半導(dǎo)體照明LED封裝技術(shù)與可靠性

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關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體照明半導(dǎo)體技術(shù)LED封裝

LED技術(shù)

一.引言

全球性的能源短缺和環(huán)境污染在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的中國表現(xiàn)得尤為突出，節(jié)能和環(huán)保是中國實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所急需解決的問題。每年照明電能消耗約占全部電能消耗的12%~15%，作為能源消耗的大戶，必須盡快尋找可以替代傳統(tǒng)光源的新一代節(jié)能環(huán)保光源。LED以其較之于傳統(tǒng)照明光源所沒有的優(yōu)勢，諸如較低的功率需求、較好的驅(qū)動(dòng)特性、較快的響應(yīng)速度、較高的抗震能力、較長的使用壽命、綠色環(huán)保以及不斷快速提高的發(fā)光效率等，成為目前世界上最有可能替代傳統(tǒng)光源的新一代光源。雖然半導(dǎo)體照明事業(yè)才剛剛起步，照明用LED還有很多問題要解決，但是，隨著化合物半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛突破和封裝技術(shù)的不斷提高，LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用開始形成并逐步擴(kuò)大，半導(dǎo)體LED固態(tài)光源替代傳統(tǒng)照明光源已是大勢所趨。

半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)鏈由襯底制備、外延生長、芯片制造、LED封裝和照明應(yīng)用等環(huán)節(jié)組成。LED封裝處在產(chǎn)業(yè)鏈的中下游，擔(dān)負(fù)著承前啟后、上下溝通的重任，既要將上游提供的芯片之性能發(fā)揮到極致，又要配合下游照明應(yīng)用的需要封裝出最合適的產(chǎn)品，還要充當(dāng)產(chǎn)業(yè)鏈中信息溝通和反饋的角色。封裝技術(shù)對LED性能的好壞、可靠性的高低，起著至關(guān)重要的作用。LED要作為光源進(jìn)入照明領(lǐng)域，必須比傳統(tǒng)光源有更高的發(fā)光效率、更好的光學(xué)特性、更長的使用壽命和更低的光通量成本，傳統(tǒng)LED的封裝技術(shù)是很難達(dá)到這些要求的。照明用LED的封裝有別于傳統(tǒng)LED，必須采用更高更新的封裝技術(shù)和可靠性控制手段，才能制造出符合照明應(yīng)用要求的LED光源，使其順利進(jìn)入照明領(lǐng)域。

本文通過分析各種照明用LED封裝技術(shù)的優(yōu)劣和影響LED可靠性的因素，指出提高LED可靠性的途徑，并探究可行的半導(dǎo)體照明LED封裝的技術(shù)解決方案。

二.LED封裝概述

2.1LED封裝的一般工藝流程

LED是當(dāng)一定電流通過時(shí)能發(fā)出一定顏色光的一種小型半導(dǎo)體器件。LED的核心是芯片，LED的基本光電特性主要取決于芯片；同時(shí)，封裝對LED的最終性能也起著至關(guān)重要的作用。LED封裝就是將芯片與電極引線、管座和透鏡等組件通過一定的工藝技術(shù)結(jié)合在一起，使之成為可直接使用的發(fā)光器件的過程。LED封裝的一般工藝流程如下：

熒光粉烘烤

透鏡安裝/灌膠成型

膠體烘烤半切初測

二切

測試分檔

檢驗(yàn)包裝熒光粉涂布焊線

固晶烘烤固晶

圖1.LED封裝一般工藝流程（以白光LED為例）

基于照明領(lǐng)域?qū)庠吹囊螅彰饔肔ED的封裝技術(shù)必須有新的變革和發(fā)展，其封裝工藝流程有別于傳統(tǒng)概念的LED。

2.2LED封裝的發(fā)展過程

隨著芯片性能、發(fā)光顏色、外形尺寸和安裝方式的不斷更新進(jìn)步，以及應(yīng)用需求的不斷增加，LED的封裝技術(shù)也在不斷推陳出新。圖2顯示的是LED封裝形式的演變和技術(shù)進(jìn)步的過程。最早封裝的LED直插式LED

