超高亮度LED的應(yīng)用面不斷擴大,，首先進入特種照明的市場領(lǐng)域，并向普通照明市場邁進,。由于LED芯片輸入功率的不斷提高,，對這些功率型LED的封裝技術(shù)提出了更高的要求。功率型LED封裝技術(shù)主要應(yīng)滿足以下兩點要求：一是封裝結(jié)構(gòu)要有高的取光效率,，其二是熱阻要盡可能低,，這樣才能保證功率LED的光電性能和可靠性。 

        半導(dǎo)體LED若要作為照明光源,，常規(guī)產(chǎn)品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源相比,，距離甚遠(yuǎn)。因此,，LED要在照明領(lǐng)域發(fā)展,，關(guān)鍵是要將其發(fā)光效率、光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級,。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu),，雖然其內(nèi)量子效率還需進一步提高，但獲得高發(fā)光通量的最大障礙仍是芯片的取光效率低?，F(xiàn)有的功率型LED的設(shè)計采用了倒裝焊新結(jié)構(gòu)來提高芯片的取光效率,，改善芯片的熱特性，并通過增大芯片面積,，加大工作電流來提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率,，從而獲得較高的發(fā)光通量。除了芯片外,，器件的封裝技術(shù)也舉足輕重,。關(guān)鍵的封裝技術(shù)工藝有：

         散熱技術(shù)

        傳統(tǒng)的指示燈型LED封裝結(jié)構(gòu)，一般是用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯中或載片臺上,，由金絲完成器件的內(nèi)外連接后用環(huán)氧樹脂封裝而成,，其熱阻高達250℃/W～300℃/W，新的功率型芯片若采用傳統(tǒng)式的LED封裝形式,，將會因為散熱不良而導(dǎo)致芯片結(jié)溫迅速上升和環(huán)氧碳化變黃,，從而造成器件的加速光衰直至失效,，甚至因為迅速的熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力造成開路而失效。

        因此,，對于大工作電流的功率型LED芯片,，低熱阻、散熱良好及低應(yīng)力的新的封裝結(jié)構(gòu)是功率型LED器件的技術(shù)關(guān)鍵,?？刹捎玫妥杪省⒏邔?dǎo)熱性能的材料粘結(jié)芯片,；在芯片下部加銅或鋁質(zhì)熱沉,，并采用半包封結(jié)構(gòu)，加速散熱,；甚至設(shè)計二次散熱裝置,，來降低器件的熱阻。在器件的內(nèi)部,，填充透明度高的柔性硅橡膠,，在硅橡膠承受的溫度范圍內(nèi)(一般為-40℃～200℃)，膠體不會因溫度驟然變化而導(dǎo)致器件開路,，也不會出現(xiàn)變黃現(xiàn)象,。零件材料也應(yīng)充分考慮其導(dǎo)熱、散熱特性,，以獲得良好的整體熱特性,。

        二次光學(xué)設(shè)計技術(shù)

        為提高器件的取光效率，設(shè)計外加的反射杯與多重光學(xué)透鏡,。

        功率型LED白光技術(shù)

        常見的實現(xiàn)白光的工藝方法有如下三種：

        (1)藍(lán)色芯片上涂上YAG熒光粉,，芯片的藍(lán)色光激發(fā)熒光粉發(fā)出540nm～560nm的黃綠光，黃綠光與藍(lán)色光合成白光,。該方法制備相對簡單,，效率高，具有實用性,。缺點是布膠量一致性較差,、熒光粉易沉淀導(dǎo)致出光面均勻性差、色調(diào)一致性不好,；色溫偏高,；顯色性不夠理想。

        (2)RGB三基色多個芯片或多個器件發(fā)光混色成白光,，或者用藍(lán)+黃綠色雙芯片補色產(chǎn)生白光,。只要散熱得法，該方法產(chǎn)生的白光較前一種方法穩(wěn)定,，但驅(qū)動較復(fù)雜,，另外還要考慮不同顏色芯片的不同光衰速度,。

       (3)在紫外光芯片上涂RGB熒光粉，利用紫光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生三基色光混色形成白光,。由于目前的紫外光芯片和RGB熒光粉效率較低，仍未達到實用階段,。

