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一、導言
半導體發(fā)光二極管簡稱LED，從上世紀六十年代研宣布來并逐漸走向商場化，其封裝技能也是不斷改進和展開。LED 由早用玻璃管封裝展開至支架式環(huán)氧封裝和外表貼裝式封裝，使得小功率LED 取得廣泛的運用。從上世紀九十年代開端，因為LED 外延、芯片技能上的打破，四元系AlGaInP 和GaN 基的LED相繼問世，完結了LED 全色化，發(fā)光亮度大大進步，并可組合各種色彩和白光。器材輸入功率上有很大進步。當前單芯片1W 大功率LED 已工業(yè)化并推向商場，中國臺灣國聯也已研宣布10W 的單芯片大功率LED。這使得超高亮度LED 的運用面不斷擴大，首要進入特種照明的商場范疇，并向通常照明商場跨進。因為LED 芯片輸入功率的不斷進步，對這些功率型LED 的封裝技能提出了更高的需求。功率型LED 封裝技能首要應滿意以下二點需求：一是封裝布局要有高的取光功率，其二是熱阻要盡能夠低，這樣才干保證功率LED 的光電功能和牢靠性。所以這篇文章將要點對功率型LED 的封裝技能作介紹和論說。
二、功率型LED 封裝技能現狀
因為功率型LED 的運用面十分廣，不一樣運用場合下對功率LED 的需求不一樣。依據功率巨細，當前的功率型LED 分為通常功率LED 和W 級功率LED 二種。輸入功率小于1W 的LED（幾十mW 功率LED在外）為通常功率LED；輸入功率等于或大于1W 的LED 為W 級功率LED。而W 級功率LED 常見的有二種布局辦法，一種是單芯片W 級功率LED，另一種是多芯片組合的W 級功率LED。
1．國外功率型LED 封裝技能：
?。?）通常功率LED
依據報道，早是由HP 公司于1993 年推出“食人魚”封裝布局的LED，稱“Super flux LED”，并于1994年推出改進型的“Snap LED”，其外形如圖1 所示。它們典型的作業(yè)電流，別離為70mA 和150mA，輸入功率別離為0.1W 和0.3W。
Osram 公司推出“Power TOP LED”是選用金屬布局的PLCC 封裝布局，其外形圖如圖2 所示。之后其他一些公司推出多種功率LED 的封裝布局。其間一種PLCC-4 布局封裝辦法，其功率約200~300mW，這些布局的熱阻通常為75~125℃/W?？倸w，這些布局的功率LED 比原支架式封裝的LED 輸入功率進步幾倍，熱阻下降幾倍。
（2）W 級功率LED
W 級功率LED 是將來照明的中心有些，所以世界各大公司投入很大力氣，對W 級功率封裝技能進行研討開發(fā)，并均已將所得的新布局、新技能等請求各種專利。單芯片W 級功率LED 早是由Lumileds 公司于1998 年推出的Luxeon LED，其布局如圖3 所示，依據報道，該封裝布局的特色是選用熱電別離的辦法，將倒裝芯片用硅載體直接焊接在熱沉上，并選用反射杯、光學透鏡和柔性透明膠等新布局和新資料，進步了器材的取光功率并改進了散熱特性?？稍谳^大的電流密度下安穩(wěn)牢靠的作業(yè)，并具有比通常LED 低得多的熱阻，通常為14~17℃/W，現有1W、3W 和5W的商品。該公司近期還報道［1］推出Luxeon III LED 商品，因為對封裝和芯片進行改進，可在更高的驅動電流下作業(yè)，在700mA 電流作業(yè)50000 小時后仍能堅持70%的流明，在1A 電流作業(yè)20000 小時能堅持50%的流明。