食人魚LED

功率形LED通用照明LED圖2.LED封裝形式的進(jìn)程2.3LED的封裝形式

常規(guī)小功率LED的封裝形式主要有：直插式DIPLED、表面貼裝式SMDLED、食人魚PiranhaLED和PCB集成化封裝。功率型LED是未來半導(dǎo)體照明的核心，LED的功率化封裝是本文研究的主要內(nèi)容。

目前功率型LED主要有以下封裝形式：

三.功率型LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)

3.1照明領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體LED光源的要求

傳統(tǒng)LED的光通量與白熾燈和熒光燈等通用光源相比，距離甚遠(yuǎn)。LED要進(jìn)入照明領(lǐng)域，首要任務(wù)是將其發(fā)光效率、光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級。由于LED芯片輸入功率的不斷提高，對功率型LED的封裝技術(shù)提出了更高的要求。針對照明領(lǐng)域?qū)庠吹囊?，照明用功率型LED的封裝面臨著以下挑戰(zhàn)：

①

更高的發(fā)光效率；

②

更高的單燈光通量；

③

更好的光學(xué)特性（光指向性、色溫、顯色性等）；

④

更大的輸入功率；

⑤

更高的可靠性(更低的失效率、更長的壽命等)；

⑥

更低的光通量成本。

這些挑戰(zhàn)的要求在美國半導(dǎo)體照明發(fā)展藍(lán)圖中已充分體現(xiàn)（詳見表1）。我們可以通過改善LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)，來逐步使之實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)指標(biāo)照明用LED2002照明用LED2007照明用LED2012照明用LED2020白熾燈熒光燈發(fā)光效率(lm/W)25751502001685壽命(khr)20>20>100>100110光通量(lm/lamp)252001,0001,5001,2003,400輸入功率(W/lamp)12.76.77.57540每千流明成本($/klm)20020<5<20.41.5單燈成本($/lamp)54<5<30.55顯色指數(shù)(CRI)7580>80>809575可滲透的照明市場低光通量要求領(lǐng)域白熾燈市場熒光燈市場所有照明領(lǐng)域

表1：美國半導(dǎo)體照明發(fā)展藍(lán)圖（OIDA2002.11）3.2提高LED的發(fā)光效率

3.2.1提高發(fā)光效率的途徑

LED的發(fā)光效率是由芯片的發(fā)光效率和封裝結(jié)構(gòu)的出光效率共同決定的。提高LED發(fā)光效率的主要途徑有：

①提高芯片的發(fā)光效率；

②將芯片發(fā)出的光有效地萃取出來；

③將萃取出來的光高效地導(dǎo)出LED管體外；

④提高熒光粉的激發(fā)效率（對白光而言）；

⑤降低LED的熱阻。

3.2.2芯片的選擇

LED的發(fā)光效率主要決定于芯片的發(fā)光效率。隨著芯片制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，芯片的發(fā)光效率在迅速提高。目前發(fā)光效率高的芯片主要有：HP公司的TS類芯片、CREE公司的XB類芯片、WB（waferbonding）類芯片、ITO類芯片、表面粗化芯片和倒裝焊類芯片等等。我們可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求和LED封裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的高發(fā)光效率的芯片進(jìn)行封裝。

3.2.3出光通道的設(shè)計(jì)與材料選擇

芯片選定之后，要提高LED的發(fā)光效率，能否將芯片發(fā)出的光高效地萃取和導(dǎo)出，就顯得非常關(guān)鍵了。

3.2.3.1光的萃取

當(dāng)光線由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，入射光一部分被折射，另一部分被反射。若光線由光密介質(zhì)（折射率n1）射向光疏介質(zhì)（折射率n2），當(dāng)入射角（i1）大于全反射臨界角（ic）時(shí)，折射光線消失，光線全部被反射，如圖21所示。ic=Sin-1n2/n1,n2＜n1，若n2與n1的數(shù)值相差越大，則全反射臨界角（ic）越小，光線越容易發(fā)生全反射現(xiàn)象。

