led（light emitting diode），發光二極體，簡稱led，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。led的心臟是乙個半導體的晶元，晶元的一端附在乙個支架上，一端是負極，另一端連線電源的正極使整個晶元被封裝材料封裝起來。
大功率led封裝由於結構和工藝複雜，並直接影響到led的使用效能和壽命，一直是近年來的研究熱點，特別是大功率白光led封裝更是研究熱點中的熱點。led封裝的功能主要包括：1.
機械保護，以提高可靠性；2.加強散熱，以降低晶元結溫，提高led效能；3.光學控制，提高出光效率，優化光束分布；4.
供電管理，包括交流/直流轉變，以及電源控制等。
led封裝方法、材料、結構和工藝的選擇主要由晶元結構、光電/機械特性、具體應用和成本等因素決定。經過40多年的發展，led封裝先後經歷了支架式(lamp led)、貼片式(smd led)、功率型led(power led)等發展階段。隨著晶元功率的增大，特別是固態照明技術發展的需求，對led封裝的光學、熱學、電學和機械結構等提出了新的、更高的要求。
為了有效地降低封裝熱阻，提高出光效率，必須採用全新的技術思路來進行封裝設計。
在led使用過程中，輻射復合產生的光子在向外發射時產生的損失，主要包括三個方面：晶元內部結構缺陷以及材料的吸收；光子在出射介面由於折射率差引起的反射損失；以及由於入射角大於全反射臨界角而引起的全反射損失。因此，很多光線無法從晶元**射到外部。
通過在晶元表面塗覆一層折射率相對較高的透明膠層(灌封膠)，由於該膠層處於晶元和空氣之間，從而有效減少了光子在介面的損失，提高了取光效率。此外，灌封膠的作用還包括對晶元進行機械保護，應力釋放，並作為一種光導結構。因此，要求其透光率高，折射率高，熱穩定性好，流動性好，易於噴塗。
為提高led封裝的可靠性，還要求灌封膠具有低吸濕性、低應力、耐老化等特性。目前常用的灌封膠包括環氧樹脂和矽膠。矽膠由於具有透光率高，折射率大，熱穩定性好，應力小，吸濕性低等特點，明顯優於環氧樹脂，在大功率led封裝中得到廣泛應用，但成本較高。
研究表明，提高矽膠折射率可有效減少折射率物理屏障帶來的光子損失，提高外量子效率，但矽膠效能受環境溫度影響較大。隨著溫度公升高，矽膠內部的熱應力加大，導致矽膠的折射率降低，從而影響led光效和光強分布。螢光粉的作用在於光色復合，形成白光。
其特性主要包括粒度、形狀、發光效率、轉換效率、穩定性（熱和化學）等，其中，發光效率和轉換效率是關鍵。研究表明，隨著溫度上公升，螢光粉量子效率降低,出光減少，輻射波長也會發生變化，從而引起白光led色溫、色度的變化，較高的溫度還會加速螢光粉的老化。原因在於螢光粉塗層是由環氧或矽膠與螢光粉調配而成，散熱效能較差，當受到紫光或紫外光的輻射時，易發生溫度猝滅和老化，使發光效率降低。
此外，高溫下灌封膠和螢光粉的熱穩定性也存在問題。由於常用螢光粉尺寸在1um以上，折射率大於或等於1.85，而矽膠折射率一般在1.
5左右。由於兩者間折射率的不匹配，以及螢光粉顆粒尺寸遠大於光散射極限（30nm），因而在螢光粉顆粒表面存在光散射，降低了出光效率。通過在矽膠中摻入奈米螢光粉，可使折射率提高到1.
