探討LED封裝結構及其技術

　　6 功率型封裝

　　LED芯片及封裝向大功率方向發展，在大電流下產生比Φ5mmLED大10-20倍的光通量，必須采用有效的散熱與不劣化的封裝材料解決光衰問題，因此，管殼及封裝也是其關鍵技術，能承受數W功率的LED封裝已出現。5W系列白、綠、藍綠、藍的功率型LED從2003年初開始供貨，白光LED光輸出達 1871m，光效44．31m／W綠光衰問題，開發出可承受10W功率的LED，大面積管；匕尺寸為2．5×2．5mm，可在5A電流下工作，光輸出達 2001m，作為固體照明光源有很大發展空間。

　　Luxeon系列功率LED是將A1GalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點的硅載體上，然后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉與管殼中，鍵合引線進行封裝。這種封裝對于取光效率，散熱性能，加大工作電流密度的設計都是最佳的。其主要特點：熱阻低，一般僅為14℃／W，只有常規LED的1／10；可靠性高，封裝內部填充穩定的柔性膠凝體，在-40-120℃范圍，不會因溫度驟變產生的內應力，使金絲與引線框架斷開，并防止環氧樹脂透鏡變黃，引線框架也不會因氧化而玷污；反射杯和透鏡的最佳設計使輻射圖樣可控和光學效率最高。另外，其輸出光功率，外量子效率等性能優異，將LED固體光源發展到一個新水平。

　　Norlux系列功率LED的封裝結構為六角形鋁板作底座（使其不導電）的多芯片組合，底座直徑31．75mm，發光區位于其中心部位，直徑約 （0.375×25．4）mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時作為熱沉。管芯的鍵合引線通過底座上制作的兩個接觸點與正、負極連接，根據所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數目，可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其發射光分別為單色，彩色或合成的白色，最后用高折射率的材料按光學設計形狀進行包封。這種封裝采用常規管芯高密度組合封裝，取光效率高，熱阻低，較好地保護管芯與鍵合引線，在大電流下有較高的光輸出功率，也是一種有發展前景的LED固體光源。

　　在應用中，可將已封裝產品組裝在一個帶有鋁夾層的金屬芯PCB板上，形成功率密度LED，PCB板作為器件電極連接的布線之用，鋁芯夾層則可作熱沉使用，獲得較高的發光通量和光電轉換效率。此外，封裝好的SMD LED體積很小，可靈活地組合起來，構成模塊型、導光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。

　　功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發光效率、發光波長、使用壽命等，因此，對功率型LED芯片的封裝設計、制造技術更顯得尤為重要。

　　7 LED發展及應用前景

　　近幾年，LED的發光效率增長100倍，成本下降10倍，廣泛用于大面積圖文顯示全彩屏，狀態指示、標志照明、信號顯示、液晶顯示器的背光源，汽車組合尾燈及車內照明等等方面，其發展前景吸引全球照明大廠家都先后加入LED光源及市場開發中。極具發展與應用前景的是白光LED，用作固體照明器件的經濟性顯著，且有利環保，正逐步取代傳統的白熾燈，世界年增長率在20％以上，美、日、歐及中國臺灣省均推出了半導體照明計劃。目前，普通白光LED發光效率251m／W，專家預計2005年可能超過3001m／W。功率型LED優異的散熱特性與光學特性更能適應普通照明領域，被學術界和產業界認為是LED進入照明市場的必由之路。為替代熒光燈、白光LED必須具有150-2001m／W的光效，且每Im的價格應明顯低于 0．015／Im（現價約0．25$／Im，紅LED為0．065／Im），要實現這一目標仍有很多技術問題需要研究，但克服解決這些問題并不是十分遙遠的事。按固體發光物理學原理，LED的發光效率能近似100％，因此，LED被譽為21世紀新光源，有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強度氣體放電燈之后的第四代光源。

　　8 結束語

　　國內LED產業中有20余家上、中游研制及生產單位和150余家后道封裝企業，高端封裝產品還未見推向市場。目前，完成GaN基藍綠光LED中游工藝技術產業化研究，力爭在短期內使產品的性能指標達到國外同時期同類產品的水平，力爭在較短時間內達到月產10kk的生產能力，開發白光照明光源用的功率型 LED芯片等新產品。科技部將投入8000萬元資金，啟動國家半導體照明工程，注意終端產品，先從特種產品做起，以汽車、城市景觀照明作為市場突破口，把大功率、高亮度LED放在突出位置，它的成果將要服務于北京奧運會和上海世博會。無庸質疑，產業鏈中的襯底、外延、芯片、封裝、應用需共同發展，多方互動培植，封裝是產業鏈中承上啟下部分，需要關注與重視。