Osram 公司于2003 年推出單芯片的“Golden Dragon”系列LED［2］，其布局特色是熱沉與金屬線路板直接觸摸，具有極好的散熱功能，而輸入功率可達1W。中國臺灣UEC 公司（國聯）選用金屬鍵合（Metal Bonding）技能封裝的MB 系列大功率LED［3］其特色是用Si 替代GaAs 襯底，散熱好，并以金屬黏結層作光反射層，進步光輸出?，F有LED 單芯片面積別離為：0.3×0.3mm2、1×1mm2 和2.5×2.5mm2 的芯片，其輸入功率別離有0.3W 、1W 和10W，其間2.5×2.5mm2芯片光通量可達200lm，0.3W 和1W 商品正推向商場。多芯片組合封裝的大功率LED，其布局和封裝辦法較多，這里介紹幾種典型的布局封裝辦法：
?、倜绹鳸OE 公司于2001 年推出多芯片組合封裝的Norlux 系列LED［4］，其布局是選用六角形鋁板作為襯底，如圖5 所示，鋁層導熱好，中心發(fā)光區(qū)有些可安裝40 只芯片，封裝可為單色或多色組合，也可依據實踐需求安置芯片數和金線焊接辦法，該封裝的大功率LED 其光通量功率為20lm/W，發(fā)光通量為100lm。
?、贚anina Ceramics 公司于2003 年推出選用公司特有的金屬基板上低溫燒結陶瓷（LTCC-M）技能封裝的大功率LED 陣列［5］，有二種商品：一種為7 元LED 陣列，光通量為840lm，功率為21W。另一種是134 元LED 陣列，光通量為360lm，功率134W。因為LTCC-M 技能是將LED 芯片直接銜接到密封陣列裝備的封裝盒上，因而作業(yè)溫度可達250℃。
?、鬯上鹿居?003 年推出由64 只芯片組合封裝的大功率白光LED［6］，光通量可達120lm，選用散熱功能優(yōu)秀的襯底，把這些芯片封裝在2cm2 的面積中，其驅動電流可達8W，這種封裝中每1W 輸入功率其溫升僅為1.2℃。
④日亞公司于2003 年推出號稱是全世界亮的白光LED，其光通量可達600lm，輸出光束為1000lm時，耗電量為30W，大輸入功率為50W，供給展覽的白光LED 模塊發(fā)光功率達33lm/W。有關多芯片組合的大功率LED，許多公司依據實踐商場需求，不斷開發(fā)許多新布局封裝的新商品，其開發(fā)研制的速度是十分快。
2．國內功率型LED 封裝技能
國內LED 通常商品的后工序封裝才干應該是很強的，封裝商品的種類較完全，據開端估量，全國LED 封裝廠超越200 家，封裝才干超越200 億只/年，封裝的配套才干也是很強的，可是許多封裝廠為私營公司，當前來看規(guī)劃偏小。
國內功率型LED 的封裝，早在上世紀九十年代就開端，一些有實力的后封裝公司，其時就開端開發(fā)并批量出產，如“食人魚”功率型LED。國內的大學、研討所很少對大功率 LED 封裝技能展開研討，信息工業(yè)部第13 研討所對功率型LED 封裝技能展開研討作業(yè)，并取得極好的研討成果，詳細開宣布功率LED 商品。
國內有實力的LED 封裝公司（外商投資在外），如佛山國星、廈門華聯等幾個公司，很早就展開功率型LED的研制作業(yè)，并取得較好的作用。如“食人魚”和PLCC 封裝布局的商品，均可批量出產，并已研宣布單芯片1W 級的大功率LED 封裝的樣品。并且還進行多芯片或多器材組合的大功率LED 研制開發(fā)，并可供給有些樣品供試用。對大功率LED 封裝技能的研討開發(fā)，當前國家沒有正式撐持投入，國內研討單位很少介入，封裝公司投入研制的力度（人力和財力）還很不行，構成國內對封裝技能的開發(fā)力氣薄弱的局勢，其封裝的技能水平與國外比擬還有恰當的間隔。
三、功率型LED 工業(yè)化要害的封裝技能
