大功率LED封装介绍

 从电流/温度/光通量关系图可得知，散热对于功率型LED器件是至关重要的。如果不能将电流产生的热量及时的散出，保持PN结的结温度在允许范围内，将无法获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命。
从表一可得知，常用的散热材料中银的导热率最好，但是银导散热板的成本较高不适宜做通用型散热器。而铜的导热率比较接近银，且其成本较银低。铝的导热率虽然低于铜，但胜在综合成本最低，有利于大规模制造。
 
 我们经过两年的实验对比发现较为合适的做法是：连接芯片部分采用铜基或银基热沉，再将该热沉连接在铝基散热器上采用阶梯型导热结构，利用铜或银的高导热率将芯片产生的热量高效传递到铝基散热器，再通过铝基散热器将热量散出（通过风冷或热传导方式散出）。
 
 这种做法的优点是：充分考虑散热器性能价格比，将不同特点的散热器结合在一起做到高效散热、并且成本控制合理化。
 
 值得注意的是：连接铜基热沉与芯片之间的材料选择是十分重要的，LED行业常用的芯片连接材料为银胶。但是，我们经过研究发现，银胶的热阻极高为：10-25W/（m.K）,如果采用银胶作为连接材料，就等于人为的在芯片与热沉之间加上了一道热阻。另外银胶固化后的内部基本结构为：环氧树脂骨架+银粉填充式导热导电结构，这样的结构热阻极高且TG点较低，对器件的散热与物理特性稳定极为不利。我们解决此问题的做法是：以锡片焊作为晶粒与热沉之间的连接材料（锡的导热系数67W/m.K）可以取得较为理想的导热效果（热阻约为16℃/W）,锡的导热效果与物理特性远优于银胶。
 
 3.2出光
 
 我们发现传统的LED器件封装方式只能利用芯片发出的约50%的光能，由于半导体与封闭环氧的折射率相差较大，致使内部的全反射临界角很小，有源层产生的光只有小部分被取出，大部分在芯片内部经多次反射而被吸收，成为超高亮度LED芯片取光效率很低的根本原因。如何将内部不同材料间折射、反射消耗掉的50%的光能加以利用，是设计出光系统的关键。
 通过芯片的倒装技术（FLIP CHIP）可以比传统的LED芯片封装技术得到更多的有效出光。但是，如果不在芯片的发光层之电极下方增加反射层来反射出浪费的光能则会造成约8%的光损失。所以底板材料上必须增加反射层。芯片侧面的光也必须利用热沉的镜面加工法加以反射出，增加器件的出光率。而且在倒装芯片的蓝宝石衬底部份（Sapphire）与环氧树脂导光结合面上应加上一层硅胶材料以改善芯片出光的折射率。
 
 经过上述光学封装技术的改善，可以大幅度的提高大功率LED器件的出光率（光通量）。