一、引言

　　半导体发光二极管简称LED，从上世纪六十年代研制出来并逐步走向市场化，其封装技术也是不断改进和发展。LED由早用玻璃管封装发展至支架式环氧封装和表面贴装式封装，使得小功率LED获得广泛的应用。从上世纪九十年代开始，由于LED外延、芯片技术上的突破，四元系AlGaInP和GaN基的LED相继问世，实现了LED全色化，发光亮度大大提高，并可组合各种颜色和白光。器件输入功率上有很大提高。目前单芯片1W大功率LED已产业化并推向市场，中国台湾国联也已研制出10W的单芯片大功率LED。这使得超高亮度LED的应用面不断扩大，首先进入特种照明的市场领域，并向普通照明市场迈进。由于LED芯片输入功率的不断提高，对这些功率型LED的封装技术提出了更高的要求。功率型LED封装技术主要应满足以下二点要求：一是封装结构要有高的取光效率，其二是热阻要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性能和可靠性。所以本文将重点对功率型LED的封装技术作介绍和论述。

　　二、功率型LED封装技术现状

　　由于功率型LED的应用面非常广，不同应用场合下对功率LED的要求不一样。根据功率大小，目前的功率型LED分为普通功率LED和W级功率LED二种。输入功率小于1W的LED（几十mW功率LED除外）为普通功率LED；输入功率等于或大于1W的LED为W级功率LED。而W级功率LED常见的有二种结构形式，一种是单芯片W级功率LED，另一种是多芯片组合的W级功率LED。

　　1．国外功率型LED封装技术：

　　（1）普通功率LED

　　根据报导，早是由HP公司于1993年推出“食人鱼”封装结构的LED，称“SuperfluxLED”，并于1994年推出改进型的“SnapLED”，其外形如图1所示。它们典型的工作电流，分别为70mA和150mA，输入功率分别为0.1W和0.3W。
Osram公司推出“PowerTOPLED”是采用金属框架的PLCC封装结构，其外形图如图2所示。之后其他一些公司推出多种功率LED的封装结构。其中一种PLCC-4结构封装形式，其功率约200~300mW，这些结构的热阻一般为75~125℃/W。总之，这些结构的功率LED比原支架式封装的LED输入功率提高几倍，热阻下降几倍。

　　（2）W级功率LED

　　W级功率LED是未来照明的核心部分，所以世界各大公司投入很大力量，对W级功率封装技术进行研究开发，并均已将所得的新结构、新技术等申请各种专利。

　　单芯片W级功率LED早是由Lumileds公司于1998年推出的LuxeonLED，其结构如图3所示，根据报导，该封装结构的特点是采用热电分离的形式，将倒装芯片用硅载体直接焊接在热沉上，并采用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新材料，提高了器件的取光效率并改善了散热特性。可在较大的电流密度下稳定可靠的工作，并具有比普通LED低得多的热阻，一般为14~17℃/W，现有1W、3W和5W的产品。该公司近期还报导［1］推出LuxeonIIILED产品，由于对封装和芯片进行改善，可在更高的驱动电流下工作，在700mA电流工作50000小时后仍能保持70%的流明，在1A电流工作20000小时能保持50%的流明。

　　Osram公司于2003年推出单芯片的“GoldenDragon”系列LED［2］，如图4所示，其结构特点是热沉与金属线路板直接接触，具有很好的散热性能，而输入功率可达1W。

　　我国中国台湾UEC公司（国联）采用金属键合（MetalBonding）技术封装的MB系列大功率LED［3］其特点是用Si代替GaAs衬底，散热好，并以金属黏结层作光反射层，提高光输出。现有LED单芯片面积分别为：0.3×0.3mm2、1×1mm2和2.5×2.5mm2的芯片，其输入功率分别有0.3W、1W和10W，其中2.5×2.5mm2芯片光通量可达200lm，0.3W和1W产品正推向市场。
多芯片组合封装的大功率LED，其结构和封装形式较多，这里介绍几种典型的结构封装形式：

