LED封装的新技术、新思路

LED封装的新技术、新思路
2010-11-5 11:51:48 中国半导体照明网梁静行业分类:封装浏览

　　如何解决LED散热问题？如何增加LED出光效率？如何提高LED的可靠性？都是亟待解决的难题。此外，封装尺寸是否越大越好？LED传统封装的设计及结构是否有了新的发展方向？也是企业需要考虑的问题。

　　随着外延芯片技术提升，芯片成本迅速下降，分立式芯片后端工艺、传统封装工艺成为降低成本的主要瓶颈。晶元光电股份有限公司总经理特助、照明应用主持人王希维表示，当封装流明效能达到500lm/$，60W白炽灯的LED替代灯售价就能降到10美元，照明市场才能进入推广阶段。而且封装环节并非没有技术含量，如何解决LED散热问题？如何增加LED出光效率？如何提高LED的可靠性？都是亟待解决的难题。此外，封装尺寸是否越大越好？LED传统封装的设计及结构是否有了新的发展方向？也是企业需要考虑的问题。在中国国际半导体照明展览会暨论坛上，“日本SSL封装新技术探讨”、“先进封装与模组技术分会”、“热管理与可靠性技术”三个分会从不同的角度对这些横亘在LED产业发展道路上的“拦路虎”进行了深入的探讨。

　　目前制约LED封装产业发展的原因，从技术上来说主要包括三个方面：一是关键的封装材料，如固晶材料、硅胶、环氧树脂、荧光粉等性能有待提高；二是大功率LED封装技术的散热问题尚未完全解决；三是针对不同应用场合封装结构的创新不足。

从材料环节解决成本、可靠性、显色性等难题

　　除了芯片制造技术、荧光粉制造技术和散热技术等，LED封装材料（填充或粘接材料）的性能对LED的发光效率、亮度以及寿命等都有显著的影响。使用耐紫外、耐热老化、高折射率、低应力的封装材料，可明显提高照明器件的光输出功率和使用寿命。

　　众所周知，环氧树脂会在紫外线、温度等影响下存在老化问题，日本SANYU REC树脂有限公司董事长A.Okuno表示，新型树脂材料具有很好的热稳定性和抗辐照能力、很强的粘附性，以及高透光率，这种树脂的老化率降低了70%，可用在特有的真空印刷封装系统技术上，产品的热稳定性和耐光老化性都有所提高，而且对于白光LED偏蓝的现象也有所改善。

　　针对焊线工艺（wire bonding），武汉光电国家实验室、华中科技大学微系统研究中心主任刘胜指出，目前普遍采用金线，但金线价格昂贵，导致LED成本升高，而铜线价格低廉，在降低成本方面具有巨大应用潜力。

　　在荧光粉环节，英特美光电执行副总裁与技术总监Yi-Qun Li通过实验证实，铝酸盐绿光荧光粉与氮化物红光荧光粉R630组合，可实现用于普通照明的暖白光LED；YAG、OG450、硅酸盐黄光荧光粉等荧光粉，可实现用于普通照明的冷白光LED。

　　针对采用蓝光LED激发黄色荧光粉产生的暖白光显色指数比较低的问题，中国科学院半导体研究所助理研究员卢鹏志指出，在黄色荧光粉中添加适当比例红色荧光粉，可提高显色指数，但是发光效率会降低。

基板是解决大功率LED散热问题的基础

　　大功率LED的主要散热途径为热接触传导，散热问题的解决应该借由良好的LED封装设计和材料与LED模块设计完美配合，但是散热的基础还是在于基板。常见基板通常有四类：传统且非常成熟的PCB、发展中的金属核基板(MCPCB)、以陶瓷材料为主的陶瓷基板(Ceramic)、覆铜陶瓷基板(DBC)。采用AlN、SiC、BeO等绝缘材料为主的陶瓷基板是业内推崇的方向。日本株式会社德山经理Y. Kanechika认为，AlN材料，特别是烧结获得的AlN陶瓷，具有高的热传导和热膨胀系数、高强度和电绝缘，以及良好的透明性，AlN散热基板可应用于高性能大功率器件封装领域。

　　热管理是LED系统效率、可靠性和长期稳定性的关键因素，尽管业界作了许多模拟和仿真工作，但在不影响系统的情况下，测量LED器件真实温度还是一个难题。德国弗劳恩霍夫可靠性和微整合研究院博士Rafael Jordan称，可以使用时间分析高解析度热成像的方法分析高功率LED封装中的热参量，这为系统深入的研究LED的散热问题提供了很好的检测方法。

探寻新的封装结构

　　在半导体产业中，随着芯片技术的提高，封装技术随之发生变革，出现了WLP (Wafer Level Packaging)、SIP（System in Package）等技术。中上游核心技术逐渐涵盖甚至跨越传统封装技术，极大地减少了封装工艺环节和成本。国内外许多专家表示，LED产业也正在处在、或即将处在这个变革期，当芯片的发光效率达到了150 lm/W以上，传统的封装技术势必要发生变革。

　　晶科电子（广州）有限公司董事总经理肖国伟认为，单一芯片封装模式的成本已经越来越接近极限，中高端LED照明的市场会越来越多的采用集成电路技术的大功率LED芯片及光源技术，模组化芯片的趋势将会成为未来的主流方向，因为只有这样才能解决在封装环节中分离器件的成本越来越高，难以再下降的问题。

　　也有专家从成本和应用角度提出COB（chip on board）是未来灯具化设计的主流方向。COB封装的LED模块在底板上安装了多枚LED芯片，使用多枚芯片不仅能够提高亮度，还有助于实现LED芯片的合理配置，降低单个LED芯片的输入电流量以确保高效率。而且这种面光源能在很大程度上扩大封装的散热面积，使热量更容易传导至外壳。此外，COB封装方式再一次引发了大功率LED和小功率LED之争。福建中科万邦何文铭董事长认为，小功率LED的集成化将是未来主流。

　　我国是LED封装大国，全球80%的LED器件封装集中在中国。2009年，我国LED封装产值达到204亿元，预计2010年增长率将超过10%，大功率、SMD产品发展迅速，成为众多企业扩产目标。我国企业的封装技术与世界顶级技术之间的差距在逐步缩小中，并在局部产品居于世界前列。但是白光LED封装技术、大功率LED封装散热技术等核心专利却掌握在国外大厂手中，如果规模化封装生产并大量出口，势必遭遇专利战。以创新的思路设计低成本、高性能的新型封装结构，将是我国封装企业在新一轮竞争中立于不败之地的关键。

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