LED封装技术的现状与发展

王杰田

摘 要：LED作为一种新型节能光源，已经成为人们生活中必不可少的一部分。虽然LED技术在不断发展，在制造LED的过程中还需要克服一些难题。文章主要讨论了LED封装技术的几个方面（包括封装材料和封装结构等）以及封装技术的发展现状和趋势。

关键词：大功率LED；封装技术；材料；结构

1 概述

LED，也就是我们所说的发光二极管，是一种新型的固态冷光源。相比于传统的照明灯具，它具有很多的优点，比如节省能源、发光效率高、绿色环保、体积小等。现代社会都在推行绿色照明，这使得LED的照明产业迅速发展壮大。换句话说，LED成为第四代光源指日可待。LED應用市场的需求也日益加大。

白光LED作为新型光源，有上面所说的优点，当然还存在不足之处。LED在其发展的过程中也存在一系列技术难题。其中一个就是散热。要解决LED的散热问题，LED的封装技术变得尤为重要。

2 封装材料

封装技术对LED性能起着至关重要的作用。在LED封装制作过程中，LED器件可靠性优劣的关键是其封装材料性能的好坏。正确的选择封装材料，可以很好地去改善LED的散热性能，使得LED的寿命得以延长。而封装材料主要包括芯片、荧光粉等方面。

2.1 芯片

正装结构、倒装结构、垂直结构是比较常见的LED芯片结构。LED芯片也可以根据功率、颜色、形状等进行分类。

2.1.1 正装结构

在正装结构中，芯片直接焊接在衬底上，LED的热量主要产生于很薄的芯片中，封装后的器件的热量通过衬底将热量传导到散热底座，然后再传到外界环境中。小部分的p-GaN层和“发光”层被刻蚀，从而与下面的n-GaN层形成电接触。光从上面的p-GaN层取出。由于p-GaN层电导率有限，必须在p-GaN层表面再沉淀一层由Ni和Au组成的电流扩散的金属层，吸收部分光，降低芯片的出光效率。

正装结构一般用于小功率的LED，因为其散热性能存在一定的问题。

2.1.2 倒装结构

正装芯片中会因电极挤占发光面积而影响发光效率的问题，所以芯片研发人员进过一系列的实验后，设计了倒装结构。也就是把正装芯片倒置，使发光层发出的光从电极的另外一侧发出，这样就很好的解决了正装的问题。

倒装芯片除了上述的优点外，还有其他方面的优点。比如，没有通过蓝宝石进行散热，可通大电流使用；芯片的尺寸可以做得更小；散热功能的提升会使得芯片的寿命得到提升。

2.1.3 垂直结构

垂直结构的LED芯片的两个电极分别在LED外延层的两侧，正是由于这个设计，使得正装结构的电流拥挤现象和热阻较高问题得以很好的解决。同时，垂直结构还可以达到很高的电流密度和均匀度，这对于LED芯片来说，非常关键。

正是由于垂直结构有以上的特性，使得垂直结构在LED市场上也占据着重要的地位，并应用于大功率LED领域。

2.2 荧光粉

LED荧光粉是制造白色LED的必须材料。我们需要知道的是，白色LED芯片是不存在的。我们见到的白色LED一般是蓝光芯片激发黄色荧光粉发出白色光的。换句话说，蓝色涂料和黄色涂料混在一起变成了白色。不同波长的LED蓝光芯片需要配合不同波长的黄色荧光粉能够最大化的发出白光。因此，LED荧光粉是制造白色LED必须品，而且市面上白色LED大多数都是蓝光芯片激发黄色荧光粉的原理。

市场上有项专利设计了一种大功率白光LED，其中包括基座、载台以及固定在载台上的LED芯片。将载台和LED芯片包裹的透镜设在基座上，而制作该透镜的材料是荧光粉和硅胶树脂混合而成的，为了使LED不直接接触荧光粉，也避免了荧光粉温度升高带来的一系列问题。

为了满足人们对LED光品质的要求，除了所说的这些，不同颜色以及不同体系的LED用荧光粉也正在被开发，且慢慢走向市场。

3 封装结构

随着科学技术的发展以及人们的需求，LED芯片技术也得到快速发展，LED产品的封装形式从之前单一的单芯片封装，发展到了现在的多芯片封装；而且封装机构也变成了贴片式封装和基板表面组装封装，取代了之前的引脚式封装。

3.1 引脚式封装

引脚式封装是比较早期采用的技术，其采用引线架作各种封装外型的引脚，常见的是直径为5mm的圆柱形封装。引脚式封装是最先研发成功投放市场的封装结构，品种数量多，技术成熟度较高，但其封装内结构与反射层仍要不断改进。引脚式封装的封装环氧一般在紫光照射下容易老化，而老化会导致光衰问题。

3.2 贴片式封装

表面贴片LED是一种新型的表面贴装式半导体发光器件，具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点，正是这些优点的存在，使其适合自动化贴装生产，并成为比较先进的一种工艺。虽说从Lamp封装转SMD 封装符合整个电子行业发展大趋势，但是在应用中存在散热、发光均匀性和发光效率下降等问题。

3.3 基板表面组装

基板表面组装（COB）封装结构是在多芯片封装技术的基础上发展而来的。COB封装与其他不同的是，它是将裸露的芯片直接贴装在电路板上，而芯片的钝化与保护通过键合引线与电路板结合。COB主要有以下优点：光线柔和、线路设计简单、成本效益比较高等。

4 发展趋势

国内外对LED封装技术的研究从未间断，许多优良的封装材料和高效的封装工艺被陆续提出。目前LED技术正处于飞速发展当中，并主要有以下趋势：高功率的研究水平加快，已远远超过之前的水平；成本也在急剧的下降；科技的发展与创新的应用，使得LED进程更加快了。LED的未来将是美好的。在不久的将来，基于3D打印技术，LED的封装技术将会得到大幅度提升。

5 结束语

半导体照明是21世纪最引人瞩目的新技术领域之一，功率型LED作为一种高效节能环保的绿色固体光源，将在本世纪得到迅速发展和广泛的应用。LED封装技术的关键在于低热阻和稳定性好的封装材料及新颖的结构。在这些前提之下，未来LED照明产品将将会更加智能、美观且实用。

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