【特约】LED封装的研究现状及发展趋势[1]

　　1 引言

　　近几年，在全球节能减排的倡导和各国政府相关政策支持下，LED照明得到快速的发展[1]。与传统光源相比具有寿命长、体积小、节能、高效、响应速度快、抗震、无污染等优点，被认为是可以进入普通照明领域的“绿色照明光源”，LED大规模应用于普通照明是一个必然的趋势[2-4]。

　　作为LED产业链中承上启下的LED封装，在整个产业链中起着关键的作用[5]。对于封装而言，其关键技术归根结底在于如何在有限的成本范围内尽可能多的提取芯片发出的光，同时降低封装热阻，提高可靠性[6]。在封装过程中，封装材料和封装方式占主要影响因素。随着LED高光效化、功率化、高可靠性和低成本的不断发展，对封装的要求也越来越高，一方面LED封装在兼顾发光角度、光色均匀性等方面时必须满足具有足够高的取光效率和光通量;另一方面，封装必须满足芯片的散热要求。因此，芯片、荧光粉、基板、热界面材料和等封装材料以及相应的封装方式亟待发展创新，以提高LED的散热能力和出光效率。

　　2 封装材料

　　在封装过程中，封装材料性能的好坏是决定LED长期可靠性的关键。高性能封装材料的合理选择和使用，能够有效地提高LED的散热效果，大大延长LED的使用寿命。封装材料主要包括芯片、荧光粉、基板、热界面材料。

　　2.1 芯片结构

　　随着LED器件性能的不断发展和应用范围的不断拓宽，尤其是单颗大功率LED的开发，芯片结构也在不断地改进。目前LED芯片的封装结构主要有4种，即：正装结构[7]、倒装结构[8]、垂直结构[9]和三维垂直结构[10]。

　　图1 LED芯片结构(a正装结构、b倒装结构、c垂直结构、d三维垂直结构)

　　目前普通的LED芯片采用蓝宝石衬底的正装结构，该结构简单，制作工艺比较成熟。但由于蓝宝石导热性能较差，芯片产生的热量很难传递到热沉上，在功率化LED应用中受到了限制。

　　倒装芯片封装是目前的发展方向之一，与正装结构相比，热量不必经过芯片的蓝宝石衬底，而是直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底，进而通过金属底座散发到外界环境中。

　　垂直结构的蓝光芯片是在正装的基础上产生的，这种芯片是将传统蓝宝石衬底的芯片倒过来键合在导热能力较好的硅衬底或金属等衬底上，再将蓝宝石衬底激光剥离。这种结构的芯片解决了散热瓶颈问题，但工艺复杂，特别是衬底转换这个过程实现难度大，生产合格率也较低。

　　与垂直结构LED芯片相比，三维垂直结构LED芯片的主要优势在于无需打金线，使得其封装的厚度更薄、散热效果更好，并且更容易引入较大的驱动电流。