封裝還可以提高LED芯片的出光效率，并為下游產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用安裝和運輸提供方便。因此，封裝技術(shù)對LED的性能和可靠性發(fā)揮著重要的作用。下面對LED封裝技術(shù)、熒光粉及其在LED封裝中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。
1. LED封裝技術(shù)
根據(jù)不同的應(yīng)用需要，LED的芯片可通過多種封裝方式做成不同結(jié)構(gòu)和外觀的器件，生產(chǎn)出各種色溫、顯色指數(shù)、品種和規(guī)格的LED產(chǎn)品。按封裝是否帶有引腳，LED可分為引腳式封裝和表面貼裝封裝兩種類型。常規(guī)小功率LED的封裝形式主要有：直插式DIP LED、表面貼裝式SMD LED、食人魚Piranha LED和PCB集成化封裝。功率型LED是未來半導(dǎo)體照明的核心，其封裝是人們目前研究的熱點。下面就幾種主要的封裝形式進(jìn)行說明：
(1)引腳式封裝 采用引線架作為各種封裝外型的引腳。圓頭插腳式LED是常用的封裝形式。這種封裝常用環(huán)氧樹脂或硅樹脂作為包封材料，芯片約90%的熱量由引線架傳遞到印刷電路板(PCB)上，再散發(fā)到周圍空氣中。環(huán)氧樹脂的直徑有7mm、5mm、4mm、3mm和2mm等規(guī)格。發(fā)光角(2θ1/2)的范圍可達(dá)18~120°。
(2)表面貼裝封裝 它是繼引腳式封裝之后出現(xiàn)的一種重要封裝形式。它通常采用塑料帶引線片式載體(Plastic Leaded Chip Carrier，PLCC)，將LED芯片放在頂部凹槽處，底部封以金屬片狀引腳。LED采用表面貼裝封裝，較好地解決了亮度，視角，平整度，一致性和可靠性等問題，是目前LED封裝技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。
(3)功率型LED封裝 功率型LED分普通功率LED(小于1W)和瓦級功率LED(1W及以上)兩種。其中，瓦級功率LED是未來照明的核心。單芯片瓦級功率LED最早是由Lumileds公司在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，將倒裝芯片(Flip Chip)用硅載體直接焊在熱沉上，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。
2. 熒光粉
目前白光LED主要通過三種型式實現(xiàn)：1) 采用紅、綠、藍(lán)三色LED組合發(fā)光，即多芯片白光LED;2) 采用藍(lán)光LED芯片和黃色熒光粉，由藍(lán)光和黃光兩色互補得到白光，或用藍(lán)光LED芯片配合紅色和綠色熒光粉，由芯片發(fā)出的藍(lán)光、熒光粉發(fā)出的紅光和綠光三色混合獲得白光;3) 利用紫外LED芯片發(fā)出的近紫外光激發(fā)三基色熒光粉得到白光。后兩種方式獲得的白光LED都需要用到熒光粉，稱為熒光粉轉(zhuǎn)換LED(phosphor converted Light Emitting Diode，pc-LED)，它與多芯片白光LED相比在控制電路、生產(chǎn)成本、散熱等方面具有優(yōu)勢，在目前的LED產(chǎn)品市場上占主導(dǎo)地位。
熒光粉已經(jīng)成為半導(dǎo)體照明技術(shù)中的關(guān)鍵材料之一，它的特性直接決定了熒光粉轉(zhuǎn)換LED的亮度、顯色指數(shù)、色溫及流明效率等性能。目前的黃色熒光粉主要有鈰激活釔鋁石榴石(Y3Al5O12:Ce3+，YAG:Ce)和銪激活堿土金屬硅酸鹽;紅色熒光粉主要有：Ca1-xSrxS:Eu2+、YVO4:Bi3+,Eu3+和M2Si5N8:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)等;綠色熒光粉主要有：SrGa2S4:Eu2+、M2SiO4:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)和MSi2N2O2:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)等;藍(lán)色熒光粉主要有：BaMg2Al16O27:Eu2+、Sr5(PO4)Cl:Eu2+、Ba5SiO4Cl6:Eu2+和LiSrPO4:Eu2+等。
3. 熒光粉在封裝中的應(yīng)用
封裝之前除了需確定封裝結(jié)構(gòu)外，還需選擇好芯片和熒光粉。對于高色溫的冷白光LED通常選用InGaN芯片配合YAG:Ce黃色熒光粉，獲得低色溫的暖白光LED需要在此基礎(chǔ)上添加紅色熒光粉或采用紫外芯片配合三基色熒光粉。LED芯片和熒光粉之間存在一個匹配的問題，只有當(dāng)LED芯片的發(fā)射峰與熒光粉的激發(fā)峰最大程度地重疊時，才能最大限度地發(fā)揮LED芯片和熒光粉的效率。
實際使用的藍(lán)光LED芯片還有很多，發(fā)射波長一般在450nm~470nm之間。因此，我們需要針對每個發(fā)射波長的LED芯片研發(fā)一系列色坐標(biāo)不同的YAG:Ce熒光粉，用于封裝一系列不同色溫的白光LED。對于低色溫白光LED(3300K以下)，YAG:Ce由于缺乏紅光成分不能滿足要求，需要對其進(jìn)行改進(jìn)。比如通過Ce和Pr共摻雜YAG，可使封裝后的白光LED顯色指數(shù)(Ra)達(dá)到83左右。要獲得顯色指數(shù)Ra大于90的白光LED，則需添加紅色熒光粉(如Sr2Si5N8:Eu2+)配合YAG:Ce使用。因此，對于高顯色性低色溫的暖白光LED來說，開發(fā)高效穩(wěn)定的紅色熒光粉是至關(guān)重要的。
