当前LED封装技术主要发展趋势分析

2015-07-23 05:26

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导读：当前LED封装技术主要发展趋势分析，目前大尺寸芯片封装还存在发光的均匀和散热等问题亟待解决。采用常规芯片进行高密度组合封装的功率型LED可以获得较高发光通量，是一种切实可行很有推广前景的功率型LED固体光源。小芯片工艺相对成熟，各种高热导绝缘夹层的铝基板便于芯片集成和散热。

LED封装在整个产业链中起着承上启下的作用，也是我国LED在全球产业分工中具有规模和成本优势的环节之一。自2011-2012年以来，在市场需求的推动下，封装形式已经从最初的直插式（LAMP）、贴片式封装（SMD）向大功率集成封装（HighPowerLED）及COB等新形式过渡。COB封装技术再次受到广泛的关注，国家半导体发光器件（LED）应用产品质量监督检验中心最新检测报告显示：中国已经研制出输入电流为20mA、光效高达177lm/W的COB封装光源。目前，LED封装技术主要是往高发光效率、高可靠性、高散热能力与薄型化发展。

1、采用大面积芯片封装

用1x1 mm2的大尺寸芯片取代现有的0.3 x0.3 mm2的小芯片封装，LED在芯片注入电流密度不能大幅度提高的情况下，是一种主要的技术发展趋势。

2、芯片倒装技术

解决电极挡光和蓝宝石不良散热问题，从蓝宝石衬底面出光。在p电极上做上厚层的银反射器，然后通过电极凸点与基座上的凸点键合。基座用散热良好的Si材料制得，并在上面做好防静电电路。根据美国Lumileds公司的结果，芯片倒装约增加出光效率1.6倍。芯片散热能力也得到大幅改善，采用倒装技术后的大功率发光二极管的热阻可低到12～15℃/W。

3、金属键合技术

这是一种廉价而有效的制作功率LED的方式。主要是采用金属与金属或者金属与硅片的键合技术，采用导热良好的硅片取代原有的GaAs或蓝宝石衬底，金属键合型LED具有较强的热耗散能力。

4、开发大功率紫外光LED

UV LED配上三色荧光粉提供了另一个方向，白光色温稳定性较好，使其在许多高品质需求的应用场合（如节能台灯）中得到应用。这样的技术虽然有种种的优点，但仍有相当的技术难度，这些困难包括配合荧光粉紫外光波长的选择、UV LED制作的难度及抗UV封装材料的开发等等。

5、开发新的荧光粉和涂敷工艺

荧光粉质量和涂敷工艺是确保白光LED质量的关键。荧光粉的技术发展趋势是开发纳米晶体荧光粉、表面包覆荧光粉技术，在涂布工艺方面发展荧光粉均匀的荧光板技术，将荧光粉与封装材料混合技术。

6、开发新的封装材料

开发新的安装在LED芯片的底板上的高导热率的材料，从而使LED芯片的工作电流密度约提高5～10倍。就目前的趋势看来，金属基座材料的选择主要是以高热传导系数的材料为组成，如铝、铜甚至陶瓷材料等，但这些材料与芯片间的热膨胀系数差异甚大，若将其直接接触很可能因为在温度升高时材料间产生的应力而造成可靠性的问题，所以一般都会在材料间加上兼具传导系数及膨胀系数的中间材料作为间隔。

原来的LED有很多光线因折射而无法从LED芯片中照射到外部，而新开发的LED在芯片表面涂了一层折射率处于空气和LED芯片之间的硅类透明树脂，并且通过使透明树脂表面带有一定的角度，从而使得光线能够高效照射出来，此举可将发光效率大约提高到了原产品的2倍。

目前对于传统的环氧树脂其热阻高，抗紫外老化性能差，研发高透过率，耐热，高热导率，耐UV和日光辐射及抗潮的封装树脂也是一个趋势。在焊料方面，要适应环保要求，开发无铅低熔点焊料，而且进一步开发有更高导热系数和对LED芯片应力小的焊料是另一个重要的课题。

7、多芯片型RGB LED

将发出红、蓝、绿三种颜色的芯片，直接封装在一起配成白光的方式，可制成白光发光二极管。其优点是不需经过荧光粉的转换，藉由三色晶粒直接配成白光，除了可避免因为荧光粉转换的损失而得到较佳的发光效率外，更可以藉由分开控制三色发光二极管的光强度，达成全彩的变色效果（可变色温），并可藉由芯片波长及强度的选择得到较佳的演色性。利用多芯片RGB LED封装型式的发光二极管，很有机会成为取代目前使用CCFL的LCD背光模块中背光源的主要光源之一。

8、多芯片集成封装

目前大尺寸芯片封装还存在发光的均匀和散热等问题亟待解决。采用常规芯片进行高密度组合封装的功率型LED可以获得较高发光通量，是一种切实可行很有推广前景的功率型LED固体光源。小芯片工艺相对成熟，各种高热导绝缘夹层的铝基板便于芯片集成和散热。

9、平面模块化封装

平面模块化封装是另一个发展方向，这种封装的好处是由模块组成光源，其形状，大小具有很大的灵活性，非常适合于室内光源设计，芯片之间的级联和通断保护是一个难点。大尺寸芯片集成是获得更大功率LED的可行途径，倒装芯片结构的集成，优点或许更多一些。

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