半導體LED 要作為照明光源，慣例商品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源比擬，間隔甚遠。因而，LED 要在照明范疇展開，要害要將其發(fā)光功率、光通量進步至現有照明光源的等級。功率型LED 所用的外延資料選用MOCVD 的外延成長技能和多量子阱布局盡管其外量子功率還需進一步進步，但取得高發(fā)光通量的大妨礙仍是芯片的取光功率低?，F有的功率型LED 的描繪選用了倒裝焊新布局來進步芯片的取光功率，改進芯片的熱特性，并經過增大芯片面積，加大作業(yè)電流來進步器材的光電變換功率，然后取得較高的發(fā)光通量。除了芯片外，器材的封裝技能也無足輕重。要害的封裝技能技能有：‖
1、散熱技能
傳統的指示燈型LED 封裝布局，通常是用導電或非導電膠將芯片裝在小尺度的反射杯中或載片臺上，由金絲完結器材的表里銜接后用環(huán)氧樹脂封裝而成，其熱阻高達 250~300℃/W，新的功率型芯片若選用傳統式的LED 封裝辦法，將會因為散熱不良而致使芯片結溫敏捷上升和環(huán)氧碳化變黃，然后構成器材的加速光衰直至失效，乃至因為敏捷的熱膨脹所發(fā)生的應力構成開路而失效。因而，關于大作業(yè)電流的功率型LED芯片，低熱阻、散熱杰出及低應力的新的封裝布局是功率型LED 器材的技能要害。選用低電阻率、高導熱功能的資料粘結芯片；在芯片下部加銅或鋁質熱沉，并選用半包封布局，加速散熱；乃至描繪二次散熱裝置，來下降器材的熱阻。在器材的內部，填充透明度高的柔性硅橡膠，在硅橡膠接受的溫度范圍內（通常為-40℃~200℃）,膠體不會因溫度突然改變而致使器材開路,也不會呈現變黃表象。零件資料也應充分思考其導熱、散熱特性，以取得杰出的整體熱特性。
2、二次光學描繪技能
為進步器材的取光功率，描繪外加的反射杯與多重光學透鏡。
3、功率型LED 白光技能
常見的完結白光的技能辦法有如下三種：
1）藍色芯片上涂上YAG 熒光粉，芯片的藍色光激起熒光粉宣布典型值為500nm~560nm 的黃綠光，黃綠光與藍色光組成白光。該辦法制備相對簡略，功率高，具有實用性。缺陷是布膠量一致性較差、熒光粉易沉積致使出光面均勻性差、色彩一致性欠好；色溫偏高；顯色性不行抱負。
2）RGB 三基色多個芯片或多個器材發(fā)光混色成白光；或許用藍+黃綠色雙芯片補色發(fā)生白光。只需散熱得法，該辦法發(fā)生的白光較前一種辦法安穩(wěn)，但驅動較雜亂，別的還要思考不一樣色彩芯片的不一樣光衰速度。
3）在紫外光芯片上涂RGB 熒光粉，運用紫光激起熒光粉發(fā)生三基色光混色構成白光。但當前的紫外光芯片和RGB 熒光粉功率較低，環(huán)氧樹脂在紫外光照射下易分化老化。我司當前已選用辦法1）和2）進行白光LED 商品的批量出產，并已進行了W 級功率LED 的樣品試制。積累了必定的經歷和領會，咱們以為照明用W 級功率LED 商品要完結工業(yè)化還必須處理如下技能疑問：
①粉涂布量操控：LED 芯片+熒光粉技能選用的涂膠辦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，因為載體膠的粘度是動態(tài)參數、熒光粉比重大于載體膠而發(fā)生沉積以及分配器
精度等要素的影響，此技能熒光粉的涂布量均勻性的操控有難度，致使了白光色彩的不均勻。
②芯片光電參數合作：半導體技能的特色，決議同種資料同一晶圓芯片之間都能夠存在光學參數（如波長、光強）和電學（如正向電壓）參數區(qū)別。RGB 三基色芯片更是這樣，關于白光色度參數影響很大。這是工業(yè)化必需求處理的要害技能之一。
?、垡罁\用需求發(fā)生的光色度參數操控：不一樣用處的商品，對白光LED 的色坐標、色溫、顯色性、光功率（或光強）和光的空間散布等需求就不一樣。上述參數的操控觸及商品布局、技能辦法、資料等多方面要素的合作。在工業(yè)化出產中，對上述要素進行操控，得到契合運用需求、一致性好的商品十分重要。
