本站原创摘 要：大功率LED作为新一代绿色光源和照明技术,在固态照明和显示领域有着广泛的应用前景,得到世界各国的重视.本文主要讨论LED封装方面的关键技术,从而为解决大功率LED散热问题提供一定的指导.
关 键 词：大功率LED封装技术
1引言
近年来LED各种优点日渐突出,其将成为新一代照明光源的发展方向.但LED要进入照明领域,首要任务是将其发光效率、光通量提高到现有照明光源的等级.由于LED芯片输入功率不断提高,对功率型LED封装技术提出了更高的要求.针对照明领域对光源的要求,照明用功率型LED的封装面临着以下挑战：更高的发光效率；更好的光学特性；更大的输入功率；更高的可靠性；更低的成本.下面将讨论大功率LED封装的关键技术,来解决功率型LED面临的问题和挑战.
2大功率LED封装关键技术
2.1提高发光效率
LED的发光效率是由芯片的发光效率和封装结构的出光效率共同决定的.提高LED发光效率的主要途径有：提高芯片的发光效率；将芯片发出的光有效地萃取出来；将萃取出来的光高效地导出LED管体外；提高荧光粉的激发效率；降低LED的热阻.
LED的发光效率主要决定于芯片的发光效率.随着芯片制造技术的不断进步,芯片的发光效率在迅速提高.可以根据不同的应用需求和LED封装结构特点,选择合适的高发光效率的芯片进行封装.目前发光效率高的芯片主要有HP公司的TS类芯片、CREE公司的XB类芯片等等.
芯片选定之后,要提高LED的发光效率,能否将芯片发出的光高效地萃取和导出,就是关键所在.由于芯片发光层的折射率较高,如果出光通道与芯片表面接合的物质折射率与之相差较大,则会导致芯片表面的全反射临界角较小,芯片发出的光只有一部分能通过界面逸出被有效利用,相当一部分的光因全反射而被困在芯片内部,造成萃光效率偏低,直接影响LED的发光效率.为了提高萃光效率,在选择与芯片表面接合的物质时,必须考虑其折射率要与芯片表面材料的折射率尽可能相匹配.采用高折射率的柔性硅胶作与芯片表面接合的材料,既可以提高萃光效率,又可以使芯片和键合引线得到良好的应力保护.
同时,就白光LED而言,荧光粉的使用是否合理,对其发光效率影响较大.首先要选用与芯片波长相匹配的高受激转换效率的荧光粉；其次是选用合适的载体胶调配荧光粉,并使其以良好的涂布方式均匀而有效地覆盖在芯片的表面及四周,以达到最佳的激发效果.
LED自身发热使芯片结温升高,可导致芯片发光效率下降.功率型LED必须要有良好的散热结构,使LED内部的热量能尽快地被导出和消散,以降低芯片的结温,提高其发光效率.芯片结温（TJ）与环境温度（TA）、热阻（Rth）和输入功率（PD）的关系是：TJ等于TA+RthPD.
在输入功率PD一定的情况下,热阻Rth的大小对结温的高低有很大的影响,也就是说,热阻的高低是LED散热结构好坏的标志.采用优良的散热技术降低封装结构的热阻,将使LED发光效率的提高得到有效的保障.
2.2改善LED的光学特性
与传统光源相比,LED光源有较强的指向性,如果控制得当,可以提高整体的照明效率,使照明效果更佳.可根据照明应用需要,调控LED的光强空间分布.具体步骤是：①掌握芯片发光的分布特点；②根据芯片发光的分布特点和LED最终光强分布的要求设计出光通道：③选择合适的出光通道材料和加工工艺.
白光LED色温的调控主要是通过蓝色芯片波长的选定；荧光粉受激波长的匹配；荧光粉涂布量、均匀性的控制来实现的.基于蓝色芯片+荧光粉（YAG/TAG）LED白光生成技术路线的机理和荧光粉的特性,早期传统的白光LED在高色温区域（>5500K）里,色温的调控比较容易实现,显色性较好（Ra>80）.在照明应用通常要求的低色温区域（2700K～5500K）,传统白光LED的色温调控较难,显色性也不佳（Ra<80）,与照明光源的要求有一定的差距.即使可以生成低色温的白光,其色坐标也偏离黑体辐射轨迹较远（通常是在轨迹上方）,使其光色不正,显色性差.要解决这一问题,关键是荧光粉的改良,可以通过添加红色荧光粉,使LED发出的白光的色坐标尽量靠近黑体辐射轨迹,从而改善其光色和显色性.
2.3提高LED的单灯光通量和输入功率
目前LED的单灯光通量偏小,独立应用于照明有较大的局限；其输入功率也偏小,需要较多的应用电路配合.LED要进入照明领域,必须提高LED的单灯光通量和输入功率.提高LED的单灯光通量和输入功率的途径有：在输入功率一定的前提下,提高LED的发光效率是获取更大单灯光通量的最直接的途径；采用大面积芯片封装LED,加大工作电流,可以获得较高的单灯光通量和输入功率；采用多芯片高密度集成化封装功率型LED,是目前获得高单灯光通量和高输入功率的最常用方法.
从以上途径可知,散热技术是关键.提高LED的散热能力,降低热阻,是提高LED的单灯光通量和输入功率得以实现的根本保障.
2.4降低LED的成本
高是半导体LED进入照明领域的最终瓶颈.就封装技术而言,LED要降低成本,可从以下几方面努力：设计成熟可行的技术路线；研究简单可靠、易于产业化生产的工艺方法；进行通用化的产品设计；提高产品性能和可靠性；提高成品率.
3结论
大功率LED要实现产业化和普及化受到诸多因素的制约,其中散热不良和可靠性不高是关键.本文通过改善大功率LED封装关键技术,从而使大功率LED的发光效率、光学特性、输入功率、可靠性得以提高,最终对解决功率型LED散热问题提供一定的指导.