LED封装材料简介.doc

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1、LED封装材料简介LED封装材料简介LED(LightEmittingDiode),发光二极管,简称LED,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以肓接把电转化为光。LED的心脏是一•个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，-端是负极，另一端连接电源的正极使整个晶片被封装材料封装起來。人功率LED封装由于结构和T艺复杂，并直接影响到LED的使用性能和寿命，一直是近年来的研究热点，特别是人功率门光LED封装更是研究热点'I'的热点oLED封装的功能主要包fS：1.机械保护，以提高可靠性；2.加强散

2、热，以降低芯片结温，提高LED性能；3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布；4.供电管理，包括交流/肓流转变，以及电源控制等。LED封装方法、材料、结构和工艺的逸择主要由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。经过40多年的发展，LED封装先后经丿力了支架式(LampLED)、贴片式(SMDLED)、功率型LED(PowerLED)等发展阶段。随着芯片功率的增人，特别是固态照明技术发展的需求，对LED封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。为了有效地降低封装热阻，提高出光效率，必

3、须采用全新的技术思路來进行封装设计。在LED使用过程屮，辐射复合产生的光子在向外发射吋产生的损失，主要包括三个方面：芯片内部结构缺陷以及材料的吸收；光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失；以及由于入射角人于全反射临界角而引起的全反射损失。因此，很多光线无法从芯片屮出射到外部。通过在芯片表面涂覆-层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶)，由于该胶层处于芯片和空气之间，从而有效减少了光子在界血•的损失，提高了取光效率。此外，灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护，应力释放，并作为一种光导结构。因此，要求其透光率高，折射

4、率高，热稳定性好，流动性好，易于喷涂。为提高LED封装的可靠性，还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。日前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高,折射率大,热稳定性好，应力小，吸湿性低等特点,明显优于环氧树脂，在人功率LED封装屮得到广泛应川，但成木较高。研究表明，提高硅胶折射率可右效减少折射率物理屏障带来的光子损失，提高外量子效率，但硅胶性能受坏境温度影响较人。随着温度升高，硅胶内部的热应力加人，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED光效和光强分布。荧光粉的作用在于光色复合，形成口光。其

5、特性主要包括粒度、形状、发光效率、转换效率、稳定性(热和化学)等，其中，发光效率和转换效率是关键。研究表明，随着温度上升，荧光粉量子效率降低，出光减少，辐射波长也会发生变化，从而引起门光LED色温、色度的变化，较高的温度还会加速荧光粉的老化。原因在于荧光粉涂层是由环氧或硅胶与荧光粉调配而成，散热性能较差，当受到紫光或紫外光的辐射时，易发生温度猝灭和老化，使发光效率降低。此外，高温下灌封胶和荧光粉的热稳定性也存在问题。由于常川荧光粉尺寸在linn以上，折射率人于或等于1.85,而硅胶折射率一般在1.5左右。由于两

6、者间折射率的不匹配，以及荧光粉颗粒尺寸远人于光散射极限(30nm),因而在荧光粉颗粒表面存在光散射，降低了出光效率。通过在硅胶屮掺入纳米荧光粉，可使折射率提高到1.8以上，降低光散射，提高LED岀光效率（10%-20%）,并能有效改善光色质量。传统的荧光粉涂敷方式是将荧光粉与灌封胶混合，然后点涂在芯片上。由于无法对荧光粉的涂敷厚度和形状进行精确控制，导致出射光色彩不一致，出现偏蓝光或者偏黄光。而Luniileds公司开发的保形涂层技术可实现荧光粉的均匀涂覆，保障了光色的均匀性。但研究表明，当荧光粉肓接涂覆在芯片

7、表面时，由于光散射的存在，出光效率较低。超高亮度LED的应川面不断扩人，首先进入特种照明的市场领域，并向普通照明市场边进。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两点要求：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。半导体LED若要作为照明光源，常规产品的光通暈与门炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离其远。因此，LED要在照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级。功

8、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步提高，但获得高发光通量的最人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，并通过增人芯片面积，加人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。关键的封装技术丁艺有：散热技术传统的指示