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1、LED 封装技术的现状与发展摘 要：LED 作为一种新型节能光源，已经成为人们生活中必不可少的一部分。虽然 LED 技术在不断发展，在制造 LED 的过程中还需要克服一些难题。文章主要讨论了LED 封装技术的几个方面（包括封装材料和封装结构等）以及封装技术的发展现状和趋势。 关键词：大功率 LED；封装技术；材料；结构 1 概述 LED，也就是我们所说的发光二极管，是一种新型的固态冷光源。相比于传统的照明灯具，它具有很多的优点，比如节省能源、发光效率高、绿色环保、体积小等。现代社会都在推行绿色照明，这使得 LED 的照明产业迅速发展壮大。换句话说，LED 成为第四代光源指日可待。LED?用市场
2、的需求也日益加大。 白光 LED 作为新型光源，有上面所说的优点，当然还存在不足之处。LED 在其发展的过程中也存在一系列技术难题。其中一个就是散热。要解决 LED 的散热问题，LED 的封装技术变得尤为重要。 2 封装材料 封装技术对 LED 性能起着至关重要的作用。在 LED 封装制作过程中，LED 器件可靠性优劣的关键是其封装材料性能的好坏。正确的选择封装材料，可以很好地去改善 LED的散热性能，使得 LED 的寿命得以延长。而封装材料主要包括芯片、荧光粉等方面。 2.1 芯片 正装结构、倒装结构、垂直结构是比较常见的 LED 芯片结构。LED 芯片也可以根据功率、颜色、形状等进行分类。
3、2.1.1 正装结构 在正装结构中，芯片直接焊接在衬底上，LED 的热量主要产生于很薄的芯片中，封装后的器件的热量通过衬底将热量传导到散热底座，然后再传到外界环境中。小部分的p-GaN 层和“发光”层被刻蚀，从而与下面的 n-GaN 层形成电接触。光从上面的 p-GaN 层取出。由于 p-GaN 层电导率有限，必须在 p-GaN 层表面再沉淀一层由 Ni 和 Au 组成的电流扩散的金属层，吸收部分光，降低芯片的出光效率。 正装结构一般用于小功率的 LED，因为其散热性能存在一定的问题。 2.1.2 倒装结构 正装芯片中会因电极挤占发光面积而影响发光效率的问题，所以芯片研发人员进过一系列的实验后
4、，设计了倒装结构。也就是把正装芯片倒置，使发光层发出的光从电极的另外一侧发出，这样就很好的解决了正装的问题。 倒装芯片除了上述的优点外，还有其他方面的优点。比如，没有通过蓝宝石进行散热，可通大电流使用；芯片的尺寸可以做得更小；散热功能的提升会使得芯片的寿命得到提升。 2.1.3 垂直结构 垂直结构的 LED 芯片的两个电极分别在 LED 外延层的两侧，正是由于这个设计，使得正装结构的电流拥挤现象和热阻较高问题得以很好的解决。同时，垂直结构还可以达到很高的电流密度和均匀度，这对于 LED 芯片来说，非常关键。 正是由于垂直结构有以上的特性，使得垂直结构在 LED市场上也占据着重要的地位，并应用于
5、大功率 LED 领域。 2.2 荧光粉 LED 荧光粉是制造白色 LED 的必须材料。我们需要知道的是，白色 LED 芯片是不存在的。我们见到的白色 LED 一般是蓝光芯片激发黄色荧光粉发出白色光的。换句话说，蓝色涂料和黄色涂料混在一起变成了白色。不同波长的 LED蓝光芯片需要配合不同波长的黄色荧光粉能够最大化的发出白光。因此，LED 荧光粉是制造白色 LED 必须品，而且市面上白色 LED 大多数都是蓝光芯片激发黄色荧光粉的原理。市场上有项专利设计了一种大功率白光 LED，其中包括基座、载台以及固定在载台上的 LED 芯片。将载台和 LED芯片包裹的透镜设在基座上，而制作该透镜的材料是荧光粉
6、和硅胶树脂混合而成的，为了使 LED 不直接接触荧光粉，也避免了荧光粉温度升高带来的一系列问题。 为了满足人们对 LED 光品质的要求，除了所说的这些，不同颜色以及不同体系的 LED 用荧光粉也正在被开发，且慢慢走向市场。 3 封装结构 随着科学技术的发展以及人们的需求，LED 芯片技术也得到快速发展，LED 产品的封装形式从之前单一的单芯片封装，发展到了现在的多芯片封装；而且封装机构也变成了贴片式封装和基板表面组装封装，取代了之前的引脚式封装。 3.1 引脚式封装 引脚式封装是比较早期采用的技术，其采用引线架作各种封装外型的引脚，常见的是直径为 5mm 的圆柱形封装。引脚式封装是最先研发成功
7、投放市场的封装结构，品种数量多，技术成熟度较高，但其封装内结构与反射层仍要不断改进。引脚式封装的封装环氧一般在紫光照射下容易老化，而老化会导致光衰问题。 3.2 贴片式封装 表面贴片 LED 是一种新型的表面贴装式半导体发光器件，具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点，正是这些优点的存在，使其适合自动化贴装生产，并成为比较先进的一种工艺。虽说从 Lamp 封装转 SMD 封装符合整个电子行业发展大趋势，但是在应用中存在散热、发光均匀性和发光效率下降等问题。 3.3 基板表面组装 基板表面组装（COB）封装结构是在多芯片封装技术的基础上发展而来的。COB 封装与其他不同的是，它是将裸
8、露的芯片直接贴装在电路板上，而芯片的钝化与保护通过键合引线与电路板结合。COB 主要有以下优点：光线柔和、线路设计简单、成本效益比较高等。 4 发展趋势 国内外对 LED 封装技术的研究从未间断，许多优良的封装材料和高效的封装工艺被陆续提出。目前 LED 技术正处于飞速发展当中，并主要有以下趋势：高功率的研究水平加快，已远远超过之前的水平；成本也在急剧的下降；科技的发展与创新的应用，使得 LED 进程更加快了。LED 的未来将是美好的。在不久的将来，基于 3D 打印技术，LED的封装技术将会得到大幅度提升。 5 结束语 半导体照明是 21 世纪最引人瞩目的新技术领域之一，功率型 LED 作为一
9、种高效节能环保的绿色固体光源，将在本世纪得到迅速发展和广泛的应用。LED 封装技术的关键在于低热阻和稳定性好的封装材料及新颖的结构。在这些前提之下，未来 LED 照明产品将将会更加智能、美观且实用。参考文献 1王耀明.大功率 LED 散热封装的研究D.杭州：浙江大学，2010，1. 2张寅，施丰华，徐文飞，等.大功率白光 LED 封装技术J.照明工程学报，2012，23（3）：53. 3苏打，王德苗.大功率 LED 散热封装技术研究J.照明工程学报，2007，18（2）：70. 4张泽奎.基于功率型 LED 封装技术的探讨J.电子技术与软件工程，2016（3）：109. 5晏建宇，王双喜，刘高山，等.大功率 LED 散热技术研究进展J.照明工程学报，2013，24（5）：84-85. 6汤坤，卓宁泽，施丰华，等.LED 封装的研究现状及发展趋势 J.照明工程学报，2014，25（1）：27.
