功率型LED封裝技術的關鍵工藝分析

超高亮度LED的應用面不斷擴大，首先進入特種照明的市場領域，并向普通照明市場邁進。由于LED芯片輸入功率的不斷提高，對這些功率型LED的封裝技術提出了更高的要求。

功率型LED封裝技術主要應滿足以下兩點要求：1、封裝結構要有高的取光效率，2、熱阻要盡可能低，這樣才能保證功率LED的光電性能和可靠性。

　　半導體LED若要作為照明光源，常規(guī)產(chǎn)品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源相比，距離甚遠。因此，LED要在照明領域發(fā)展，關鍵是要將其發(fā)光效率、光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長技術和多量子阱結構，雖然其內(nèi)量子效率還需進一步提高，但獲得高發(fā)光通量的最大障礙仍是芯片的取光效率低?，F(xiàn)有的功率型LED的設計采用了倒裝焊新結構來提高芯片的取光效率，改善芯片的熱特性，并通過增大芯片面積，加大工作電流來提高器件的光電轉換效率，從而獲得較高的發(fā)光通量。除了芯片外，器件的封裝技術也舉足輕重。關鍵的封裝技術工藝有：

　　散熱技術

　　傳統(tǒng)的指示燈型LED封裝結構，一般是用導電或非導電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯中或載片臺上，由金絲完成器件的內(nèi)外連接后用環(huán)氧樹脂封裝而成，其熱阻高達 250℃/W~300℃/W，新的功率型芯片若采用傳統(tǒng)式的LED封裝形式，將會因為散熱不良而導致芯片結溫迅速上升和環(huán)氧碳化變黃，從而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因為迅速的熱膨脹所產(chǎn)生的應力造成開路而失效。

　　因此，對于大工作電流的功率型LED芯片，低熱阻、散熱良好及低應力的新的封裝結構是功率型LED器件的技術關鍵?？刹捎玫妥杪?、高導熱性能的材料粘結芯片；在芯片下部加銅或鋁質熱沉，并采用半包封結構，加速散熱；甚至設計二次散熱裝置，來降低器件的熱阻。在器件的內(nèi)部，填充透明度高的柔性硅橡膠，在硅橡膠承受的溫度范圍內(nèi)（一般為-40℃~200℃），膠體不會因溫度驟然變化而導致器件開路，也不會出現(xiàn)變黃現(xiàn)象。零件材料也應充分考慮其導熱、散熱特性，以獲得良好的整體熱特性。

　　二次光學設計技術

　　為提高器件的取光效率，設計外加的反射杯與多重光學透鏡。

　　功率型LED白光技術

　　常見的實現(xiàn)白光的工藝方法有如下三種：

　?。?）藍色芯片上涂上YAG熒光粉，芯片的藍色光激發(fā)熒光粉發(fā)出540nm~560nm的黃綠光，黃綠光與藍色光合成白光。該方法制備相對簡單，效率高，具有實用性。缺點是布膠量一致性較差、熒光粉易沉淀導致出光面均勻性差、色調一致性不好；色溫偏高；顯色性不夠理想。

　　（2）RGB三基色多個芯片或多個器件發(fā)光混色成白光，或者用藍+黃綠色雙芯片補色產(chǎn)生白光。只要散熱得法，該方法產(chǎn)生的白光較前一種方法穩(wěn)定，但驅動較復雜，另外還要考慮不同顏色芯片的不同光衰速度。

　?。?）在紫外光芯片上涂RGB熒光粉，利用紫光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生三基色光混色形成白光。由于目前的紫外光芯片和RGB熒光粉效率較低，仍未達到實用階段。

　　照明用W級功率LED產(chǎn)品要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還必須解決如下技術問題：

