LED封装技术及荧光粉在封装中的应用

LED封装是将外引线连接到LED芯片的电极上，以便于与其他器件连接。它不仅将用导线将芯片上的电极连接到封装外壳上实现芯片与外部电路的连接，而且将芯片固定和密封起来，以保护芯片电路不受水、空气等物质的侵蚀而造成电气性能降低。另外，封装还可以提高LED芯片的出光效率，并为下游产业的应用安装和运输提供方便。因此，封装技术对LED的性能和可靠性发挥着重要的作用。下面对LED封装技术、荧光粉及其在LED封装中的应用进行介绍。

1. LED封装技术

根据不同的应用需要，LED的芯片可通过多种封装方式做成不同结构和外观的器件，生产出各种色温、显色指数、品种和规格的LED产品。按封装是否带有引脚，LED可分为引脚式封装和表面贴装封装两种类型。常规小功率LED的封装形式主要有：直插式DIP LED、表面贴装式SMD LED、食人鱼Piranha LED和PCB集成化封装。功率型LED是未来半导体照明的核心，其封装是人们目前研究的热点。下面就几种主要的封装形式进行说明：

（1）引脚式封装 采用引线架作为各种封装外型的引脚。圆头插脚式LED是常用的封装形式。这种封装常用环氧树脂或硅树脂作为包封材料，芯片约90%的热量由引线架传递到印刷电路板（PCB）上，再散发到周围空气中。环氧树脂的直径有7mm、5mm、4mm、3mm和2mm等规格。发光角（2θ1/2）的范围可达18~120°。

（2）表面贴装封装 它是继引脚式封装之后出现的一种重要封装形式。它通常采用塑料带引线片式载体（Plastic Leaded Chip Carrier，PLCC），将LED芯片放在顶部凹槽处，底部封以金属片状引脚。LED采用表面贴装封装，较好地解决了亮度，视角，平整度，一致性和可靠性等问题，是目前LED封装技术的一个重要发展方向。

（3）功率型LED封装 功率型LED分普通功率LED（小于1W）和瓦级功率LED（1W及以上）两种。其中，瓦级功率LED是未来照明的核心。单芯片瓦级功率LED最早是由Lumileds公司在1998年推出的LUXEON LED，该封装结构的特点是采用热电分离的形式，将倒装芯片（Flip Chip）用硅载体直接焊在热沉上，并采用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新材料。

2. 荧光粉

目前白光LED主要通过三种型式实现：1) 采用红、绿、蓝三色LED组合发光，即多芯片白光LED；2) 采用蓝光LED芯片和黄色荧光粉，由蓝光和黄光两色互补得到白光，或用蓝光LED芯片配合红色和绿色荧光粉，由芯片发出的蓝光、荧光粉发出的红光和绿光三色混合获得白光；3) 利用紫外LED芯片发出的近紫外光激发三基色荧光粉得到白光。后两种方式获得的白光LED都需要用到荧光粉，称为荧光粉转换LED（phosphor converted Light Emitting Diode，pc-LED），它与多芯片白光LED相比在控制电路、生产成本、散热等方面具有优势，在目前的LED产品市场上占主导地位。

荧光粉已经成为半导体照明技术中的关键材料之一，它的特性直接决定了荧光粉转换LED的亮度、显色指数、色温及流明效率等性能。目前的黄色荧光粉主要有铈激活钇铝石榴石（Y3Al5O12:Ce3+，YAG:Ce）和铕激活碱土金属硅酸盐；红色荧光粉主要有：Ca1-xSrxS:Eu2+、YVO4:Bi3+,Eu3+和M2Si5N8:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)等；绿色荧光粉主要有：SrGa2S4:Eu2+、M2SiO4:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)和MSi2N2O2:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)等；蓝色荧光粉主要有：BaMg2Al16O27:Eu2+、Sr5(PO4)Cl:Eu2+、Ba5SiO4Cl6:Eu2+和LiSrPO4:Eu2+等。

3. 荧光粉在封装中的应用

封装之前除了需确定封装结构外，还需选择好芯片和荧光粉。对于高色温的冷白光LED通常选用InGaN芯片配合YAG:Ce黄色荧光粉，获得低色温的暖白光LED需要在此基础上添加红色荧光粉或采用紫外芯片配合三基色荧光粉。LED芯片和荧光粉之间存在一个匹配的问题，只有当LED芯片的发射峰与荧光粉的激发峰最大程度地重叠时，才能最大限度地发挥LED芯片和荧光粉的效率。