大功率LED封装
一、影响High Power LED热阻的主要因素
结合大功率LED热流模型和结构，我们不难看出，影响大功率 LED热阻的主要因素有：
1. LED晶片的导热能力；
2. 固晶粘合胶的导热能力以及粘合的品质；
3. 器件（包括晶片）热通道的长度；
4. 灌封材料的热导能力；
5. 热沉的热导能力。
二、LED晶片基本结构
1. 正装结构的LED晶片基本结构
传统的蓝宝石衬底的GaN基晶片热通道相对比较长，而且蓝宝石的热导系数较低，使其导热能力较低。
2. 垂直结构的LED晶片基本结构
垂直结构的GaN基晶片热通道相对于传统的正装晶片较短，而且，采用高导热金属材料作为基板，使其具有非常高的热导能力。此外，由于上下电极的结构，从而减少了出光面的金属电极面积，从而更多的光得到有效利用。
三、表征LED系统热性能主要指标—热阻
在稳态时，两节点间单位热功率输运所产生的温度差，则定义为两个节点间的热阻。一般用RthJ-A / R?表示。
式中：
RthJ-A：LED器件PN结到环境之间的热阻；
TJ：LED器件PN结温度；
Ta：器件周围环境温度；
IF：LED标称正向驱动电流；
VF：在标称正向驱动电流下的正向压降。
在LED器件中分别存在着两个相对独立的热系统：
1. 向上的热系统热阻： RθU= RθU1+ RθU2+ RθU3
2. 向下的热系统热阻： RθD= RθD1+ RθD2+ RθD3
四、封装过程中固晶对LED热特性的影响
1. 固晶方式
依据傅里叶方程，可以计算出不同固晶粘结材料，在不同的固晶厚度的情况下，传导热阻：
式中：
Rth：导热材料的传导热阻；
k：导热材料的导热系数；
L：导热材料的在导热方向的距离；
A：导热材料涂敷的横切面积。
2. 粘结材料
以使用40mil的垂直结构晶片为例，分别采用行业内比较优秀的粘结材料，导热系数K=25W/m?K的银胶，和导热系数K=85 W/m?K的银锡合金焊料，固晶厚度均200μm，固晶粘结层的热阻分别为：
而实际上，采用合金焊料固晶粘结，在固化后的厚度(20μm左右)比银浆固晶粘结固化后的厚度(200μm左右)小得多。
3. 固晶作业
在既定的固晶粘结材料下，造成LED个体之间的热应用性能的差异，在封装固晶过程的因素包括：固晶粘结材料的厚度和均匀度、晶片底部粘结材料涂敷的饱和度、晶片的平贴程度等（图6）。
五、封装过程中热沉对LED热特性的影
目前主流的高功率LED的热沉均采用铝和铜，但热沉的加工工艺以及使用方法的控制，才能使LED器件获得更为卓越的热应用，这包括热沉表面的镀银处理和洁净度、热沉上下表面的平整度、热沉与晶片结合的强度等。
因此，基于以上最优秀的工艺组合，量子(Quantum)高功率LED，向下的热系统如图7所示。
六、封装过程中管体对LED热特性的影响
当前高功率LED均采用了有机硅胶进行管体灌封，其主要原因是由于有机硅胶有比环氧树脂具有更优秀的热稳定表现。下图8是采用同种晶片、固晶材料和方式、同种封装结构，仅分别采用了环氧树脂和硅胶灌封的100PCS高功率LED的光衰平均测试值的曲线。
七、被忽略掉的LED器件向上的热系统
当前对高功率LED的热阻的关注焦点几乎都集中在器件向下的热通道中，而忽略了在LED器件中还存在着一个向上的独立的热系统，从而导致器件在使用过程中失效。实际上在LED器件中，这个向上独立的热系统是真实存在的。
1. 高功率LED向上的热系统的热流模型
2. 高功率LED向上的热系统对器件的影响
为了进一步验证这个向上的热系统真实存在，我们进行了以下两组实验：
实验一：采用世界顶级的有机硅胶生产商的两款不同硅胶进行灌封，然后各抽取100PCS进行同条件老化；
实验二：分别对采用硅胶模造和硅胶灌注两种制程的高功率LED进行同条件老化。
两组实验结果表明：
1.不同的硅胶进行灌封，导致其应对光衰的能力也不一样；
2.采用硅胶模造的高功率LED在导热能力上，稍微优于带有PC透镜的高功率LED。
从进行的实验反映出来，高功率LED向上的热通道也正影响着期间的封装和应用。但由于目前无法采集到相关材料的详细准确的热应用数据，因此本文也旨在抛砖引玉，希望引起产、学、研界关注。
八、综述
综上可知，获得卓越热应用能力的高功率LED的关键，要注意如下几点因素：
1. 优秀的产品结构设计；
2. 尽可能短的热通道长度；
3. 低热阻和热稳定性表现优秀的晶片、灌封材料以及荧光粉；
4. 导热能力超强的固晶粘合材料，持续稳定的固晶工艺；
5. 优质的热沉材料，配合精准的加工、处理、安装、使用；
高功率LED在各个领域目前都已经得到广泛应用，但给照明产品一个持续稳定的热应用系统，是推进半导体照明产业关键之一！
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