薄膜芯片技術(shù)嶄露鋒芒
目前，LED芯片技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵在于基底材料和晶圓生長技術(shù)?；撞牧铣藗鹘y(tǒng)的藍寶石材料、硅(Si)、碳化硅(SiC)以外，氧化鋅(ZnO)和氮化鎵(GaN)等也是當(dāng)前研究的焦點。無論是重點照明和整體照明的大功率芯片，還是用于裝飾照明和一些簡單輔助照明的小功率芯片，技術(shù)提升的關(guān)鍵均圍繞如何研發(fā)出更高效率、更穩(wěn)定的芯片。因此，提高LED芯片的效率成為提升LED照明整體技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵。在短短數(shù)年內(nèi)，借助芯片結(jié)構(gòu)、表面粗化、多量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計等一系列技術(shù)的改進，LED在發(fā)光效率出現(xiàn)重大突破，LED芯片結(jié)構(gòu)的發(fā)展如圖1所示。相信隨著該技術(shù)的不斷成熟，LED量子效率將會得到進一步的提高，LED芯片的發(fā)光效率也會隨之攀升。
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圖1 LED芯片結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程
薄膜芯片技術(shù)(Thinfilm)是生產(chǎn)超亮LED芯片的關(guān)鍵技術(shù)，可以減少側(cè)向的出光損失，通過底部反射面可以使得超過97%的光從正面輸出(圖2)，不僅大大提高LED發(fā)光效率，也簡易透鏡的設(shè)計。
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圖2 普通LED和薄技技術(shù)LED的正面出光率比較
三大封裝技術(shù)介紹
高功率LED封裝技術(shù)可區(qū)分為單顆芯片、多芯片整合及芯片板上封裝三大類，以下將進行說明。
發(fā)光效率、散熱、可靠性為單顆芯片封裝優(yōu)勢
單顆芯片封裝是封裝技術(shù)中應(yīng)用最多的，其主要的技術(shù)瓶頸在于芯片的良率、色溫的控制及熒光粉的涂敷技術(shù)，而歐司朗光電半導(dǎo)體的Golden DRAGON Plus LED，采用硅膠封裝，其封裝外型及內(nèi)部簡要結(jié)構(gòu)如圖3所示。該LED具有170度的光束角，能理想地配合二次光學(xué)透鏡或反光杯，其硅膠透鏡有著耐高溫及低衰減的特性。獨特的封裝設(shè)計進一步提升LED的散熱性能，使產(chǎn)品的熱阻控制在每瓦6.5℃左右，有助于降低熱阻。另外，熒光粉的特定配制使LED的色溫覆蓋冷白、中性白和暖白范圍。單芯片封裝的優(yōu)勢在于光效高、易于散熱、易配光及可靠性。
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圖3 歐司朗光電半導(dǎo)體Golden DRAGON Plus LED的封裝外型及內(nèi)部結(jié)構(gòu)
多芯片整合封裝于小體積內(nèi)可達高光通量
多芯片整合組件是目前大功率LED組件最常見的另一種封裝形式，可區(qū)分為小功率和大功率芯片整合組件兩類，前者以六顆低功率芯片整合的1瓦大功率LED組件最典型，此類組件的優(yōu)勢在于成本較低，是目前不少大功率組件的主要制作途徑。大功率芯片結(jié)合以O(shè)STAR SMT系列為代表，其封裝外型如圖4所示，通過優(yōu)化設(shè)計，可使最終產(chǎn)品的熱阻控制在每瓦3.1℃，同時可以驅(qū)動高達15瓦的高功率。該封裝的優(yōu)勢在于在很小的空間內(nèi)達到很高的光通量。
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圖4 歐司朗光電半導(dǎo)體OSTAR SMT LED的封裝外型
COB有效改進散熱缺陷
COB技術(shù)沿用傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)，即直接將LED芯片固定在印刷電路板(PCB)上。利用該技術(shù)，目前已有厚度僅達0.3毫米以下的LED。由于LED芯片直接與PCB板接觸，增加導(dǎo)熱面積，散熱問題得以改善。此封裝形式多以小功率芯片為主。