圖21.光線在不同介質(zhì)界面的折射和反射由于芯片的有源層（即發(fā)光層）的折射率較高（GaNn=2.4,GaPn=3.3），如果出光通道與芯片表面接合的物質(zhì)的折射率與之相差較大（如環(huán)氧樹脂為n=1.5），則會導(dǎo)致芯片表面的全反射臨界角較小，芯片發(fā)出的光只有一部分能通過界面逸出被有效利用，相當(dāng)一部分的光因全反射而被困在芯片內(nèi)部，造成萃光效率偏低，直接影響LED的發(fā)光效率。為了提高萃光效率，在選擇與芯片表面接合的物質(zhì)時(shí)，必須考慮其折射率要與芯片表面材料的折射率盡可能相匹配。采用高折射率的柔性硅膠作與芯片表面接合的材料，既可以提高萃光效率，又可以使芯片和鍵合引線得到良好的應(yīng)力保護(hù)。

GaN類倒裝芯片封裝的LED的出光通道折射率變化為：有源層（n=2.4）→藍(lán)寶石（n=1.8）→環(huán)氧樹脂（n=1.5）→空氣（n=1）；GaN類正裝芯片封裝的LED的出光通道折射率變化為：有源層（n=2.4）→環(huán)氧樹脂（n=1.5）→空氣（n=1）。采用倒裝芯片封裝的LED的出光通道折射率匹配比正裝芯片要好，出光效率更高。

3.2.3.2光的導(dǎo)出

（1）設(shè)計(jì)良好的出光通道，使光能夠高效地導(dǎo)出到LED管體外：

①反射腔體的設(shè)計(jì)；

②透鏡的設(shè)計(jì)；

③出光通道中各種不同材料的接合界面設(shè)計(jì)和折射率的匹配；

④盡可能減少出光通道中不必要的光吸收和泄漏現(xiàn)象。

（2）出光通道材料的選擇：

①高的透光率；

②匹配良好的折射率；

③抗UV、防黃變特性；

④高的溫度耐受能力和良好的應(yīng)力特性。

3.2.4熒光粉的使用

就白光LED而言，熒光粉的使用是否合理，對其發(fā)光效率影響較大。首先要選用與芯片波長相匹配的高受激轉(zhuǎn)換效率的熒光粉；其次是選用合適的載體膠調(diào)配熒光粉，并使其以良好的涂布方式均勻而有效地覆蓋在芯片的表面及四周，以達(dá)到最佳的激發(fā)效果。傳統(tǒng)上將熒光膠全部注滿反射杯的做法，不但涂布均勻性得不到保障，而且會在反射腔體中形成熒光粉的漫射分布，造成不必要的光泄漏損失，既影響光色的品質(zhì)，又會使LED光效降低。如圖22、23所示。

圖22.熒光粉傳統(tǒng)涂布方式

圖23.熒光粉薄膜式涂布方式

3.2.5熱阻的降低

LED自身的發(fā)熱使芯片的結(jié)溫升高，導(dǎo)致芯片發(fā)光效率的下降。功率型LED必須要有良好的散熱結(jié)構(gòu)，使LED內(nèi)部的熱量能盡快盡量地被導(dǎo)出和消散，以降低芯片的結(jié)溫，提高其發(fā)光效率。