8以上，降低光散射，提高led出光效率（10％-20％），並能有效改善光色質量。
傳統的螢光粉塗敷方式是將螢光粉與灌封膠混合，然後點塗在晶元上。由於無法對螢光粉的塗敷厚度和形狀進行精確控制，導致出射光色彩不一致，出現偏藍光或者偏黃光。而lumileds公司開發的保形塗層技術可實現螢光粉的均勻塗覆，保障了光色的均勻性。
但研究表明，當螢光粉直接塗覆在晶元表面時，由於光散射的存在，出光效率較低。
超高亮度led的應用面不斷擴大，首先進入特種照明的市場領域，並向普通照明市場邁進。由於led晶元輸入功率的不斷提高，對這些功率型led的封裝技術提出了更高的要求。功率型led封裝技術主要應滿足以下兩點要求：
一是封裝結構要有高的取光效率，其二是熱阻要盡可能低，這樣才能保證功率led的光電效能和可靠性。半導體led若要作為照明光源，常規產品的光通量與白熾燈和螢光燈等通用性光源相比，距離甚遠。因此，led要在照明領域發展，關鍵是要將其發光效率、光通量提高至現有照明光源的等級。
功率型led所用的外延材料採用mocvd的外延生長技術和多量子阱結構，雖然其內量子效率還需進一步提高，但獲得高發光通量的最大障礙仍是晶元的取光效率低。現有的功率型led的設計採用了倒裝焊新結構來提高晶元的取光效率，改善晶元的熱特性，並通過增大晶元面積，加大工作電流來提高器件的光電轉換效率，從而獲得較高的發光通量。除了晶元外，器件的封裝技術也舉足輕重。
關鍵的封裝技術工藝有：
散熱技術傳統的指示燈型led封裝結構，一般是用導電或非導電膠將晶元裝在小尺寸的反射杯中或載片台上，由金絲完成器件的內外連線後用環氧樹脂封裝而成，其熱阻高達250℃/w～300℃/w，新的功率型晶元若採用傳統式的led封裝形式，將會因為散熱不良而導致晶元結溫迅速上公升和環氧碳化變黃，從而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因為迅速的熱膨脹所產生的應力造成開路而失效。
因此，對於大工作電流的功率型led晶元，低熱阻、散熱良好及低應力的新的封裝結構是功率型led器件的技術關鍵。可採用低阻率、高導熱性能的材料粘結晶元；在晶元下部加銅或鋁質熱沉，並採用半包封結構，加速散熱；甚至設計二次散熱裝置，來降低器件的熱阻。在器件的內部，填充透明度高的柔性矽橡膠，在矽橡膠承受的溫度範圍內(一般為-40℃～200℃)，膠體不會因溫度驟然變化而導致器件開路，也不會出現變黃現象。
零件材料也應充分考慮其導熱、散熱特性，以獲得良好的整體熱特性。
為提高器件的取光效率，設計外加的反射杯與多重光學透鏡。功率型led白光技術常見的實現白光的工藝方法有如下三種： (1)藍色晶元上塗上yag螢光粉，晶元的藍色光激發螢光粉發出540nm～560nm的黃綠光，黃綠光與藍色光合成白光。
該方法製備相對簡單，效率高，具有實用性。缺點是布膠量一致性較差、螢光粉易沉澱導致出光面均勻性差、色調一致性不好；色溫偏高；顯色性不夠理想。 (2)rgb三基色多個晶元或多個器件發光混色成白光，或者用藍+黃綠色雙晶元補色產生白光。
只要散熱得法，該方法產生的白光較前一種方法穩定，但驅動較複雜，另外還要考慮不同顏色晶元的不同光衰速度。 (3)在紫外光晶元上塗rgb螢光粉，利用紫光激發螢光粉產生三基色光混色形成白光。由於目前的紫外光晶元和rgb螢光粉效率較低，仍未達到實用階段。
對於大功率led封裝技術的研究開發，封裝企業投入研發的力度(人力和財力)還很不夠，形成國內對封裝技術的開發力量薄弱的局面，封裝的技術水平與國外相比還有相當的差距。
封裝工藝
1.led的封裝的任務
是將外引線連線到led晶元的電極上，同時保護好led晶元，並且起到提高光取出效率的作用。關鍵工序有裝架、壓焊、封裝。
2.led封裝形式
led封裝形式可以說是五花八門，主要根據不同的應用場合採用相應的外形尺寸，散熱對策和出光效果。led按封裝形式分類有lamp-led、top-led、side-led、smd-led、high-power-led等。
3.led封裝工藝流程
4．封裝工藝說明
1.晶元檢驗
鏡檢：材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑（lockhill）
晶元尺寸及電極大小是否符合工藝要求
電極圖案是否完整
2.擴片
由於led晶元在劃片後依然排列緊密間距很小（約0.1mm），不利於後工序的操作。我們採用擴片機對黏結晶元的膜進行擴張，是led晶元的間距拉伸到約0.
