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1、尽管全世界已越来越重视节能省电的问题，而 LED 照明又被视为是下个十年最受关注的 应用，但短期内 LED 要走入普通照明仍有许多门坎要克服，主要原因在于发光效率太低、 成本太高等两大限制。然而此两大限制却皆与高功率 LED 封装技术的发展息息相关，若 能借助 LED 封装技术将其发光效率提升至 150lm/W ，以及大幅降低其成本，预计 20122013 年 LED 照明市场将大有可为。 日本 Intellectual Property Bank（以下简称 IPB）基于自行设定的指标“申请人得分排名” ， 对从事 LED 照明业务厂商的技术竞争力进行了排名。排名结果显示，在 LED 照明领域
2、技 术竞争力居首位的厂商为日亚化学工业。IPB 表示， “申请人得分”是指从所申请专利的 质与量评价申请人的专利水平，排名对象包括向日本专利厅提出 LED 照明相关技术专利 申请的企业、大学、研究机构以及个人。评分项目中可知，欲发展 LED 照明事业， “LED 封装”为不可或缺的技术发展项目之一。究竟 LED 封装必须注意哪些细节呢？其封装技 术又有何发展趋势呢？本文将针对这些疑问作一详细解说。剖析 LED 封装所需的每一道 制程可知，高功率 LED 封装技术可细分成：1.支架的设计（包括取光与散热） ；2.芯片的 选择与排列方式；3.固晶方式；4. 金线线型与粗细；5.荧光粉种类与涂布结构
3、；6.Silicone Lens 的曲率与折射率。此六项制程皆对 LED 的散热性能（热阻值） 、光通量（流明） 、发 光效率、相对色温(CCT)、演色性(CRI)、光色的均匀性、寿命等特性深具影响，因此每一 环节皆不可轻忽。下列将针对其中四项作一详细解析，并逐一说明其对 LED 特性影响的 关系。 荧光粉涂布结构 为了追求高颜色均匀性与高输出流明等特性，传统的荧光粉涂布方式(Uniform Distribution) 已无法达成此要求，因此许多厂商陆续发展出新的荧光粉涂布技术，如敷型涂布 (Conformal Distribution)与 Remote Phosphor 等两种方式（如图 1
4、） ；敷型涂布方式较着重于 改善白光 LED 颜色的均匀性，而 Remote Phosphor 涂布方式则着重于增进白光 LED 的光 输出。此三种荧光粉涂布方式各自拥有其拥护者，例如 Nichia 的 NS6W083A 产品其荧光 粉涂布方式为传统荧光粉涂布方式；而 Lumileds 则利用电泳被覆技术将荧光粉被覆在芯片 上（如图 2） ，以形成均匀厚度的敷型涂布的结构，因此可获得非常均匀的白光，该技术也 成功广泛地应用于 Luxeon I 与 K2 产品中，并已申请专利保护，其专利号码为 US 6576488 B2 ，然而电泳被覆制程的制造成本昂贵，不利于降低 LED 的售价， 因 Lum
5、ileds 公司于 2008 年提出新的敷型涂布之方法，名为 Lumiramic Phosphor Plate，直接 将它贴附在芯片上即可使蓝光转换成白光，此方法具有高度的色彩控制能力，可有效地降 低 Binning 的数目。图 1、三种荧光粉涂布结构示意图(a) Uniform Distribution；(b) Conformal Distribution；(c) Remote Phosphor图 2、电泳被覆技术产生一荧光粉 Conformal Coating 的示意图 硅胶透镜(Silicone Lens)的曲率与折射率 由于高功率 LED 的操作功率不断地增加，使 LED 整体组件的温
6、度也会随之升高，在此种 工作环境下，传统的环氧树脂封装材料因无法承受此一高温而会产生材料劣化（黄化） ，并 引发 LED 的亮度衰减。为避免此现象产生，必须设法寻找适合于高功率 LED 的封装胶材。 Silicone 因具有高折射率、高耐温性、绝缘性、化学稳定性、高透光性（波长范围介于 300700nm 间）与高可靠度等特性，因此成为高功率 LED 封装材料的最佳选择对象。 目前生产硅胶最主要的厂商有 Shin-Etsu 、Dow Corning 、NuSil 与 Momentive（原 GE Toshiba）等，其高功率 LED 封装材的产品特性整理于表 1，供读者参考。从表中可知， 其 S
7、ilicone 的折射率皆介于 1.41.41 之间，由此可推断 Silicone 的官能基应为二甲基 (Dimethyl)，且其硬度应落于 Shore A 范围。根据此硬度值，可将这些硅胶封装材归类于软 性材质并被称为 Rubber 或 Elastomer；若欲选用高硬度硅胶封装材时，则硅胶材质的官能 基需做调整。另外，这些硅胶封装材的固化条件大致上皆需要在 150 烤箱内烘烤超过 1 小时才能达到硬化，并获得标示上的硬度。表 1、市面上常见的 Silicone 封装材产品及其特性一览表1.硅胶透镜的曲率 从市售的商品中不难发现，高功率 LED 有些含有透镜结构，而有些则无。由于无透镜结 构
8、设计的成本较低廉，因此较常被选用，然而其光通量并非最优越者，因此，往往需增加 一透镜结构来提升 LED 的光通量，如图 3 所示。当透镜的高度(h)等于透镜的半径时，其 LED 的出光率会高于平板式 LED ，但当透镜的高度等于透镜半径的一半时， LED 的出 光率反而会低于平板式 LED ，根据这些结果可知，出光率与透镜结构有关，而透镜的曲 率也会影响全反射的多寡，当光从高折射率介质进入低折射率介质时，即会发生全反射。 LED 若具有透镜结构则可减少全反射之产生，因而可增加其出光率。图 3、出光率与透镜结构的关系图 2.Silicone Lens 的折射率（略） 3.硅胶透镜的制造技术（略） 结 论 若欲将高功率 LED 封装技术发挥至淋漓尽致，则须着重 LED 封装技术的每一环节，包括 支架的设计、芯片的选择与排列方式、固晶方式、金线线型与粗细、荧光粉种类与涂布结 构、Silicone Lens 的曲率与折射率等，唯有如此才能制作出一极致的 LED 封装。从专利 申请件数中也可发现，国内厂商对于 LED 封装技术的着墨甚少，只有少部份专利集中于 支架设计上，至于其它技术则揭露甚少，此将不利于与竞争对手相互竞争，有鉴于此，本 文藉此抛砖引玉，期盼国内厂商能对于揭露专利多下点功夫，并望于未来照明市场中能占 有一席之地。 (本文自：http:/