　　1、粉涂布量控制：LED芯片+熒光粉工藝采用的涂膠方法，通常是將熒光粉與膠混合后用分配器將其涂到芯片上。在操作過程中，由于載體膠的粘度是動態(tài)參數(shù)、熒光粉比重大于載體膠而產(chǎn)生沉淀以及分配器精度等因素的影響，此工藝熒光粉的涂布量均勻性的控制有難度，導致了白光顏色的不均勻。

　　2、片光電參數(shù)配合：半導體工藝的特點，決定同種材料同一晶圓芯片之間都可能存在光學參數(shù)（如波長、光強）和電學（如正向電壓）參數(shù)差異。RGB三基色芯片更是這樣，對于白光色度參數(shù)影響很大。這是產(chǎn)業(yè)化必須要解決的關鍵技術之一。

　　3、根據(jù)應用要求產(chǎn)生的光色度參數(shù)控制：不同用途的產(chǎn)品，對白光LED的色坐標、色溫、顯色性、光功率（或光強）和光的空間分布等要求不同。上述參數(shù)的控制涉及產(chǎn)品結構、工藝方法、材料等多方面因素的配合。在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，對上述因素進行控制，得到符合應用要求、一致性好的產(chǎn)品十分重要。

　　檢測技術與標準

　　隨著W級功率芯片制造技術和白光LED工藝技術的發(fā)展，LED產(chǎn)品正逐步進入（特種）照明市場，顯示或指示用的傳統(tǒng)LED產(chǎn)品參數(shù)檢測標準及測試方法已不能滿足照明應用的需要。國內(nèi)外的半導體設備儀器生產(chǎn)企業(yè)也紛紛推出各自的測試儀器，不同的儀器使用的測試原理、條件、標準存在一定的差異，增加了測試應用、產(chǎn)品性能比較工作的難度和問題復雜化。

　　我國光學光電子行業(yè)協(xié)會光電子器件分會行業(yè)協(xié)會根據(jù)LED產(chǎn)品發(fā)展的需要，于2003年發(fā)布了“發(fā)光二極管測試方法（試行）”，該測試方法增加了對LED色度參數(shù)的規(guī)定。但LED要往照明業(yè)拓展，建立LED照明產(chǎn)品標準是產(chǎn)業(yè)規(guī)范化的重要手段。

　篩選技術與可靠性保證

　　由于燈具外觀的限制，照明用LED的裝配空間密封且受到局限，密封且有限的空間不利于LED散熱，這意味著照明LED的使用環(huán)境要劣于傳統(tǒng)顯示、指示用LED產(chǎn)品。另外，照明LED是處于大電流驅動下工作，這就對其提出更高的可靠性要求。在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，針對不同的產(chǎn)品用途，進行適當?shù)臒崂匣?、溫度循環(huán)沖擊、負載老化工藝篩選試驗，剔除早期失效品，保證產(chǎn)品的可靠性很有必要。

　　電防護技術

　　由于GaN是寬禁帶材料，電阻率較高，該類芯片在生產(chǎn)過程中因靜電產(chǎn)生的感生電荷不易消失，累積到相當?shù)某潭?，可以產(chǎn)生很高的靜電電壓。當超過材料的承受能力時，會發(fā)生擊穿現(xiàn)象并放電。藍寶石襯底的藍色芯片其正負電極均位于芯片上面，間距很??；對于InGaN/AlGaN/GaN雙異質結，InGaN活化薄層僅幾十納米，對靜電的承受能力很小，極易被靜電擊穿，使器件失效。

　　因此，在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，靜電的防范是否得當，直接影響到產(chǎn)品的成品率、可靠性和經(jīng)濟效益。靜電的防范技術有如下幾種：

　　1、對生產(chǎn)、使用場所從人體、臺、地、空間及產(chǎn)品傳輸、堆放等方面實施防范，手段有防靜電服裝、手套、手環(huán)、鞋、墊、盒、離子風扇、檢測儀器等。

　　2、芯片上設計靜電保護線路。

　　3、LED上裝配保護器件。