6mm。也可以採用手工擴張，但很容易造成晶元掉落浪費等不良問題。
3.點膠
在led支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠。
（對於gaas、sic導電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠晶元，採用銀膠。對於藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光led晶元，採用絕緣膠來固定晶元。）
工藝難點在於點膠量的控制，在膠體高度、點膠位置均有詳細的工藝要求。
由於銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。
4.備膠
和點膠相反，備膠是用備膠機先把銀膠塗在led背面電極上，然後把背部帶銀膠的led安裝在led支架上。備膠的效率遠高於點膠，但不是所有產品均適用備膠工藝。
5.手工刺片
將擴張後led晶元（備膠或未備膠）安置在刺片臺的夾具上，led支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將led晶元乙個乙個刺到相應的位置上。手工刺片和自動裝架相比有乙個好處，便於隨時更換不同的晶元，適用於需要安裝多種晶元的產品.
6.自動裝架
自動裝架其實是結合了沾膠（點膠）和安裝晶元兩大步驟，先在led支架上點上銀膠（絕緣膠），然後用真空吸嘴將led晶元吸起移動位置，再安置在相應的支架位置上。
自動裝架在工藝上主要要熟悉裝置操作程式設計，同時對裝置的沾膠及安裝精度進行調整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對led晶元表面的損傷，特別是蘭、綠色晶元必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷晶元表面的電流擴散層。
7.燒結
燒結的目的是使銀膠固化，燒結要求對溫度進行監控，防止批次性不良。
銀膠燒結的溫度一般控制在150℃，燒結時間2小時。根據實際情況可以調整到170℃，1小時。
絕緣膠一般150℃，1小時。
銀膠燒結烘箱的必須按工藝要求隔2小時（或1小時）開啟更換燒結的產品，中間不得隨意開啟。燒結烘箱不得再其他用途，防止汙染。
8.壓焊
壓焊的目的將電極引到led晶元上，完成產品內外引線的連線工作。
led的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。右圖是鋁絲壓焊的過程，先在led晶元電極上壓上第一點，再將鋁絲拉到相應的支架上方，壓上第二點後扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球，其餘過程類似。
壓焊是led封裝技術中的關鍵環節，工藝上主要需要監控的是壓焊金絲（鋁絲）拱絲形狀，焊點形狀，拉力。
對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題，如金（鋁）絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈刀（鋼嘴）選用、劈刀（鋼嘴）運動軌跡等等。（下圖是同等條件下，兩種不同的劈刀壓出的焊點微觀**，兩者在微觀結構上存在差別，從而影響著產品質量。）我們在這裡不再累述。
9.點膠封裝
led的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種。
基本上工藝控制的難點是氣泡、多缺料、黑點。設計上主要是對材料的選型，選用結合良好的環氧和支架。（一般的led無法通過氣密性試驗）top-led和side-led適用點膠封裝。
手動點膠封裝對操作水平要求很高（特別是白光led），主要難點是對點膠量的控制，因為環氧在使用過程中會變稠。白光led的點膠還存在螢光粉沉澱導致出光色差的問題。
10.灌膠封裝
lamp-led的封裝採用灌封的形式。灌封的過程是先在led成型模腔內注入液態環氧，然後插入壓焊好的led支架，放入烘箱讓環氧固化後，將led從模腔中脫出即成型。
11.模壓封裝
將壓焊好的led支架放入模具中，將上下兩副模具用液壓機合模並抽真空，將固態環氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中，環氧順著膠道進入各個led成型槽中並固化。
12.固化與後固化
固化是指封裝環氧的固化，一般環氧固化條件在135℃，1小時。模壓封裝一般在150℃，4分鐘。
13.後固化
後固化是為了讓環氧充分固化，同時對led進行熱老化。後固化對於提高環氧與支架（pcb）的粘接強度非常重要。一般條件為120℃，4小時。
14.切筋和劃片
由於led在生產中是連在一起的（不是單個），lamp封裝led採用切筋切斷led支架的連筋。smd-led則是在一片pcb板上，需要劃片機來完成分離工作。
15.測試
測試led的光電引數、檢驗外形尺寸，同時根據客戶要求對led產品進行分選。
16.包裝
將成品進行計數包裝。超高亮led需要防靜電包裝。
LED封裝材料知識
led封裝材料主要有環氧樹脂，聚碳酸脂，聚甲基丙烯酸甲脂，玻璃，有機矽材料等高透明材料。其中聚碳酸脂，聚甲基丙烯酸甲脂，玻璃等用作外層透鏡材料 環氧樹脂，改性環氧樹脂，有機矽材料等，主要作為封裝材料，亦可作為透鏡材料。而高效能有機矽材料將成為高階led封裝材料的封裝方向之一。下面將主要介紹有機矽封裝...
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