　　①美国UOE公司于2001年推出多芯片组合封装的Norlux系列LED［4］，其结构是采用六角形铝板作为衬底，如图5所示，铝层导热好，中央发光区部分可装配40只芯片，封装可为单色或多色组合，也可根据实际需求布置芯片数和金线焊接方式，该封装的大功率LED其光通量效率为20lm/W，发光通量为100lm。

　　②LaninaCeramics公司于2003年推出采用公司独有的金属基板上低温烧结陶瓷（LTCC-M）技术封装的大功率LED阵列［5］，有二种产品：一种为7元LED阵列，光通量为840lm，功率为21W。另一种是134元LED阵列，光通量为5360lm，功率134W。由于LTCC-M技术是将LED芯片直接连接到密封阵列配置的封装盒上，因此工作温度可达250℃。

　　③松下公司于2003年推出由64只芯片组合封装的大功率白光LED［6］，光通量可达120lm，采用散热性能优良的衬底，把这些芯片封装在2cm2的面积中，其驱动电流可达8W，这种封装中每1W输入功率其温升仅为1.2℃。

　　④日亚公司于2003年推出号称是全世界亮的白光LED，其光通量可达600lm，输出光束为1000lm时，耗电量为30W，大输入功率为50W，提供展览的白光LED模块发光效率达33lm/W。

　　有关多芯片组合的大功率LED，许多公司根据实际市场需求，不断开发很多新结构封装的新产品，其开发研制的速度是非常快。

　　2．国内功率型LED封装技术

　　国内LED普通产品的后工序封装能力应该是很强的，封装产品的品种较齐全，据初步估计，全国LED封装厂超过200家，封装能力超过200亿只/年，封装的配套能力也是很强的，但是很多封装厂为私营企业，目前来看规模偏小。

　　国内功率型LED的封装，早在上世纪九十年代就开始，一些有实力的后封装企业，当时就开始开发并批量生产，如“食人鱼”功率型LED。国内的大学、研究所很少对大功率LED封装技术开展研究，信息产业部第13研究所对功率型LED封装技术开展研究工作，并取得很好的研究成果，具体开发出功率LED产品。国内有实力的LED封装企业（外商投资除外），如佛山国星、厦门华联等几个企业，很早就开展功率型LED的研发工作，并取得较好的效果。如“食人鱼”和PLCC封装结构的产品，均可批量生产，并已研制出单芯片1W级的大功率LED封装的样品。而且还进行多芯片或多器件组合的大功率LED研制开发，并可提供部分样品供试用。

　　对大功率LED封装技术的研究开发，目前国家尚未正式支持投入，国内研究单位很少介入，封装企业投入研发的力度（人力和财力）还很不够，形成国内对封装技术的开发力量薄弱的局面，其封装的技术水平与国外相比还有相当的差距。　　

　　三、功率型LED产业化关键的封装技术

　　半导体LED要作为照明光源，常规产品的光通量与白炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。因此，LED要在照明领域发展，关键要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级。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外量子效率还需进一步提高，但获得高发光通量的大障碍仍是芯片的取光效率低。现有的功率型LED的设计采用了倒装焊新结构来提高芯片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大芯片面积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获得较高的发光通量。除了芯片外，器件的封装技术也举足轻重。关键的封装技术工艺有：散热技术等。

　　传统的指示灯型LED封装结构，一般是用导电或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯中或载片台上，由金丝完成器件的内外连接后用环氧树脂封装而成，其热阻高达250~300℃/W，新的功率型芯片若采用传统式的LED封装形式，将会因为散热不良而导致芯片结温迅速上升和环氧碳化变黄，从而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。因此，对于大工作电流的功率型LED芯片，低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是功率型LED器件的技术关键。采用低电阻率、高导热性能的材料粘结芯片；在芯片下部加铜或铝质热沉，并采用半包封结构，加速散热；甚至设计二次散热装置，来降低器件的热阻。在器件的内部，填充透明度高的柔性硅橡胶，在硅橡胶承受的温度范围内（一般为-40℃~200℃）,胶体不会因温度骤然变化而导致器件开路,也不会出现变黄现象。零件材料也应充分考虑其导热、散热特性，以获得良好的整体热特性。