照明用LED封装技术发展分析

内容提示：目前所见到的还是将荧光粉浆直接涂敷在芯片上面，同一块模组的荧光粉还是较一致，但对大批量生产就可能会出现不同的模组用眼睛看出色差来，较好的办法是使用LED荧光粉薄膜或膜片，薄膜和膜片可以规模化生产，一致性好

　　一、常规现有的封装方法及应用领域

　　目前LED的封装方法有：支架排封装，贴片封装，模组封装几种，这些封装方法都是我们常见和常用的。

　　支架排封装是最早采用，用来生产单个LED器件，这就是我们常见的引线型发光二极管（包括食人鱼封装），它适合做仪器指示灯、城市亮化工程，广告屏，护拦管，交通指示灯，及目前我国应用比较普遍的一些产品和领域。

　　贴片封装（SMD）是一种无引线封装，体积小、薄，很适合做手机的键盘显示照明，电视机的背光照明，以及需要照明或指示的电子产品，近年来贴片封装有向大尺寸和高功率的方向发展，一个贴片内封装三、四个led芯片，可用于组装照明产品。模组封装也是一种多芯片封装，在氧化铝或氮化铝基板上以较小的尺寸、高的封装密度封装几十个或几百个LED芯片，内部的联线是混联型式，即有多个芯片的串联、又有好几路的并联。这种封装主要是扩大功率，用做照明产品。模组封装由于封装的密度较高，应用时产生的热量大，散热是解决应用的首要问题。采用以上的封装方法生产的器件，用于生产照明灯具都有一个共同特点：热阻的道数较多，难以生产出高质量的照明灯具，且模组本身与散热器的连接处理要求比较高。目前所有的封装方法都是将黄色荧光粉（YAG）和环氧树脂按不同比列混合均匀，直接点到发蓝光的LED芯片上，再加热固化。这种常见的做法优点是节约材料，缺点是不利于散热、荧光粉也会老化。因为环氧树脂和荧光粉都不是导热好的材料，且包裹整个芯片就会影响散热。对于制造LED照明灯具采用这种方法显然不是最好的方案。

　　目前国外生产的大功率芯片，0.5瓦以上的白光芯片都是在蓝光芯片上涂敷一层均匀的YAG荧光粉浆，外表看去是一粒黄色的立方体，（除用于焊接的二个金垫没有荧光粉，这种方法比前面常用的方法可提高光效，因此在国外普遍使用。）在封装时只要将这种白光芯片焊接在设计好的电路板上就可以，省去了涂敷荧光粉的工序。给灯具生产企业带来了方便，但目前国内生产芯片的供应商还不能大批量生产此类LED白光芯片。

　　我国是较早开发LED路灯的国家，目前在国内使用也不错，原因是国家重视“低碳经济”,2009年我国推行十城万盏LED路灯，很多城市都有实验路段，以检验LED路灯的可行性，我国是以路灯应用为突破，而国外（欧司朗、日亚、三星等公司）则是以室内照明为突破口，这二种路线究竟谁更具有优势，目前还未见分晓。就我国而言先从LED路灯照明为应用方向，是国情所致，原因是我国国民收入较低，而LED室内照明灯的成本较高，老百姓接受不了。而LED路灯的使用是政府出银子，LED路灯生产企业正是看中了这一点。其实LED路灯的工作条件比室内LED照明灯具更苛刻，要求更高，如能做到质量过关（散热、使用寿命、显色性、可靠性等），那么再来做室内的LED照明灯就比较容易了。目前国外的LED巨头都在大量推出几百款甚至上千款的LED室内照明灯具，价格在20-75美元之间，功率从几瓦到二十瓦。但它们采用的封装方法都是前面提及的，唯一飞利浦公司，使荧光粉涂敷在LED灯罩上，被评为 2009年最有创意的LED照明产品之一。

　　笔者认为：凡是LED照明灯具其制造都应采用多芯片封装和模组封装（模组封装是一种高密度的多芯片封装），而且最好是LED芯片直接封装在灯具主体上，这样热阻的道数最少，可以取得较好的散热效果。或者在灯具主体上制成敷有铜箔的线路体，其热阻也较低，LED照明的功率至少也要几瓦以上，所以都是多芯片使用，以往的封装工艺就不适用，必须采用新的方法和工艺。采用多个封装好的LED器件来组装LED灯具，很难造出高质量和高可靠的 LED灯具的，希望从事LED灯具制造的技术人员能明白这一点。

　　二、荧光粉涂敷工艺的创新

　　模组封装的荧光粉涂敷，目前所见到的还是将荧光粉浆直接涂敷在芯片上面，同一块模组的荧光粉还是较一致，但对大批量生产就可能会出现不同的模组用眼睛看出色差来，较好的办法是使用LED荧光粉薄膜或膜片，薄膜和膜片可以规模化生产，一致性好，LED灯都是多芯片封装，发出的光互相混合，经过荧光粉膜或膜片转换为白光，其色差可以消除。对薄膜和膜片的要求是：

　　1、能透过光线，厚度在0.1----0.5mm之间，荧光粉均匀，外观平整。

　　2、光转化效率要高，稳定性要好，寿命长，抗老化性好。

　　3、可做成有片基的和无片基的，做成薄片也可，看实施条件和成本。对片基要求是无色透明抗老化好。

　　4、加工成型方便，尺寸任意裁剪，成本低。

　　还有一种方法是将荧光粉和透明塑料按比例混合，通过注塑机和模具，直接生产出带荧光粉的灯罩来，由灯罩将蓝光转换成白光。这样就更省事和更方便，由于灯罩转换的是混合的蓝光，故输出的白光是没有色差，而且光线比较柔和不会产生眩光。

　　三、为了较好解决LED散热的难题，应该将灯具设计和封装一并考虑，将封装和LED散热的散热片做成一个整体，有效减少热阻的道数，这是一种很有效和提高灯具散热的办法。

　　目前市面上的LED日光灯都不带散热片，这样的灯具是无法做到高功率和高质量以及长寿命。正确的产品设计应该将散热片一并考虑，工业化生产是将LED日光灯的散热器，用模具挤压出半圆带翅片的铝型材，再根据功率的大小裁切出需要的长度，然后制出铝基铜箔线路，将芯片固定在铜箔上，打金线连接或用帮定机帮定。这样的灯具散热效果好，只有二道热阻，比常用的封装方法少一到二道热阻，有效降低芯片的温度，对提高LED日光灯质量和寿命都能起到作用。

　　另外一种方法是在铝型材上设计出突条，根据需要铣出许多长方形，在用普通（0.8-1.0mm厚）pcb线路板按照铝型材的长方形开长方孔，将pcb线路板粘贴或铆合在铝型材上，LED芯片则固定在铝型材上的长方形突台上，再用金线将PCB板上的线路和芯片相连。这种生产工艺最好，热阻只有一道，散热效果最好，生产LED灯具的厂家应优先采用这种方案，其次是再铝型材上做铜箔线路的方法。只有这样的创新，才能有效的解决LED长条形灯具的散热问题，也才能提高LED日光灯的质量和寿命。