芯片結(jié)溫（TJ）與環(huán)境溫度（TA）、熱阻（RthJA）和輸入功率（PD）的關(guān)系是：

TJ=TA+RthJAPD在輸入功率PD一定的情況下，熱阻RthJA的大小對結(jié)溫的高低有很大的影響，也就是說，熱阻的高低是LED散熱結(jié)構(gòu)好壞的標(biāo)志。采用優(yōu)良的散熱技術(shù)（將在本文4.3.1中詳述）降低封裝結(jié)構(gòu)的熱阻，將使LED發(fā)光效率的提高得到有效的保障。3.3改善LED的光學(xué)特性

3.3.1光強(qiáng)的空間分布

與傳統(tǒng)光源相比，LED發(fā)出的光有較強(qiáng)的指向性，如果控制得當(dāng)，可以提高整體的照明效率，使照明效果更佳。如何根據(jù)照明應(yīng)用的需要，調(diào)控LED的光強(qiáng)空間分布呢？我們可以通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)。

①清楚了解芯片發(fā)光的分布特點(diǎn)；

②根據(jù)芯片發(fā)光的分布特點(diǎn)和LED最終光強(qiáng)分布的要求設(shè)計(jì)出光通道：

l

反射腔體的設(shè)計(jì)；

l

透鏡的設(shè)計(jì)；

l

光線在出光通道中折射和漫射的考慮；

l

出光通道各部分的幾何尺寸的設(shè)計(jì)和配合。

③選擇合適的出光通道材料和加工工藝。

3.3.2光色的均勻性

3.3.2.1LED白光生成的技術(shù)路線

目前最常用的LED白光生成的技術(shù)路線有如下三條：

①

藍(lán)色芯片+黃色熒光粉（YAG/TAG）_白光；

②

RGB三基色芯片混色_白光，或BY雙芯片互補(bǔ)混色_白光；

③

UV芯片+RGB熒光粉_白光。

其中第三條技術(shù)路線還未達(dá)到實(shí)用階段。第二條技術(shù)路線由于不同顏色芯片的光衰速度不同、芯片的光電參數(shù)匹配有一定困難和驅(qū)動(dòng)電路較為復(fù)雜等原因，只局限于在一些特殊場合里應(yīng)用。第一條技術(shù)路線的工藝方法相對簡單，效率較高，具有實(shí)用性，普遍被白光LED產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)所采用。

第一條技術(shù)路線的工藝方法，是將熒光粉與載體膠混合后涂布到芯片上。在操作過程中，由于載體膠的粘度是動(dòng)態(tài)參數(shù)、熒光粉比重大于載體膠而容易產(chǎn)生沉淀，以及涂布設(shè)備精度等因素的影響，熒光粉的涂布量和均勻性的控制有難度，導(dǎo)致白光顏色的不均勻。

3.3.2.2改善光色均勻性的方法

①

出光通道的設(shè)計(jì)；

②

熒光粉粒度大小的合理選擇；

③

載體膠粘度特性的把握；

④

改進(jìn)熒光膠調(diào)配的工藝方法，防止操作過程中熒光粉在載體膠內(nèi)產(chǎn)生沉降；

⑤

采用高精度的熒光粉涂布設(shè)備，并改良熒光膠涂布的方法和形式（如圖23所示）。

3.3.3色溫與顯色性

色溫點(diǎn)是在黑體輻射軌跡上的，如果光源的色坐標(biāo)（x,y）不在黑體輻射軌跡上，那光源的色溫只能用相關(guān)色溫來表示（如圖24）。光源的色坐標(biāo)越靠近黑體輻射軌跡，其光色越接近傳統(tǒng)光源，其顯色性也越好。傳統(tǒng)光源通常是用色溫來描述其光色的，對白光LED而言，最準(zhǔn)確的光色描述應(yīng)該用色坐標(biāo)值（x,y）來表示。

圖24.

