大功率LED封装关键技术全解析

　　在系统集成方面，台湾新强光电公司采用系统封装技术（SiP）， 并通过翅片＋热管的方式搭配高效能散热模块，研制出了72W、80W的高亮度白光LED光源，如图5（a）。由于封装热阻较低（4.38℃/W），当环境温度为25℃时，LED结温控制在60℃以下，从而确保了LED的使用寿命和良好的发光性能。而华中科技大学则采用COB封装和微喷主动散热技术，封装出了220W和1500W的超大功率LED白光光源，如图5（b）。

d.封装大生产技术

　　晶片键合（Wafer bonding）技术是指芯片结构和电路的制作、封装都在晶片（Wafer）上进行，封装完成后再进行切割，形成单个的芯片（Chip）；与之相对应的芯片键合（Die bonding）是指芯片结构和电路在晶片上完成后，即进行切割形成芯片（Die），然后对单个芯片进行封装（类似现在的LED封装工艺），如图6所示。很明显，晶片键合封装的效率和质量更高。由于封装费用在LED器件制造成本中占了很大比例，因此，改变现有的LED封装形式（从芯片键合到晶片键合），将大大降低封装制造成本。此外，晶片键合封装还可以提高LED器件生产的洁净度，防止键合前的划片、分片工艺对器件结构的破坏，提高封装成品率和可靠性，因而是一种降低封装成本的有效手段。

　　此外，对于大功率LED封装，必须在芯片设计和封装设计过程中，尽可能采用工艺较少的封装形式（Package-less Packaging），同时简化封装结构，尽可能减少热学和光学界面数，以降低封装热阻，提高出光效率。

　　e.封装可靠性测试与评估

　　LED器件的失效模式主要包括电失效（如短路或断路）、光失效（如高温导致的灌封胶黄化、光学性能劣化等）和机械失效（如引线断裂，脱焊等），而这些因素都与封装结构和工艺有关。LED的使用寿命以平均失效时间（MTTF）来定义，对于照明用途，一般指LED的输出光通量衰减为初始的70％（对显示用途一般定义为初始值的50％）的使用时间。由于LED寿命长，通常采取加速环境试验的方法进行可靠性测试与评估。测试内容主要包括高温储存（100℃，1000h）、低温储存（－55℃，1000h）、高温高湿（85℃/85％，1000h）、高低温循环（85℃～－55℃）、热冲击、耐腐蚀性、抗溶性、机械冲击等。然而，加速环境试验只是问题的一个方面，对LED寿命的预测机理和方法的研究仍是有待研究的难题。

固态照明对大功率LED封装的要求

　　与传统照明灯具相比，LED灯具不需要使用滤光镜或滤光片来产生有色光，不仅效率高、光色纯，而且可以实现动态或渐变的色彩变化。在改变色温的同时保持具有高的显色指数，满足不同的应用需要。但对其封装也提出了新的要求，具体体现在：

　　a.模块化

　　通过多个LED灯（或模块）的相互连接可实现良好的流明输出叠加，满足高亮度照明的要求。通过模块化技术，可以将多个点光源或LED模块按照随意形状进行组合，满足不同领域的照明要求。

　　b.系统效率最大化

　　为提高LED灯具的出光效率，除了需要合适的LED电源外，还必须采用高效的散热结构和工艺，以及优化内/外光学设计，以提高整个系统效率。

　　c.低成本

　　LED灯具要走向市场，必须在成本上具备竞争优势（主要指初期安装成本），而封装在整个LED灯具生产成本中占了很大部分，因此，采用新型封装结构和技术，提高光效/成本比，是实现LED灯具商品化的关键。

　　d.易于替换和维护

　　由于LED光源寿命长，维护成本低，因此对LED灯具的封装可靠性提出了较高的要求。要求LED灯具设计易于改进以适应未来效率更高的LED芯片封装要求，并且要求LED芯片的互换性要好，以便于灯具厂商自己选择采用何种芯片。

　　LED灯具光源可由多个分布式点光源组成，由于芯片尺寸小，从而使封装出的灯具重量轻，结构精巧，并可满足各种形状和不同集成度的需求。唯一的不足在于没有现成的设计标准，但同时给设计提供了充分的想象空间。此外，LED照明控制的首要目标是供电。由于一般市电电源是高压交流电（220V，AC），而LED需要恒流或限流电源，因此必须使用转换电路或嵌入式控制电路（ASICs），以实现先进的校准和闭环反馈控制系统。此外，通过数字照明控制技术，对固态光源的使用和控制主要依靠智能控制和管理软件来实现，从而在用户、信息与光源间建立了新的关联，并且可以充分发挥设计者和消费者的想象力。

　　结束语

LED封装是一个涉及到多学科（如光学、热学、机械、电学、力学、材料、半导体等）的研究课题。从某种角度而言，LED封装不仅是一门制造技术（Technology），而且也是一门基础科学（Science），良好的封装需要对热学、光学、材料和工艺力学等物理本质的理解和应用。LED封装设计应与芯片设计同