，即芯片設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮到封裝結(jié)構(gòu)和工藝
。否則，等芯片制造完成后
，可能由于封裝的需要對(duì)芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而延長(zhǎng)了產(chǎn)品研發(fā)周期和工藝成本
，有時(shí)甚至不可能。
具體而言
，大功率LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)包括：
�
。ㄒ唬┑蜔嶙璺庋b工藝
對(duì)于現(xiàn)有的LED光效水平而言
，由于輸入電能的80％左右轉(zhuǎn)變成為熱量
，且LED芯片面積小，因此
，芯片散熱是LED封裝必須解決的關(guān)鍵問題
。主要包括芯片布置、封裝材料選擇（基板材料、熱界面材料）與工藝、熱沉設(shè)計(jì)等
。
LED封裝熱阻主要包括材料（散熱基板和熱沉結(jié)構(gòu)）內(nèi)部熱阻和界面熱阻
。散熱基板的作用就是吸收芯片產(chǎn)生的熱量，并傳導(dǎo)到熱沉上
，實(shí)現(xiàn)與外界的熱交換
。常用的散熱基板材料包括硅、金屬（如鋁
，銅）、陶瓷（如Al2O3
，AlN
，SiC）和復(fù)合材料等。如Nichia公司的第三代LED采用CuW做襯底
，將1mm芯片倒裝在CuW襯底上，降低了封裝熱阻
，提高了發(fā)光功率和效率；Lamina Ceramics公司則研制了低溫共燒陶瓷金屬基板
，并開發(fā)了相應(yīng)的LED封裝技術(shù)
。該技術(shù)首先制備出適于共晶焊的大功率LED芯片和相應(yīng)的陶瓷基板，然后將LED芯片與基板直接焊接在一起
。由于該基板上集成了共晶焊層、靜電保護(hù)電路
、驅(qū)動(dòng)電路及控制補(bǔ)償電路，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
，而且由于材料熱導(dǎo)率高
，熱界面少，大大提高了散熱性能
，為大功率LED陣列封裝提出了解決方案。
在LED使用過程中
，輻射復(fù)合產(chǎn)生的光子在向外發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的損失，主要包括三個(gè)方面：芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)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損失
；以及由于入射角大于全反射臨界角而引起的全反射損失。因此
，很多光線無法從芯片中出射到外部
。通過在芯片表面涂覆一層折射率相對(duì)較高的透明膠層(灌封膠)
，由于該膠層處于芯片和空氣之間，從而有效減少了光子在界面的損失
，提高了取光效率
。此外，灌封膠的作用還包括對(duì)芯片進(jìn)行機(jī)械保護(hù)
，應(yīng)力釋放，并作為一種光導(dǎo)結(jié)構(gòu)
。因此，要求其透光率高
，折射率高
，熱穩(wěn)定性好，流動(dòng)性好
，易于噴涂
。為提高LED封裝的可靠性
，還要求灌封膠具有低吸濕性、低應(yīng)力
、耐老化等特性
。目前常用的灌封膠包括環(huán)氧樹脂和硅膠。硅膠由于具有透光率高
，折射率大，熱穩(wěn)定性好
，應(yīng)力小，吸濕性低等特點(diǎn)
，明顯優(yōu)于環(huán)氧樹脂
，在大功率LED封裝中得到廣泛應(yīng)用，但成本較高
。研究表明
，提高硅膠折射率可有效減少折射率物理屏障帶來的光子損失，提高外量子效率
，但硅膠性能受環(huán)境溫度影響較大
。隨著溫度升高，硅膠內(nèi)部的熱應(yīng)力加大
，導(dǎo)致硅膠的折射率降低，從而影響LED光效和光強(qiáng)分布
。
熒光粉的作用在于光色復(fù)合
，形成白光
。其特性主要包括粒度、形狀
、發(fā)光效率
、轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性（熱和化學(xué)）等