相關(guān)色溫線圖白光LED色溫的調(diào)控主要是通過藍(lán)色芯片波長的選定、熒光粉受激波長的匹配和熒光粉涂布量、均勻性的控制來實(shí)現(xiàn)的。基于第一條LED白光生成技術(shù)路線的機(jī)理和熒光粉的特性，早期傳統(tǒng)的白光LED在高色溫區(qū)域（>5500K）里，色溫的調(diào)控比較容易實(shí)現(xiàn)，顯色性也較好（Ra>80）。而在照明應(yīng)用通常要求的低色溫區(qū)域（2700K～5500K）,傳統(tǒng)白光LED的色溫調(diào)控較難，顯色性也不佳（Ra<80），與照明光源的要求有一定的差距。即使可以生成低色溫的白光，其色坐標(biāo)也偏離黑體輻射軌跡較遠(yuǎn)（通常是在軌跡上方），使其光色不正，顯色性差。要解決這一問題，關(guān)鍵是熒光粉的改良。我們可以通過添加紅色熒光粉，使LED發(fā)出的白光的色坐標(biāo)盡量靠近黑體輻射軌跡，從而改善其光色和顯色性。目前改善白光LED在低色溫區(qū)的顯色性的主要方法有：

①

盡量選用短波長的藍(lán)色芯片（λD<460nm）；

②

分析白光LED發(fā)光譜線的缺陷，選用含有可以彌補(bǔ)這些缺陷的物質(zhì)的合適的熒光粉；

③

改善熒光粉的涂布技術(shù)，保證熒光粉得到充分而均勻的激發(fā)；

④

采用其它具有顯色性優(yōu)勢的白光生成技術(shù)路線。

3.4

提高LED的單燈光通量和輸入功率

目前LED的單燈光通量偏小，獨(dú)立應(yīng)用于照明有較大的局限；其輸入功率也偏小，需要較多的外圍應(yīng)用電路配合。LED要進(jìn)入照明領(lǐng)域，必須提高LED的單燈光通量和輸入功率。

①在輸入功率一定的前提下，提高LED的發(fā)光效率是獲取更大單燈光通量的最直接的途徑；

②采用大面積芯片封裝LED，加大工作電流，可以獲得較高的單燈光通量和輸入功率；

③采用多芯片高密度集成化封裝功率型LED，是目前獲得高單燈光通量和高輸入功率的最常用方法。

在以上途徑中，散熱技術(shù)是關(guān)鍵。提高LED的散熱能力，降低熱阻，是提高LED的單燈光通量和輸入功率得以實(shí)現(xiàn)的根本保障。

3.5

改善LED的可靠性

在實(shí)際應(yīng)用中，人們普遍關(guān)注的LED可靠性問題主要有：死燈、光衰、色移、閃爍和壽命等等，本文將在第四點(diǎn)詳細(xì)討論。

3.6

降低LED的成本

價(jià)格高是半導(dǎo)體LED進(jìn)入照明領(lǐng)域的最終瓶頸。就封裝技術(shù)而言，LED要降低成本，必須解決以下問題：

①成熟可行的技術(shù)路線；

②簡單可靠、易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的工藝方法；

③通用化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)；

④高的產(chǎn)品性能和可靠性；

⑤高的成品率。

四．LED的可靠性

4.1概述

LED要進(jìn)入照明領(lǐng)域，其可靠性是人們關(guān)注的一大焦點(diǎn)。較之傳統(tǒng)的LED，照明LED的輸入功率更大，應(yīng)用環(huán)境和條件更加惡劣和嚴(yán)苛，這對LED封裝的可靠性提出了更高的要求。我們必須仔細(xì)研究LED的失效現(xiàn)象，分析其失效機(jī)理，找出影響LED可靠性的關(guān)鍵因素，從而采取相應(yīng)的可靠性技術(shù)，解決LED的可靠性問題。

