照明用LED封裝技術發展分析

內容提示：目前所見到的還是將熒光粉漿直接涂敷在芯片上面，同一塊模組的熒光粉還是較一致，但對大批量生產就可能會出現不同的模組用眼睛看出色差來，較好的辦法是使用LED熒光粉薄膜或膜片，薄膜和膜片可以規模化生產，一致性好

　　一、常規現有的封裝方法及應用領域

　　目前LED的封裝方法有：支架排封裝，貼片封裝，模組封裝幾種，這些封裝方法都是我們常見和常用的。

　　支架排封裝是最早采用，用來生產單個LED器件，這就是我們常見的引線型發光二極管（包括食人魚封裝），它適合做儀器指示燈、城市亮化工程，廣告屏，護攔管，交通指示燈，及目前我國應用比較普遍的一些產品和領域。

　　貼片封裝（SMD）是一種無引線封裝，體積小、薄，很適合做手機的鍵盤顯示照明，電視機的背光照明，以及需要照明或指示的電子產品，近年來貼片封裝有向大尺寸和高功率的方向發展，一個貼片內封裝三、四個led芯片，可用于組裝照明產品。模組封裝也是一種多芯片封裝，在氧化鋁或氮化鋁基板上以較小的尺寸、高的封裝密度封裝幾十個或幾百個LED芯片，內部的聯線是混聯型式，即有多個芯片的串聯、又有好幾路的并聯。這種封裝主要是擴大功率，用做照明產品。模組封裝由于封裝的密度較高，應用時產生的熱量大，散熱是解決應用的首要問題。采用以上的封裝方法生產的器件，用于生產照明燈具都有一個共同特點：熱阻的道數較多，難以生產出高質量的照明燈具，且模組本身與散熱器的連接處理要求比較高。目前所有的封裝方法都是將黃色熒光粉（YAG）和環氧樹脂按不同比列混合均勻，直接點到發藍光的LED芯片上，再加熱固化。這種常見的做法優點是節約材料，缺點是不利于散熱、熒光粉也會老化。因為環氧樹脂和熒光粉都不是導熱好的材料，且包裹整個芯片就會影響散熱。對于制造LED照明燈具采用這種方法顯然不是最好的方案。

　　目前國外生產的大功率芯片，0.5瓦以上的白光芯片都是在藍光芯片上涂敷一層均勻的YAG熒光粉漿，外表看去是一粒黃色的立方體，（除用于焊接的二個金墊沒有熒光粉，這種方法比前面常用的方法可提高光效，因此在國外普遍使用。）在封裝時只要將這種白光芯片焊接在設計好的電路板上就可以，省去了涂敷熒光粉的工序。給燈具生產企業帶來了方便，但目前國內生產芯片的供應商還不能大批量生產此類LED白光芯片。

　　我國是較早開發LED路燈的國家，目前在國內使用也不錯，原因是國家重視“低碳經濟”,2009年我國推行十城萬盞LED路燈，很多城市都有實驗路段，以檢驗LED路燈的可行性，我國是以路燈應用為突破，而國外（歐司朗、日亞、三星等公司）則是以室內照明為突破口，這二種路線究竟誰更具有優勢，目前還未見分曉。就我國而言先從LED路燈照明為應用方向，是國情所致，原因是我國國民收入較低，而LED室內照明燈的成本較高，老百姓接受不了。而LED路燈的使用是政府出銀子，LED路燈生產企業正是看中了這一點。其實LED路燈的工作條件比室內LED照明燈具更苛刻，要求更高，如能做到質量過關（散熱、使用壽命、顯色性、可靠性等），那么再來做室內的LED照明燈就比較容易了。目前國外的LED巨頭都在大量推出幾百款甚至上千款的LED室內照明燈具，價格在20-75美元之間，功率從幾瓦到二十瓦。但它們采用的封裝方法都是前面提及的，唯一飛利浦公司，使熒光粉涂敷在LED燈罩上，被評為 2009年最有創意的LED照明產品之一。

　　筆者認為：凡是LED照明燈具其制造都應采用多芯片封裝和模組封裝（模組封裝是一種高密度的多芯片封裝），而且最好是LED芯片直接封裝在燈具主體上，這樣熱阻的道數最少，可以取得較好的散熱效果。或者在燈具主體上制成敷有銅箔的線路體，其熱阻也較低，LED照明的功率至少也要幾瓦以上，所以都是多芯片使用，以往的封裝工藝就不適用，必須采用新的方法和工藝。采用多個封裝好的LED器件來組裝LED燈具，很難造出高質量和高可靠的 LED燈具的，希望從事LED燈具制造的技術人員能明白這一點。

　　二、熒光粉涂敷工藝的創新

　　模組封裝的熒光粉涂敷，目前所見到的還是將熒光粉漿直接涂敷在芯片上面，同一塊模組的熒光粉還是較一致，但對大批量生產就可能會出現不同的模組用眼睛看出色差來，較好的辦法是使用LED熒光粉薄膜或膜片，薄膜和膜片可以規模化生產，一致性好，LED燈都是多芯片封裝，發出的光互相混合，經過熒光粉膜或膜片轉換為白光，其色差可以消除。對薄膜和膜片的要求是：

　　1、能透過光線，厚度在0.1----0.5mm之間，熒光粉均勻，外觀平整。

　　2、光轉化效率要高，穩定性要好，壽命長，抗老化性好。

　　3、可做成有片基的和無片基的，做成薄片也可，看實施條件和成本。對片基要求是無色透明抗老化好。

　　4、加工成型方便，尺寸任意裁剪，成本低。

　　還有一種方法是將熒光粉和透明塑料按比例混合，通過注塑機和模具，直接生產出帶熒光粉的燈罩來，由燈罩將藍光轉換成白光。這樣就更省事和更方便，由于燈罩轉換的是混合的藍光，故輸出的白光是沒有色差，而且光線比較柔和不會產生眩光。

　　三、為了較好解決LED散熱的難題，應該將燈具設計和封裝一并考慮，將封裝和LED散熱的散熱片做成一個整體，有效減少熱阻的道數，這是一種很有效和提高燈具散熱的辦法。

　　目前市面上的LED日光燈都不帶散熱片，這樣的燈具是無法做到高功率和高質量以及長壽命。正確的產品設計應該將散熱片一并考慮，工業化生產是將LED日光燈的散熱器，用模具擠壓出半圓帶翅片的鋁型材，再根據功率的大小裁切出需要的長度，然后制出鋁基銅箔線路，將芯片固定在銅箔上，打金線連接或用幫定機幫定。這樣的燈具散熱效果好，只有二道熱阻，比常用的封裝方法少一到二道熱阻，有效降低芯片的溫度，對提高LED日光燈質量和壽命都能起到作用。

　　另外一種方法是在鋁型材上設計出突條，根據需要銑出許多長方形，在用普通（0.8-1.0mm厚）pcb線路板按照鋁型材的長方形開長方孔，將pcb線路板粘貼或鉚合在鋁型材上，LED芯片則固定在鋁型材上的長方形突臺上，再用金線將PCB板上的線路和芯片相連。這種生產工藝最好，熱阻只有一道，散熱效果最好，生產LED燈具的廠家應優先采用這種方案，其次是再鋁型材上做銅箔線路的方法。只有這樣的創新，才能有效的解決LED長條形燈具的散熱問題，也才能提高LED日光燈的質量和壽命。