大功率白光LED封装工艺及可靠性分析摘要：LED被称为第四代照明和绿色光源，核心是PN结，少数载流子注入PN结与多数载流子复合，产生光子。LED封装要完成输出电信号、可见光、保护管芯的功能。提高大功率白光LED的发光效率、均匀性和稳定性，取决于LED材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与具体应用和成本等综合因素。文章对大功率白光LED封装工艺及可靠性进行了分析。关键词：大功率白光LED；封装工艺；可靠性；PN结；发光效率：A：TN312：1009-2374（2015）14-0083-03DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.041大功率LED光源光有好芯片还不够，还必须有合理的封装。要有高的取光效率的封装结构，而热阻尽可能低，从而保证光电的性能及可靠性。1LED光源封装工艺由于LED的结构形式不同，封装工艺上也有一些差别，但关键工序相同，LED封装主要工艺有：固晶→焊线→封胶→切脚→分级→包装。2大功率LED封装关键技术2.1封装技术的要求图1大功率LED封装关键技术如图1所示，大功率LED封装涉及到光、电、热、结构和工艺等方面，这些因素既独立又影响。光是封装的目的，电、结构与工艺是手段，热是关键，性能是封装水平的具体体现。考虑到工艺兼容性及降低生产成本，应同时进行LED封装设计与芯片设计，否则，芯片制造完成后，可能因封装的需要对芯片结构进行调整，将可能延长产品研发的周期和成本，甚至会不能实现量产。2.2封装结构设计和散热技术LED的光电转换效率仅为20%～30%，输入电能的70%～80%转变成了热量，芯片的散热是关键。小功率LED封装一般采用银胶或绝缘胶将芯片黏接在反射杯里，通过焊接金丝（或铝丝）完成内外连接，最后用环氧树脂封装。封装热阻高达150～250℃/W，一般采用20mA左右的驱动电流。大功率LED的驱动电流达到350mA、700mA甚至1A，采用传统直插式LED封装工艺，会因散热不良导致芯片结温上升，再加上强烈的蓝光照射，环氧树脂很容易产生黄化现象，加速器件老化，甚至失效，迅速热膨胀产生的内应力造成开路而死灯。大功率LED封装结构设计的重点是改善散热性能，主要包括芯片结构形式、封装材料（基板材料、热界面材料）的选择与工艺、将导电与导热路线分开的结构设计等，比如：采用倒装芯片结构、减薄衬底或垂直芯片结构的芯片，选用共晶焊接或高导热性能的银胶、采用COB技术将芯片直接封装在金属铝基板上、增大金属支架的表面积等方法。2.3光学设计技术不同用途的产品对LED的色坐标、色温、显色性、光强和光的空间分布等要求不同。为提高器件的取光效率，并实现更优的出光角度和配光曲线，需要对芯片反光杯与透镜进行光学设计。大功率LED通常是将LED芯片安装在反射杯的热沉、支架或基板上，反射杯一般采用镀高反射层（镀Ag或Al）的方式提高反射效果，大功率LED出光效率还受模具精度及工艺影响很大，如果处理不好，容易导致很多光线被吸收，无法按预期目标发射出来，导致封装后的大功率LED发光效率偏低。2.4灌封胶的选择灌封胶的作用有两点：（1）对芯片、金线进行机械保护；（2）作为一种光导材料，将更多的光导出。封装时，LED芯片产生的光向外发射产生的损失主要有：（1）光子在LED芯片出射界面由于折射率差引起的反射损失（即菲涅尔损失）；（2）光学吸收；（3）全内反射损失。因此，在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明光学材料，可以减少光子在界面的损失，提高出光效率。常用的灌封胶有环氧树脂和硅胶。环氧树脂黏度低、流动性好、固化速度适中，固化后无气泡、表面平整、有很好的光泽、硬度高，防潮防水防尘性能佳，耐湿热和大气老化，成本较低，是LED封装首选。硅胶具有透光率高、热稳定性好、折射率大、吸湿性低、应力小等特点，优于环氧树脂，但成本较高。小功率LED一般选用环氧树脂封装，大功率LED内部通常填充透明度高的柔性硅胶，胶体不会因照射高温或紫外线出现老化变黄，也不会因温度骤变而导致器件开路的现象，通过提高硅胶折射率，可减少菲涅尔损失，提高出光效率。2.5荧光粉涂敷量和均匀性控制技术大功率白光LED的发光效率和光的质量与荧光粉的选择和工艺过程有关。荧光粉的选择包括激发波长与芯片波长的匹配、颗粒大小与均匀度、...