4.2

LED的失效分析

4.2.1基本概念

（1）可靠性:元器件在規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。

（2）失效:元器件執(zhí)行規(guī)定的功能的能力的終止。

元器件可靠性的高低（可靠度）可以通過其失效現(xiàn)象出現(xiàn)的頻次（失效率）來描述。

（3）LED的失效類別：

①嚴(yán)重失效：關(guān)鍵的光電參數(shù)改變至LED不能點(diǎn)亮的程度。

②參數(shù)失效：關(guān)鍵光電參數(shù)由初始值改變至超過規(guī)定的程度。

4.2.2

LED的主要失效現(xiàn)象如下表所列：序號失效現(xiàn)象失效類別1開路式短路嚴(yán)重失效2在正常測試條件下光輸出中止嚴(yán)重失效3閃爍嚴(yán)重失效4不正常光衰（壽命變短）參數(shù)失效5色移參數(shù)失效6光指向性變壞參數(shù)失效7電參數(shù)（VF或IR）變壞參數(shù)失效8結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重/參數(shù)失效表2

我們可以通過分析LED的失效模式，找出造成以上這些失效現(xiàn)象的原因。

4.2.3

LED的失效模式

（1）芯片失效：指芯片本身失效或其他原因造成芯片失效，從而引發(fā)LED失效。

（2）封裝失效：指封裝設(shè)計(jì)或生產(chǎn)工藝不當(dāng)而引發(fā)LED失效。

（3）熱過應(yīng)力失效：指由于發(fā)生周期性熱量變化或LED內(nèi)部溫度超過最大額定值而引發(fā)LED失效。

（4）電過應(yīng)力失效：指由于承受了超過額定的電參數(shù)條件或過高的瞬態(tài)電流而引發(fā)LED失效。

（5）裝配失效：指實(shí)際使用過程中由于裝配不當(dāng)而引發(fā)LED失效。

在以上五種失效模式當(dāng)中，任何一種模式起作用，都會引發(fā)LED不同程度的失效，同時(shí)可能連帶引發(fā)其他模式起作用，從而加劇LED的失效。元器件的可靠性由固有可靠性和應(yīng)用可靠性兩部份組成：固有可靠性是指出廠前的設(shè)計(jì)制造過程中決定的元器件本身具有的可靠性特性；應(yīng)用可靠性是指元器件交付使用后，由于電路的工作條件、環(huán)境條件、人為因素等引發(fā)的可靠性問題的特性。芯片失效和封裝失效兩種模式屬于固有可靠性范疇，熱過應(yīng)力失效、電過應(yīng)力失效和裝配失效更多的屬于應(yīng)用可靠性范疇。對LED封裝業(yè)界而言，一方面要努力提高LED的固有可靠性，以最大限度地消除來自于應(yīng)用端的不利因素對LED可靠性的影響；另一方面還要悉心指導(dǎo)應(yīng)用端用好LED，以提高LED的應(yīng)用可靠性。

4.2.4影響LED可靠性的主要因素LED在實(shí)際使用過程中，芯片不良會導(dǎo)致LED直接失效。環(huán)境溫度的變化和LED發(fā)熱在封裝結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力會破壞芯片、金線和電極引腳之間的連接，造成裂痕、機(jī)械性脫落或金線斷裂，導(dǎo)致LED失效。熱過應(yīng)力產(chǎn)生的高溫還會導(dǎo)致芯片發(fā)光效率降低，光衰加快、色移等嚴(yán)重后果，是LED可靠性中需重點(diǎn)關(guān)注的問題。電過應(yīng)力產(chǎn)生的沖擊有可能直接損壞芯片，或造成金線熔斷等現(xiàn)象，致使LED失效。由此可見，影響LED可靠性的因素主要有：芯片的可靠性、機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力和電應(yīng)力等。要提高LED的可靠性，就必須采取相應(yīng)的可靠性技術(shù)，使LED的封裝結(jié)構(gòu)盡可能消除或減少這些因素的影響，或提高抵御這些因素影響的能力。4.3

改善LED可靠性的關(guān)鍵技術(shù)

4.3.1散熱技術(shù)

