大，生產工藝還需進一步發展。

LED的光品質與熒光粉有著密切的關系，隨著LED產品種類的豐富，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熱性。導熱黏膠劑、導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產品的應用日益廣泛，LED的封裝技術日趨成熟，未來將會有新的封裝技術被提出，其中封裝材料和封裝工藝是LED封裝技術研究中的熱點領域。

新型封裝材料的研制對LED封裝技術的快速發展奠定了堅實基礎，中國科學院半導體研究所利用石墨烯作為導熱層研制了具有倒裝結構的LED[9]，其產生的熱量可以通過石墨烯層傳到襯底，進而傳送到外界環境中，具有較好的散熱效果。

三維打印技術是一個新興領域，在機械加工、醫學工程、家庭消費等領域得到初步應用并具有廣闊的應用前景[10]。同樣可以把三維打印技術應用在LED封裝中，形成三維LED封裝技術，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作深入的研究，因為存在著封裝材料制備困難，產品生產效率較低等一系列問題，需要以后的研究對其進行改進和完善。

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

3 總結

為滿足生產和生活需要，LED產品的性能越來越高，就是對LED封裝技術的要求越來越高。封裝技術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、熱三因素之間的關系，同時新的封裝材料是LED產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合下，生產出高品質的LED產品，促進我國LED行業持續健康發展[12]。

參考文獻

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