        超高亮度LED的應(yīng)用面不斷擴大,，首先進入特種照明的市場領(lǐng)域，并向普通照明市場邁進,。由于LED芯片輸入功率的不斷提高,，對這些功率型LED的封裝技術(shù)提出了更高的要求。功率型LED封裝技術(shù)主要應(yīng)滿足以下兩點要求：一是封裝結(jié)構(gòu)要有高的取光效率,，其二是熱阻要盡可能低,，這樣才能保證功率LED的光電性能和可靠性。 

        半導(dǎo)體LED若要作為照明光源,，常規(guī)產(chǎn)品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源相比,，距離甚遠(yuǎn)。因此,，LED要在照明領(lǐng)域發(fā)展,，關(guān)鍵是要將其發(fā)光效率、光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級,。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu),，雖然其內(nèi)量子效率還需進一步提高，但獲得高發(fā)光通量的最大障礙仍是芯片的取光效率低?，F(xiàn)有的功率型LED的設(shè)計采用了倒裝焊新結(jié)構(gòu)來提高芯片的取光效率,，改善芯片的熱特性，并通過增大芯片面積,，加大工作電流來提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率,，從而獲得較高的發(fā)光通量。除了芯片外,，器件的封裝技術(shù)也舉足輕重,。關(guān)鍵的封裝技術(shù)工藝有：

         散熱技術(shù)

        傳統(tǒng)的指示燈型LED封裝結(jié)構(gòu)，一般是用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯中或載片臺上,，由金絲完成器件的內(nèi)外連接后用環(huán)氧樹脂封裝而成,，其熱阻高達250℃/W～300℃/W，新的功率型芯片若采用傳統(tǒng)式的LED封裝形式,，將會因為散熱不良而導(dǎo)致芯片結(jié)溫迅速上升和環(huán)氧碳化變黃,，從而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因為迅速的熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力造成開路而失效,。

        因此,，對于大工作電流的功率型LED芯片,，低熱阻、散熱良好及低應(yīng)力的新的封裝結(jié)構(gòu)是功率型LED器件的技術(shù)關(guān)鍵,?？刹捎玫妥杪省⒏邔?dǎo)熱性能的材料粘結(jié)芯片,；在芯片下部加銅或鋁質(zhì)熱沉,，并采用半包封結(jié)構(gòu)，加速散熱,；甚至設(shè)計二次散熱裝置,，來降低器件的熱阻。在器件的內(nèi)部,，填充透明度高的柔性硅橡膠,，在硅橡膠承受的溫度范圍內(nèi)(一般為-40℃～200℃)，膠體不會因溫度驟然變化而導(dǎo)致器件開路,，也不會出現(xiàn)變黃現(xiàn)象,。零件材料也應(yīng)充分考慮其導(dǎo)熱、散熱特性,，以獲得良好的整體熱特性,。

        二次光學(xué)設(shè)計技術(shù)

        為提高器件的取光效率，設(shè)計外加的反射杯與多重光學(xué)透鏡,。

        功率型LED白光技術(shù)

        常見的實現(xiàn)白光的工藝方法有如下三種：

        (1)藍(lán)色芯片上涂上YAG熒光粉,，芯片的藍(lán)色光激發(fā)熒光粉發(fā)出540nm～560nm的黃綠光，黃綠光與藍(lán)色光合成白光,。該方法制備相對簡單,，效率高，具有實用性,。缺點是布膠量一致性較差,、熒光粉易沉淀導(dǎo)致出光面均勻性差、色調(diào)一致性不好,；色溫偏高,；顯色性不夠理想。

        (2)RGB三基色多個芯片或多個器件發(fā)光混色成白光,，或者用藍(lán)+黃綠色雙芯片補色產(chǎn)生白光,。只要散熱得法，該方法產(chǎn)生的白光較前一種方法穩(wěn)定,，但驅(qū)動較復(fù)雜,，另外還要考慮不同顏色芯片的不同光衰速度。

       (3)在紫外光芯片上涂RGB熒光粉,，利用紫光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生三基色光混色形成白光,。由于目前的紫外光芯片和RGB熒光粉效率較低,，仍未達到實用階段。

