大功率白光LED封装技术

编辑：chris 2012-10-11 13:41:56 浏览：1269 来源：

　　随着照明技术的发展，大功率白光LED将是未来照明的核心。白光LED作为新型光源，与传统光源相比具有寿命长、体积小、节能、高效、响应速度快、抗震、无污染等优点，被认为是可以进入普通照明领域的“绿色照明光源”，尤其是大功率白光LED的诞生被业界称为“照明领域的第四次革命”，LED大规模应用于普通照明是一个必然的趋势。

LED的产业链总体分为上、中、下游，分别是LED外延片、LED封装、LED产品应用。其中关于LED封装，特别是大功率LED封装不能再按照传统的设计理念与生产模式（传统的大功率LED封装技术存在着一些不足，如散热问题、光取出方式等等）。大功率LED封装不仅结构和工艺复杂，而且对封装材料有一定的要求，因此，当前需要对传统的封装工艺进行研究。现在我们所面临的挑战是寻找导热性能优良的封装材料；优化封装结构;改进封装工艺。

随着照明技术的发展，为了满足普通照明的要求，大功率芯片随之诞生，这就对LED封装的热学、电学、机械提出了更高要求，传统的小功率LED封装结构和工艺难以满足要求。

一、大功率LED封装的关键技术

　　相对于普通白光LED，大功率LED芯片具有较大的热流率会产生大量的热量。研究发现，LED器件的光通量与芯片的取光方式和出光效率的封装设计有关，因此LED封装方式将会向以下的几个方向发展。

1、低热阻封装工艺

　　传统的照明对散热问题要求不高，白炽灯、荧光灯可以通过辐射的方式进行散热。白光LED以热传导为主进行散热，LED是由固体半导体芯片作为发光材料，采用电致发光，所以其热量仅有极少部分通过辐射散发出。对现有的LED器件而言，输入电能的80%左右转变成热能，所以芯片散热管理对LED封装意义重大。芯片散热管理主要包括芯片的位置、封装材料（散热基板、热界面材料）、封装结构（如热学界面）还有热沉设计等。

LED封装两大主要热阻内部热阻和界面热阻，热阻的封装材料散热基板。芯片所产生的热量被散热基板所吸收，并传到热沉上，通过热沉实现与外界进行热交换。常见的LED散热基板的类型有：

（1）高散热金属基板：拥有高热导性、高耐热性、电磁屏蔽等优点。不过，金属基板其缺点是金属热膨胀系数很大。

（2）陶瓷基板散热性更好，且耐高温，耐潮湿等优点，但是由于价格是普通基板的数倍，所以至今还没能成为散热型基板的理想材料。

（3）高热传导可绕基板与传统的可绕基板相同，唯独在绝缘层方面，采用软质环氧树脂充填高热传导性无机物，具有柔软可绕，高可靠性的优点。以上基板的热导率如表1所示：

2、倒装芯片封装技术

传统的LED采用正装结构，上面通常涂敷一层环氧树脂，下面采用蓝宝石为衬底。在传统的正装LED芯片封装方式中，由于P型GaN掺杂非常困难，现在大多数采用的方法是在P型GaN上制备金属透明电极（见图1），使电流稳定扩散，达到均匀发光的目的。这种正装结构的PN结是通过蓝宝石衬底来进行散热，由于环氧树脂导热能力很差，蓝宝石又是热的不良导体，热阻大，导致热量传导不出去，从而影响各个器件的正常工作。

　　为了克服传统正装LED芯片的缺陷，采用了先进的倒装芯片（flipchip）技术，是在芯片的P极和N极下方用金线焊线机制作两个金丝球焊点（如图2），作为电极的引出机构，用金线来连接芯片外侧和Si底板。这就克服正装芯片出光效率和电流问题的弊端。从芯片PN极上的热量通过金丝球焊点传到Si热沉，Si是散热的良导体，其散热效果远好于靠蓝宝石来散热。利用倒装芯片封装技术不但提高了LED的寿命，而且使LED整体散热性能有了一次飞跃。