，其中，發(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率是關(guān)鍵
。研究表明，隨著溫度上升
，熒光粉量子效率降低,出光減少
，輻射波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生變化，從而引起白光LED色溫
、色度的變化，較高的溫度還會(huì)加速熒光粉的老化
。原因在于熒光粉涂層是由環(huán)氧或硅膠與熒光粉調(diào)配而成
，散熱性能較差，當(dāng)受到紫光或紫外光的輻射時(shí)
，易發(fā)生溫度猝滅和老化
，使發(fā)光效率降低
。此外
，高溫下灌封膠和熒光粉的熱穩(wěn)定性也存在問題。由于常用熒光粉尺寸在1um以上
，折射率大于或等于1.85
，而硅膠折射率一般在1.5左右
。由于兩者間折射率的不匹配，以及熒光粉顆粒尺寸遠(yuǎn)大于光散射極限（30nm）
，因而在熒光粉顆粒表面存在光散射，降低了出光效率
。通過在硅膠中摻入納米熒光粉
，可使折射率提高到1.8以上，降低光散射
，提高LED出光效率（10％-20％）
，并能有效改善光色質(zhì)量。
傳統(tǒng)的熒光粉涂敷方式是將熒光粉與灌封膠混合
，然后點(diǎn)涂在芯片上。由于無法對(duì)熒光粉的涂敷厚度和形狀進(jìn)行精確控制
，導(dǎo)致出射光色彩不一致
，出現(xiàn)偏藍(lán)光或者偏黃光。而Lumileds公司開發(fā)的保形涂層技術(shù)可實(shí)現(xiàn)熒光粉的均勻涂覆
，保障了光色的均勻性
。但研究表明
，當(dāng)熒光粉直接涂覆在芯片表面時(shí)
，由于光散射的存在，出光效率較低
。（
電子硅膠）
1
、引腳式（Lamp）LED封裝
引腳式封裝就是常用的?3－5mm封裝結(jié)構(gòu)。一般用于電流較�
。�20－30mA）
，功率較低（小于0.1W）的LED封裝
。主要用于儀表顯示或指示
，大規(guī)模集成時(shí)也可作為顯示屏。其缺點(diǎn)在于封裝熱阻較大（一般高于100K/W）
，壽命較短
。
2、表面組裝（貼片）式（SMT－LED）封裝
表面組裝技術(shù)（SMT）是一種可以直接將封裝好的器件貼
、焊到PCB表面指定位置上的一種封裝技術(shù)
。具體而言
，就是用特定的工具或設(shè)備將芯片引腳對(duì)準(zhǔn)預(yù)先涂覆了粘接劑和焊膏的焊盤圖形上
，然后直接貼裝到未鉆安裝孔的PCB 表面上
，經(jīng)過波峰焊或再流焊后
，使器件和電路之間建立可靠的機(jī)械和電氣連接
。SMT技術(shù)具有可靠性高、高頻特性好
、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是電子行業(yè)最流行的一種封裝技術(shù)和工藝
。
3
、板上芯片直裝式（COB）LED封裝
COB是Chip On Board（板上芯片直裝）的英文縮寫
，是一種通過Uninwell International -6886系列粘膠劑或焊料將LED芯片直接粘貼到PCB板上，再通過引線鍵合實(shí)現(xiàn)芯片與PCB板間電互連的封裝技術(shù)
。PCB板可以是低成本的FR－4材料（玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂），也可以是高熱導(dǎo)的金屬基或陶瓷基復(fù)合材料（如鋁基板或覆銅陶瓷基板等）
。而引線鍵合可采用高溫下的熱超聲鍵合（金絲球焊）和常溫下的超聲波鍵合（鋁劈刀焊接）
。COB技術(shù)主要用于大功率多芯片陣列的LED封裝
，同SMT相比
，不僅大大提高了封裝功率密度，而且降低了封裝熱阻（一般為6-12W/m.K）
。
4
、系統(tǒng)封裝式（SiP）LED封裝
SiP（System in Package）是近幾年來為適應(yīng)整機(jī)的便攜式發(fā)展和系統(tǒng)小型化的要求
，在系統(tǒng)芯片System on Chip基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型封裝集成方式。對(duì)SiP－LED而言