       我們認(rèn)為,，照明用W級功率LED產(chǎn)品要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還必須解決如下技術(shù)問題：

       1.粉涂布量控制：LED芯片+熒光粉工藝采用的涂膠方法,，通常是將熒光粉與膠混合后用分配器將其涂到芯片上。在操作過程中,，由于載體膠的粘度是動態(tài)參數(shù),、熒光粉比重大于載體膠而產(chǎn)生沉淀以及分配器精度等因素的影響，此工藝熒光粉的涂布量均勻性的控制有難度,，導(dǎo)致了白光顏色的不均勻。

       2.片光電參數(shù)配合：半導(dǎo)體工藝的特點,，決定同種材料同一晶圓芯片之間都可能存在光學(xué)參數(shù)(如波長,、光強)和電學(xué)(如正向電壓)參數(shù)差異。RGB三基色芯片更是這樣,，對于白光色度參數(shù)影響很大,。這是產(chǎn)業(yè)化必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

       3.根據(jù)應(yīng)用要求產(chǎn)生的光色度參數(shù)控制：不同用途的產(chǎn)品,，對白光LED的色坐標(biāo),、色溫、顯色性,、光功率(或光強)和光的空間分布等要求不同,。上述參數(shù)的控制涉及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝方法,、材料等多方面因素的配合,。在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，對上述因素進行控制,，得到符合應(yīng)用要求,、一致性好的產(chǎn)品十分重要。

        檢測技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

        隨著W級功率芯片制造技術(shù)和白光LED工藝技術(shù)的發(fā)展,，LED產(chǎn)品正逐步進入(特種)照明市場,，顯示或指示用的傳統(tǒng)LED產(chǎn)品參數(shù)檢測標(biāo)準(zhǔn)及測試方法已不能滿足照明應(yīng)用的需要。國內(nèi)外的半導(dǎo)體設(shè)備儀器生產(chǎn)企業(yè)也紛紛推出各自的測試儀器,，不同的儀器使用的測試原理,、條件、標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異,，增加了測試應(yīng)用,、產(chǎn)品性能比較工作的難度和問題復(fù)雜化。

        我國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會光電子器件分會行業(yè)協(xié)會根據(jù)LED產(chǎn)品發(fā)展的需要,，于2003年發(fā)布了“發(fā)光二極管測試方法(試行)”,，該測試方法增加了對LED色度參數(shù)的規(guī)定,。但LED要往照明業(yè)拓展，建立LED照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)業(yè)規(guī)范化的重要手段,。

        篩選技術(shù)與可靠性保證

        由于燈具外觀的限制,，照明用LED的裝配空間密封且受到局限，密封且有限的空間不利于LED散熱,，這意味著照明LED的使用環(huán)境要劣于傳統(tǒng)顯示,、指示用LED產(chǎn)品。另外,，照明LED是處于大電流驅(qū)動下工作,，這就對其提出更高的可靠性要求。在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中,，針對不同的產(chǎn)品用途,，進行適當(dāng)?shù)臒崂匣囟妊h(huán)沖擊,、負(fù)載老化工藝篩選試驗,，剔除早期失效品，保證產(chǎn)品的可靠性很有必要,。

         電防護技術(shù)

         由于GaN是寬禁帶材料,，電阻率較高，該類芯片在生產(chǎn)過程中因靜電產(chǎn)生的感生電荷不易消失,，累積到相當(dāng)?shù)某潭?，可以產(chǎn)生很高的靜電電壓。當(dāng)超過材料的承受能力時,，會發(fā)生擊穿現(xiàn)象并放電,。藍(lán)寶石襯底的藍(lán)色芯片其正負(fù)電極均位于芯片上面，間距很??；對于InGaN/AlGaN/GaN雙異質(zhì)結(jié)，InGaN活化薄層僅幾十納米,，對靜電的承受能力很小,，極易被靜電擊穿，使器件失效,。

        因此,，在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，靜電的防范是否得當(dāng),，直接影響到產(chǎn)品的成品率,、可靠性和經(jīng)濟效益。靜電的防范技術(shù)有如下幾種：

