大功率LED照明的實際應(yīng)用范疇很廣，在很多場景下都需要大功率LED照明。為增進大家對大功率LED照明的認識，本文將對大功率LED照明在封裝過程中需要考慮的問題予以介紹。如果你對大功率LED照明具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

從實際應(yīng)用的角度來看，安裝使用簡單、體積相對較小的大功率LED器件在大部分的照明應(yīng)用中必將取代傳統(tǒng)的小功率LED器件。由小功率LED組成的照明燈具為了滿足照明的需要，必須集中許多個LED的光能才能達到設(shè)計要求，但帶來的缺點是線路異常復(fù)雜、散熱不暢，為了平衡各個LED之間的電流、電壓關(guān)系，必須設(shè)計復(fù)雜的供電電路。相比之下，大功率單體LED的功率遠大于若干個小功率LED的功率總和，供電線路相對簡單，散熱結(jié)構(gòu)完善，物理特性穩(wěn)定。所以說，大功率LED器件的封裝方法和封裝材料并不能簡單地套用傳統(tǒng)的小功率LED器件的封裝方法與封裝材料。大的耗散功率、大的發(fā)熱量以及高的出光效率，給LED封裝工藝、封裝設(shè)備和封裝材料提出了新的更高的要求。

大功率LED封裝中主要需考慮的問題有：

① 散熱。散熱對于功率型LED器件來說是至關(guān)重要的。如果不能將電流產(chǎn)生的熱量及時地散出，保持PN結(jié)的結(jié)溫在允許范圍內(nèi)，將無法獲得穩(wěn)定的光輸出和維持正常的器件壽命。

在常用的散熱材料中銀的導(dǎo)熱率最高，但是銀的成本較高，不適宜作通用型散熱器。銅的導(dǎo)熱率比較接近銀，且其成本較銀低。鋁的導(dǎo)熱率雖然低于銅，但其綜合成本最低，有利于大規(guī)模制造。

經(jīng)過實驗對比發(fā)現(xiàn)較為合適的做法是：連接芯片部分采用銅基或銀基熱襯，再將該熱襯連接在鋁基散熱器上，采用階梯型導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，利用銅或銀的高導(dǎo)熱率將芯片產(chǎn)生的熱量高效地傳遞給鋁基散熱器，再通過鋁基散熱器將熱量散出(通過風(fēng)冷或熱傳導(dǎo)方式散出)。這種做法的優(yōu)點是：充分考慮散熱器的性價比，將不同特點的散熱器結(jié)合在一起，做到高效散熱并使成本控制合理化。

應(yīng)注意的是：連接銅基熱襯與芯片的材料的選擇是十分重要的，LED行業(yè)常用的芯片連接材料為銀膠。但是，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，銀膠的熱阻為10~25W/(m·K)，如果采用銀膠作為連接材料，就等于人為地在芯片與熱襯之間加上一道熱阻。另外，銀膠固化后的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)為環(huán)氧樹脂骨架+銀粉填充式導(dǎo)熱導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的熱阻極高且TG點較低，對器件的散熱與物理特性的穩(wěn)定極為不利。解決此問題的做法是：以錫片焊作為晶粒與熱襯之間的連接材料[錫的導(dǎo)熱系數(shù)為67W/(m·K)]，可以獲得較為理想的導(dǎo)熱效果(熱阻約為16℃/W)。錫的導(dǎo)熱效果與物理特性遠優(yōu)于銀膠。

② 出光。傳統(tǒng)的LED器件封裝方式只能利用芯片發(fā)出的約50%的光能，由于半導(dǎo)體與封閉環(huán)氧樹脂的折射率相差較大，致使內(nèi)部的全反射臨界角很小，有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分光在芯片內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，這是超高亮度LED芯片取光效率很低的根本原因。如何將內(nèi)部不同材料間折射、反射消耗的50%光能加以利用，是設(shè)計出光系數(shù)的關(guān)鍵。

通過芯片的倒裝技術(shù)(Flip Chip)可以比傳統(tǒng)的LED芯片封裝技術(shù)得到更多的有效出光。但是，如果說不在芯片的發(fā)光層與電極下方增加反射層來反射出浪費的光能，則會造成約8%的光損失，所以在底板材料上必須增加反射層。芯片側(cè)面的光也必須利用熱襯的鏡面加工法加以反射出，增加器件的出光率。而且在倒裝芯片的藍寶石襯底部分與環(huán)氧樹脂導(dǎo)光結(jié)合面上應(yīng)加上一層硅膠材料，以改善芯片出光的折射率。

經(jīng)過上述光學(xué)封裝技術(shù)的改善，可以大幅度提高大功率LED器件的出光率(光通量)。大功率LED器件頂部透鏡的光學(xué)設(shè)計也是十分重要的，通常的做法是：在進行光學(xué)透鏡設(shè)計時應(yīng)充分考慮最終照明器具的光學(xué)設(shè)計要求，盡量配合應(yīng)用照明器具的光學(xué)要求進行設(shè)計。

常用的透鏡形狀有：凸透鏡、凹錐透鏡、球鏡、菲涅爾透鏡以及組合式透鏡等。透鏡與大功率LED器件的理想裝配方法是采取氣密性封裝，如果受透鏡形狀所限，也可采取半氣密性封裝。透鏡材料應(yīng)選擇高透光率的玻璃或亞克力等合成材料，也可以采用傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂模組式封裝，加上二次散熱設(shè)計也基本可以達到提高出光率的效果。

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