在LED芯片耗散的能量當(dāng)中，只有小部分（<15%）轉(zhuǎn)化成光，絕大部分（>85%）變成熱。如果不及時(shí)將芯片的發(fā)熱導(dǎo)出并消散，大量的熱量將積聚在LED內(nèi)部，芯片的結(jié)溫將嚴(yán)重升高，發(fā)光效率將急劇下降，可靠性（如壽命、色移等）將變壞。同時(shí)高溫高熱將使LED封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，可能引發(fā)一系列的可靠性問題。所以，解決散熱問題是改善LED可靠性的重中之重。下面以L公司的Lxx封裝S型產(chǎn)品為例，分析LED熱量消耗的路徑，找出散熱技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。

4.3.1.1LED的散熱路徑

與傳統(tǒng)LED不同，Lxx封裝S型產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是將電流通道和主散熱通道分離。LED芯片有源層（發(fā)光區(qū)）產(chǎn)生的熱量，通過以下三條路徑消散：

①

芯片→熒光粉膠層→灌封硅膠→透鏡/管體→環(huán)境

②

芯片→金線→電極引腳/管體→環(huán)境

③

芯片→固晶膠→熱沉→粘合膠→鋁板→環(huán)境

其中第1、2條路徑消散的熱量有限，大部分的熱量是通過第3條路徑消散的，它是LED散熱的主要路徑。

4.3.1.2散熱通道分析

（1）好的散熱通道應(yīng)該具備以下條件：

①

通道盡可能短，環(huán)節(jié)盡可能少；

②

通道材料具有較高的熱傳導(dǎo)能力，即熱傳導(dǎo)系數(shù)較高；

③

通道物質(zhì)的熱傳導(dǎo)能力連續(xù)匹配，避免在通道中形成散熱瓶頸；

④

與環(huán)境接觸的材料熱消散速度快。

（2）在第1條散熱路徑中，熒光粉膠層對散熱的影響最大，故在滿足光學(xué)特性的前提下，應(yīng)盡量選擇導(dǎo)熱率高的載體膠，并盡可能將熒光粉膠層減薄。在選擇灌封膠、透鏡和管體材料的時(shí)候，除了考慮其光學(xué)特性、應(yīng)力變化特性（熱膨脹系數(shù)的匹配）外，應(yīng)更多的考慮其導(dǎo)散熱能力。

（3）第2條散熱路徑實(shí)際上也是LED的電流通道，故除了考慮通道的電流承受能力外，應(yīng)更多地考慮材料的導(dǎo)熱能力。采用大線徑的金線和高導(dǎo)熱的引腳材料是不錯(cuò)的選擇。

（4）在主散熱通道中，除了考慮選擇導(dǎo)熱良好的材料外，還應(yīng)考慮其裝配工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可能性。目前藍(lán)寶石襯底的InGaN芯片主要有正裝和倒裝（flipchip）兩種形式。倒裝芯片的散熱效果要優(yōu)于正裝芯片。

表3是Lxx封裝S型產(chǎn)品主散熱通道各種材料的導(dǎo)熱能力對比（參圖18所示）。名稱芯片有源層倒裝焊球襯底固晶膠熱沉粘合膠散熱板材料InGaNPbSnSi銀膠Cu導(dǎo)熱膠Al導(dǎo)熱系數(shù)（W/mK）170501461.5～254010.5～2.0237表3.主散熱通道材料的導(dǎo)熱能力分析從上表可以看出，雖然Lxx封裝S型產(chǎn)品大功率LED整體的散熱能力良好，Rth<15K/W，但其主散熱通道仍存在瓶頸，還有改善的空間。

①倒裝焊球采用的是PbSn材料，導(dǎo)熱率為50W/mK，熔點(diǎn)較低（<170℃）,在裝配焊接過程中容易因高溫使焊球變形，造成短路或開路，使LED失效，既不便于實(shí)際應(yīng)用操作，又存在環(huán)保問題（含鉛Pb）。目前倒裝芯片的焊球普遍改用金材料