        1.對生產(chǎn)、使用場所從人體,、臺,、地、空間及產(chǎn)品傳輸,、堆放等方面實施防范,，手段有防靜電服裝、手套,、手環(huán),、鞋、墊,、盒,、離子風(fēng)扇、檢測儀器等,。

        2.芯片上設(shè)計靜電保護線路,。

        3.LED上裝配保護器件。

       相關(guān)鏈接 

       功率型LED封裝技術(shù)現(xiàn)狀

       功率型LED分為功率LED和W級功率LED兩種,。功率LED的輸入功率小于1W(幾十毫瓦功率LED除外)；W級功率LED的輸入功率等于或大于1W,。

         國外功率型LED封裝技術(shù)

         (1)功率LED

          最早有HP公司于20世紀(jì)90年代初推出“食人魚”封裝結(jié)構(gòu)的LED,，并于1994年推出改進型的“Snap LED”，有兩種工作電流,，分別為70mA和150mA,，輸入功率可達0.3W。接著OSRAM公司推出“Power TOP LED”,。之后一些公司推出多種功率LED的封裝結(jié)構(gòu),。這些結(jié)構(gòu)的功率LED比原支架式封裝的LED輸入功率提高幾倍，熱阻降為幾分之一,。

         (2)W級功率LED

          W級功率LED是未來照明的核心部分,，所以世界各大公司投入很大力量，對W級功率LED的封裝技術(shù)進行研究開發(fā),。

        單芯片W級功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的LUXEON LED,，該封裝結(jié)構(gòu)的特點是采用熱電分離的形式，將倒裝芯片用硅載體直接焊接在熱沉上,，并采用反射杯,、光學(xué)透鏡和柔性透明膠等新結(jié)構(gòu)和新材料，現(xiàn)可提供單芯片1W,、3W和5W的大功率LED,。OSRAM公司于2003年推出單芯片的“Golden Dragon”系列LED，其結(jié)構(gòu)特點是熱沉與金屬線路板直接接觸，具有很好的散熱性能,，而輸入功率可達1W,。

         多芯片組合封裝的大功率LED，其結(jié)構(gòu)和封裝形式較多,。美國UOE公司于2001年推出多芯片組合封裝的Norlux系列LED,，其結(jié)構(gòu)是采用六角形鋁板作為襯底。Lanina Ceramics公司于2003年推出了采用公司獨有的金屬基板上低溫?zé)Y(jié)陶瓷(LTCC-M)技術(shù)封裝的大功率LED陣列,。松下公司于2003年推出由64只芯片組合封裝的大功率白光LED,。日亞公司于2003年推出號稱是全世界最亮的白光LED，其光通量可達600lm,，輸出光束為1000lm時,，耗電量為30W，最大輸入功率為50W,，提供展覽的白光LED模塊發(fā)光效率達33lm/W,。

         有關(guān)多芯片組合的大功率LED，許多公司根據(jù)實際市場需求,，不斷開發(fā)出很多新結(jié)構(gòu)封裝的新產(chǎn)品,，其開發(fā)研制的速度非常快,。

        國內(nèi)功率型LED封裝技術(shù)

         國內(nèi)LED封裝產(chǎn)品的品種較齊全,，據(jù)初步估計，全國LED封裝廠超過200家,，封裝能力超過200億只/年,，封裝的配套能力也很強。但是很多封裝廠為私營企業(yè),，規(guī)模偏小,。但我國臺灣UEC公司(國聯(lián))采用金屬鍵合(Metal Bonding)技術(shù)封裝的MB系列大功率LED的特點是，用Si代替GaAs襯底,，散熱好,，并以金屬黏結(jié)層作光反射層，提高光輸出,。

        對于大功率LED封裝技術(shù)的研究開發(fā),，目前國家尚未正式支持投入，國內(nèi)研究單位很少介入,，封裝企業(yè)投入研發(fā)的力度(人力和財力)還很不夠,，形成國內(nèi)對封裝技術(shù)的開發(fā)力量薄弱的局面，封裝的技術(shù)水平與國外相比還有相當(dāng)?shù)牟罹唷?/p>