大功率型LED封装技术

三、功率型LED 产业化关键的封装技术

        半导体LED 要作为照明光源，常规产品的光通量与白炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。因此，LED 要在照明领域发展，关键要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级。功率型LED 所用的外延材料采用MOCVD 的外延生长技术和多量子阱结构虽然其外量子效率还需进一步提高，但获得高发光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率低。现有的功率型LED 的设计采用了倒装焊新结构来提高芯片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大芯片面积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获得较高的发光通量。除了芯片外，器件的封装技术也举足轻重。关键的封装技术工艺有：

1、散热技术

         传统的指示灯型LED 封装结构，一般是用导电或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯中或载片台上，由金丝完成器件的内外连接后用环氧树脂封装而成，其热阻高达250~300℃/W，新的功率型芯片若采用传统式的LED 封装形式，将会因为散热不良而导致芯片结温迅速上升和环氧碳化变黄，从而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。因此，对于大工作电流的功率型LED芯片，低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是功率型LED 器件的技术关键。采用低电阻率、高导热性能的材料粘结芯片；在芯片下部加铜或铝质热沉，并采用半包封结构，加速散热；甚至设计二次散热装置，来降低器件的热阻。在器件的内部，填充透明度高的柔性硅橡胶，在硅橡胶承受的温度范围内（一般为-40℃~200℃）,胶体不会因温度骤然变化而导致器件开路,也不会出现变黄现象。零件材料也应充分考虑其导热、散热特性，以获得良好的整体热特性。

2、二次光学设计技术

       为提高器件的取光效率，设计外加的反射杯与多重光学透镜。

3、功率型LED 白光技术

常见的实现白光的工艺方法有如下三种：

1）蓝色芯片上涂上YAG 荧光粉，芯片的蓝色光激发荧光粉发出典型值为500nm~560nm 的黄绿光，黄绿光与蓝色光合成白光。该方法制备相对简单，效率高，具有实用性。缺点是布胶量一致性较差、荧光粉易沉淀导致出光面均匀性差、色调一致性不好；色温偏高；显色性不够理想。

2）RGB 三基色多个芯片或多个器件发光混色成白光；或者用蓝+黄绿色双芯片补色产生白光。只要散热得法，该方法产生的白光较前一种方法稳定，但驱动较复杂，另外还要考虑不同颜色芯片的不同光衰速度。

3）在紫外光芯片上涂RGB 荧光粉，利用紫光激发荧光粉产生三基色光混色形成白光。但目前的紫外光芯片和RGB 荧光粉效率较低，环氧树脂在紫外光照射下易分解老化。我司目前已采用方法1）和2）进行白光LED 产品的批量生产，并已进行了W 级功率LED 的样品试制。积累了一定的经验和体会，我们认为照明用W 级功率LED 产品要实现产业化还必须解决如下技术问题：

①粉涂布量控制：LED 芯片+荧光粉工艺采用的涂胶方法通常是将荧光粉与胶混合后用分配器将其涂到芯片上。在操作过程中，由于载体胶的粘度是动态参数、荧光粉比重大于载体胶而产生沉淀以及分配器精度等因素的影响，此工艺荧光粉的涂布量均匀性的控制有难度，导致了白光颜色的不均匀。

②芯片光电参数配合：半导体工艺的特点，决定同种材料同一晶圆芯片之间都可能存在光学参数（如波长、光强）和电学（如正向电压）参数差异。RGB 三基色芯片更是这样，对于白光色度参数影响很大。这是产业化必须要解决的关键技术之一。

③根据应用要求产生的光色度参数控制：不同用途的产品，对白光LED 的色坐标、色温、显色性、光功率（或光强）和光的空间分布等要求就不同。上述参数的控制涉及产品结构、工艺方法、材料等多方面因素的配合。在产业化生产中，对上述因素进行控制，得到符合应用要求、一致性好的产品十分重要。

4、测试技术与标准

        随着W 级功率芯片制造技术和白光LED 工艺技术的发展，LED 产品正逐步进入（特种）照明市场，显示或指示用的传统LED 产品参数检测标准及测试方法已不能满足照明应用的需要。国内外的半导体设备仪器生产企业也纷纷推出各自的测试仪器，不同的仪器使用的测试原理、条件、标准存在一定的差异，增加了测试应用、产品性能比较工作的难度和问题复杂化。