美國LumiLEDs公司研制出了Luxeon系列大功率LED單芯片封裝結(jié)構(gòu)，這種功率型單芯片LED封裝結(jié)構(gòu)與常規(guī)的Φ5mm LED封裝結(jié)構(gòu)全然不同，它是將正面出光的LED芯片直接焊接在熱襯上，或?qū)⒈趁娉龉獾腖ED芯片先倒裝在具有焊料凸點的硅載體上，然后再將其焊接在熱襯上，使大面積芯片在大電流下工作的熱特性得到改善。這種封裝對于取光效率、散熱性能和電流密度的設(shè)計都是最佳的，其主要特點有：

① 熱阻低。傳統(tǒng)環(huán)氧封裝具有很高的高熱阻，而這種新型封裝結(jié)構(gòu)的熱阻一般僅為14℃/W，可減小至常規(guī)LED的1/20。大功率LED 0.5W 大功率LED 3W 大功率LED 5W 大功率LED 10W 大功率LED 50W

② 可靠性高。內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體，在40~120℃時，不會因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使金絲和框架引線斷開。用這種硅橡膠作為光耦合的密封材料，不會出現(xiàn)普通光學(xué)環(huán)氧樹脂那樣的變黃現(xiàn)象，金屬引線框架也不會因氧化而臟污。

③ 反射杯和透鏡的最佳設(shè)計使輻射可控，光學(xué)效率最高。在應(yīng)用中可將它們組裝在一個帶有鋁夾層的電路板(鋁芯PCB板)上，電路板作為器件電極連接的布線用，鋁芯夾層則可作為功率型LED的熱襯。這樣不僅可獲得較高的光通量，而且還具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。

單芯片瓦級功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的Luxeon LED，該封裝結(jié)構(gòu)的特點是采用熱電分離的形式，將倒裝片用硅載體直接焊接在熱襯上，并采用反射杯、光學(xué)透鏡和柔性透明膠等新結(jié)構(gòu)和新材料，現(xiàn)可提供單芯片1W、3W和5W的大功率LED產(chǎn)品。OSRAM公司于2003年推出單芯片的Golden Dragon系列LED，其結(jié)構(gòu)特點是熱襯與金屬線路板直接接觸，具有很好的散熱性能，而輸入功率可達1W。

功率型LED的多芯片組合封裝

六角形鋁襯底的直徑為3.175cm(1.25英寸)，發(fā)光區(qū)位于其中央部位，直徑約為0.9525cm(0.375英寸)，可容納40個LED芯片。用鋁板作為熱襯，并使芯片的鍵合引線通過在襯底上做成的兩個接觸點與正極和負極連接。根據(jù)所需輸出光功率的大小來確定襯底上排列管芯的數(shù)目，組合封裝的超高亮度芯片包括AlGaInN和AlGaInP，它們的發(fā)射光可為單色、彩色(RGB)、白色(由RGB三基色合成或由藍色和$二元合成)。最后采用高折射率的材料按照光學(xué)設(shè)計形狀進行封裝，不僅取光效率高，而且還能夠使芯片和鍵合的引線得到保護。由40個AlGaInP(AS)芯片組合封裝的LED的流明效率為20lm/W。采用RGB三基色合成白光的組合封裝模塊，當混色比為0：43(R)0：48(G)：0.009(B)時，光通量的典型值為100lm，CCT標準色溫為4420K，色坐標x為0.3612，y為0.3529。由此可見，這種采用常規(guī)芯片進行高密度組合封裝的功率型LED可以達到較高的亮度水平，具有熱阻低、可在大電流下工作和光輸出功率高等特點。LED節(jié)能燈 LED燈具 LED路燈 CREE LED CREE代理商

多芯片組合封裝的大功率LED，其結(jié)構(gòu)和封裝形式較多。美國UOE公司于2001年推出多芯片組合封裝的Norlux系列LED，其結(jié)構(gòu)是采用六角形鋁板作為襯底。Lanina Ceramics公司于2003年推出了采用公司獨有的金屬基板上低溫燒結(jié)陶瓷(LTCC-M)技術(shù)封裝的大功率LED陣列。松下公司于2003年推出由64只芯片組合封裝的大功率白光LED。日亞公司于2003年推出超高亮度白光LED，其光通量可達600lm，輸出光束為1000lm時，耗電量為30W，最大輸入功率為50W，白光LED模塊的發(fā)光效率達33lm/W。我國臺灣UEC(國聯(lián))公司采用金屬鍵合(Metal Bonding)技術(shù)封裝的MB系列大功率LED的特點是，用Si代替GaAs襯底，散熱效果好，并以金屬粘結(jié)層作為光反射層，提高了光輸出。

功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長、使用壽命等，因此，功率型LED芯片的封裝設(shè)計、制造技術(shù)顯得尤為重要。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。LED燈具

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。LED燈具

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。LED燈具

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。