功率型LED的热特性直接影响到LED的工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等，因此，功率型LED芯片的封装设计、制造技术显得尤为重要。大功率LED封装中主要需考虑的问题有： 中国照明网技术论文·LED照明

　　①散热。散热对于功率型LED器件来说是至关重要的。如果不能将电流产生的热量及时地散出，保持PN结的结温在允许范围内，将无法获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命。

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　　在常用的散热材料中银的导热率最高，但是银的成本较高，不适宜作通用型散热器。铜的导热率比较接近银，且其成本较银低。铝的导热率虽然低于铜，但其综合成本最低，有利于大规模制造。

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　　经过实验对比发现较为合适的做法是：连接芯片部分采用铜基或银基热衬，再将该热衬连接在铝基散热器上，采用阶梯型导热结构，利用铜或银的高导热率将芯片产生的热量高效地传递给铝基散热器，再通过铝基散热器将热量散出（通过风冷或热传导方式散出）。这种做法的优点是：充分考虑散热器的性价比，将不同特点的散热器结合在一起，做到高效散热并使成本控制合理化。

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　　应注意的是：连接铜基热衬与芯片的材料的选择是十分重要的，LED行业常用的芯片连接材料为银胶。但是，经过研究发现，银胶的热阻为10~25W/(m·K)，如果采用银胶作为连接材料，就等于人为地在芯片与热衬之间加上一道热阻。另外，银胶固化后的内部基本结构为环氧树脂骨架+银粉填充式导热导电结构，这种结构的热阻极高且TG点较低，对器件的散热与物理特性的稳定极为不利。解决此问题的做法是：以锡片焊作为晶粒与热衬之间的连接材料[锡的导热系数为67W/（m·K）]，可以获得较为理想的导热效果（热阻约为16℃/W）。锡的导热效果与物理特性远优于银胶。

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　　②出光。传统的LED器件封装方式只能利用芯片发出的约50%的光能，由于半导体与封闭环氧树脂的折射率相差较大，致使内部的全反射临界角很小，有源层产生的光只有小部分被取出，大部分光在芯片内部经多次反射而被吸收，这是超高亮度LED芯片取光效率很低的根本原因。如何将内部不同材料间折射、反射消耗的50%光能加以利用，是设计出光系数的关键。

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　　通过芯片的倒装技术（Flip Chip）可以比传统的LED芯片封装技术得到更多的有效出光。但是，如果说不在芯片的发光层与电极下方增加反射层来反射出浪费的光能，则会造成约8%的光损失，所以在底板材料上必须增加反射层。芯片侧面的光也必须利用热衬的镜面加工法加以反射出，增加器件的出光率。而且在倒装芯片的蓝宝石衬底部分与环氧树脂导光结合面上应加上一层硅胶材料，以改善芯片出光的折射率。

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　　经过上述光学封装技术的改善，可以大幅度提高大功率LED器件的出光率（光通量）。大功率LED器件顶部透镜的光学设计也是十分重要的，通常的做法是：在进行光学透镜设计时应充分考虑最终照明器具的光学设计要求，尽量配合应用照明器具的光学要求进行设计。

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　　常用的透镜形状有：凸透镜、凹锥透镜、球镜、菲涅尔透镜以及组合式透镜等。透镜与大功率LED器件的理想装配方法是采取气密性封装，如果受透镜形状所限，也可采取半气密性封装。透镜材料应选择高透光率的玻璃或亚克力等合成材料，也可以采用传统的环氧树脂模组式封装，加上二次散热设计也基本可以达到提高出光率的效果。

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　　3、功率型LED的进展

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　　功率型LED的研制起始于20世纪60年代中期的GaAs红外光源，由于其可靠性高、体积小、重量轻，可在低电压下工作，因此被首先用于军用夜视仪，以取代原有的白炽灯，20世纪80年代InGaAsP/InP双异质结红外光源被用于一些专用的测试仪器，以取代原有的体积大、寿命短的氙灯。这种红外光源的直流工作电流可达1A，脉冲工作电流可达24A。红外光源虽属早期的功率型LED，但它一直发展至今，产品不断更新换代，应用更加广泛，并成为当今可光功率型LED发展可继承的技术基础。

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　　1991年，红、橙、黄色AlGaInP功率型LED的实用化，使LED的应用从室内走向室外，成功地用于各种交通信号灯，汽车的尾灯、方向灯以及户外信息显示屏。蓝、绿色AlGaInN超高亮度LED的相继研制成功，实现了LED的超高亮度全色化，然而用于照明则是超高亮度LED拓展的又一全新领域，用LED固体灯取代白炽灯和荧光灯等传统玻壳照明光源已成为LED发展目标。因此，功率型LED的研发和产业化将成为今后发展的另一重要方向，其技术关键是不断提高发光效率和每一器件（组件）的光通量。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技术和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高，但获得高光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率很低。目前由于沿用了传统的指示灯型LED封装结构，工作电流一般被限定为20mA。按照这种常规理念设计和制作的功率型LED根本无法达到高效率和高光通量的要求。为了提高可见光功率型LED的发光效率和光通量，必须采用新的设计理念，一方面通过设计新型芯片结构来提高取光效率，另一方面通过增大芯片面积、加大工作电流、采用低热阻的封装结构来提高器件的光电转换效率。因此，设计和制作新型芯片和封装结构，不断提高器件的取光效率和光电转换效率，一直是功率型LED发展中至关重要的课题。

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　　功率型LED大大扩展了LED在各种信号显示和照明光源领域中的应用，主要有汽车内外灯和各种交通信号灯，包括城市交通、铁路、公路、机场、海港灯塔、安全警示灯等。功率型白光LED作为专用照明光源已开始用于汽车和飞机内的阅读灯，在便携式照明光源（如钥匙灯、手电筒）、背光源及矿工灯等应用方面也得到越来越多的应用。白光除了由三基色合成外，还可通过将一种特制的磷光体涂敷在GaN蓝色或紫外波长的功率型LED芯片上而形成。功率型LED在建筑物装饰光源、舞台灯光、商场橱窗照明、广告灯箱照明、庭院草坪照明、城市夜景等方面与其同类产品相比显示出了它独有的特点。使用功率型RGB三基色LED，可制成结构紧凑、发光效率比传统白炽灯光源高的数字式调色调光光源，配合计算机控制技术，可得到极其丰富多彩的发光效果。功率型LED所具有的低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、可靠性高等优点，使其在军事上还可作为野战、潜水、航天、航空所需的特种固体光源。

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　　功率型LED结构的进步，取光和热衬的优化设计使其发光效率和光通量不断提高，由多个5mm LED组装的灯盘和灯头将被由功率型LED组装的灯芯所取代。从1970年至2000年的最近30年以来，光通量每18~24个月要增加2倍。自1998年Norlux系列功率型LED问世后，光通量的增加趋势则更快。

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　　随着功率型LED性能的改进，LED照明光源引起了照明领域的更大的关注。普通照明市场的需求是巨大的，功率型LED白光技术将更能适应普通照明的应用。只要LED产业能持续这一开发方向，则LED固体照明在未来5~10年将会取得重大的市场突破。　

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编辑：中国照明网——小麦