，不僅可以在一個(gè)封裝內(nèi)組裝多個(gè)發(fā)光芯片
，還可以將各種不同類型的器件（如電源、控制電路
、光學(xué)微結(jié)構(gòu)、傳感器等）集成在一起
，構(gòu)建成一個(gè)更為復(fù)雜的、完整的系統(tǒng)
。同其他封裝結(jié)構(gòu)相比
，SiP具有工藝兼容性好（可利用已有的電子封裝材料和工藝）
，集成度高，成本低
，可提供更多新功能
，易于分塊測(cè)試
，開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)
。按照技術(shù)類型不同，SiP可分為四種：芯片層疊型
，模組型
，MCM型和三維(3D)封裝型。
目前
，高亮度LED器件要代替白熾燈以及高壓汞燈
，必須提高總的光通量
，或者說可以利用的光通量。而光通量的增加可以通過提高集成度
、加大電流密度
、使用大尺寸芯片等措施來實(shí)現(xiàn)。而這些都會(huì)增加LED的功率密度
，如散熱不良，將導(dǎo)致LED芯片的結(jié)溫升高
，從而直接影響LED器件的性能（如發(fā)光效率降低、出射光發(fā)生紅移
，壽命降低等）
。多芯片陣列封裝是目前獲得高光通量的一個(gè)最可行的方案，但是LED陣列封裝的密度受限于價(jià)格
、可用的空間
、電氣連接，特別是散熱等問題
。由于發(fā)光芯片的高密度集成
，散熱基板上的溫度很高
，必須采用有效的熱沉結(jié)構(gòu)和合適的封裝工藝。常用的熱沉結(jié)構(gòu)分為被動(dòng)和主動(dòng)散熱。被動(dòng)散熱一般選用具有高肋化系數(shù)的翅片
，通過翅片和空氣間的自然對(duì)流將熱量耗散到環(huán)境中
。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
，可靠性高，但由于自然對(duì)流換熱系數(shù)較低
，只適合于功率密度較低
，集成度不高的情況。對(duì)于大功率LED封裝
，必須采用主動(dòng)散熱
，如翅片＋風(fēng)扇
、熱管
、液體強(qiáng)迫對(duì)流
、微通道致冷
、相變致冷等。
在系統(tǒng)集成方面
，臺(tái)灣新強(qiáng)光電公司采用系統(tǒng)封裝技術(shù)(SiP)
，并通過翅片＋熱管的方式搭配高效能散熱模塊
，研制出了72W、80W的高亮度白光LED光源
。由于封裝熱阻較低（4.38℃/W），當(dāng)環(huán)境溫度為25℃時(shí)
，LED結(jié)溫控制在60℃以下
，從而確保了LED的使用壽命和良好的發(fā)光性能
。而華中科技大學(xué)則采用COB封裝和微噴主動(dòng)散熱技術(shù)
，封裝出了220W和1500W的超大功率LED白光光源。
晶片鍵合技術(shù)是指芯片結(jié)構(gòu)和電路的制作
、封裝都在晶片上進(jìn)行
，封裝完成后再進(jìn)行切割
，形成單個(gè)的芯片；與之相對(duì)應(yīng)的芯片鍵合是指芯片結(jié)構(gòu)和電路在晶片上完成后，即進(jìn)行切割形成芯片
，然后對(duì)單個(gè)芯片進(jìn)行封裝（類似現(xiàn)在的LED封裝工藝）
。很明顯，晶片鍵合封裝的效率和質(zhì)量更高
。由于封裝費(fèi)用在LED器件制造成本中占了很大比例，因此
，改變現(xiàn)有的LED封裝形式（從芯片鍵合到晶片鍵合）
，將大大降低封裝制造成本。此外
，晶片鍵合封裝還可以提高LED器件生產(chǎn)的潔凈度
，防止鍵合前的劃片、分片工藝對(duì)器件結(jié)構(gòu)的破壞
，提高封裝成品率和可靠性
，因而是一種降低封裝成本的有效手段
。 此外
，對(duì)于大功率
LED封裝，必須在芯片設(shè)計(jì)和封裝設(shè)計(jì)過程中
，盡可能采用工藝較少的封裝形式（Package-less Packaging）
，同時(shí)簡(jiǎn)化封裝結(jié)構(gòu)，盡可能減少熱學(xué)和光學(xué)界面數(shù)
，以降低封裝熱阻
，提高出光效率。
LED硅膠