4、測驗技能與規(guī)范
跟著W 級功率芯片制作技能和白光LED 技能技能的展開，LED 商品正逐漸進入（特種）照明商場，顯現或指示用的傳統LED 商品參數檢測規(guī)范及測驗辦法已不能滿意照明運用的需求。國表里的半導體設備儀器出產公司也紛繁推出各自的測驗儀器，不一樣的儀器運用的測驗原理、條件、規(guī)范存在必定的區(qū)別，增加了測驗運用、商品功能比擬作業(yè)的難度和疑問雜亂化。
中國光學光電子行業(yè)協會光電子器材分會行業(yè)協會依據LED 商品展開的需求，于2003 年發(fā)布了“發(fā)光二極管測驗辦法（試行）”，該測驗辦法增加了LED 色度參數的規(guī)則。但LED 要往照明業(yè)拓寬，樹立LED照明商品規(guī)范是工業(yè)規(guī)范化的重要手法。
5、挑選技能與牢靠性保證
因為燈具外觀的約束，照明用LED 的安裝空間密封且遭到限制，密封且有限的空間不利于LED 散熱，這意味著照明LED 的運用環(huán)境要劣于傳統顯現、指示用LED 商品。別的，照明LED 處于大電流驅動下作業(yè)，這就對其提出更高的牢靠性需求。在工業(yè)化出產中，關于不一樣的商品用處，擬定恰當的熱老化、溫度循環(huán)沖擊、負載老化技能挑選實驗，除掉早期失效品，保證商品的牢靠性很有必要。
6、靜電防護技能
藍寶石襯底的藍色芯片其正負電極均坐落芯片上面，距離很小；關于InGaN/AlGaN/GaN 雙異質結，InGaN 活化簿層僅幾十nm，對靜電的接受才干很小，很容易被靜電擊穿，使器材失效。因而，在工業(yè)化出產中，靜電的防備是不是妥當，直接影響到商品的成品率、牢靠性和經濟效益。靜電的防備技能有如下幾種：
?、俪霎a、運用場所從人體、臺、地、空間及商品傳輸、堆積等施行防備，手法有防靜電服裝、手套、手環(huán)、鞋、墊、盒、離子電扇、檢測儀器等。
?、谛酒厦枥L靜電維護線路。
③LED 上安裝維護器材。
廈門華聯電子有限公司長時間從事半導體LED 及其它光電子器材的研制、出產。當前在功率LED 方面，
已具有食人魚、PLCC 功率型LED 商品的量產才干。當前已有三基色芯片的PLCC 功率型LED 用于室外裝修運用商品出口歐美商場。在多芯片混色白光技能運用方面，已有彩色顯現模塊出口。W 級功率型LED現已研宣布R、Y、G、B、W 色，兩種外形樣品。IF=350mA 下的光效別離約為14lm/W、11lm/W、12lm/W、4lm/W 和11.5lm/W，當前可供給樣品試用。
四、結束語
中國LED 封裝商品首要是通常小功率LED，一起還具有必定的功率型LED 封裝技能和水品。但因為多種緣由，中國大功率LED 封裝技能水平整體來說與世界水平還有恰當的間隔。為了加速展開LED 封裝技能水平，咱們主張：
1．國家要要點撐持LED 前工序外延、芯片有實力的要點研討單位（大學）和公司，會集優(yōu)勢，要點打破前工序的要害技能難點，趕快開發(fā)并出產有自主產權的1W、3W、5W 和10W 等大功率LED 芯片，只要這樣，才干保證中國大功率LED 的順利展開。
2．國家要要點拔擢幾家有實力的大功率LED 封裝公司，研制有自主產權的LED 封裝商品，并要到達規(guī)劃化的出產程度，參加世界商場競爭。
3．要注重熒光粉、封裝環(huán)氧等根底資料的研討開發(fā)及工業(yè)化作業(yè)。
4．依據商場需求，開發(fā)習慣商場的各種功率型LED 商品，首要瞄準特種照明運用的商場，并逐漸向通常照明燈源商場跨進。
