干貨滿滿：多芯片LED封裝的產(chǎn)品應用和光學設計

　　多芯片LED 集成封裝是實現(xiàn)大功率白光LED 照明的方式之一。本文歸納了集成封裝的特點，從產(chǎn)品應用、封裝模式，散熱處理和光學設計幾個方面對其進行了介紹，并分析了集成封裝的發(fā)展趨勢，隨著大功率白光LED 在照明領域的廣泛應用，集成封裝也將得到快速發(fā)展。

　　目前，實現(xiàn)大功率LED 照明的方法有兩種：一是對單顆大功率LED 芯片進行封裝，二是采用多芯片集成封裝。對于前者來說，隨著芯片技術的發(fā)展，尺寸增大，品質提高，可通過大電流驅動實現(xiàn)大功率LED，但同時會受到芯片尺寸的限制，后者具有更大的靈活性和發(fā)展?jié)摿Γ筛鶕?jù)照度不同來改變芯片的數(shù)量，同時它具有較高的性價比，使得LED 集成封裝成為LED 封裝的主流方向之一。

　　集成封裝產(chǎn)品的應用

　　據(jù)報道，美國UOE 公司于2001 年推出了采用六角形鋁板作為基板的多芯片組合封裝的Norlux系列LED；Lanina Ceramics 公司于2003 年推出了采用在公司獨有的金屬基板上低溫燒結陶瓷（LTCCM）技術封裝的大功率LED 陣列；松下公司于2003年推出由64 顆芯片組合封裝的大功率白光LED；億光推出的6. 4W、8W、12W 的COB LED 系列光源，采用在MCPCB 基板多芯片集成的方式，減少了熱傳遞距離，降低了結溫。

　　李建勝等在分析LED 日光燈各種技術方案的基礎上，采用COB 工藝，將小功率芯片直接固定在鋁基板上，制成高效散熱的COB LED 日光燈，從2009 年開始已經(jīng)用45000 支LED 日光燈對500 輛世博公交車和近4000 輛城市公交車進行改裝，取代原有熒光燈，得到用戶好評，服務于上海世博會及城市交通。

　　楊朔利用多芯片集成封裝的LED 光源模塊開發(fā)出一款LED 防爆燈，采用了熱管散熱技術。這種LED 防爆燈亮度高，照射距離長，可靠性高，散熱性能好，壽命長。

　　LED 集成封裝的特點

　　集成封裝也稱多晶封裝，是根據(jù)所需功率的大小確定基板底座上LED 芯片的數(shù)目，可組合封裝成1W、2W、3W 等高亮度的大功率LED器件，最后，使用高折射率的材料按光學設計的形狀對芯片進行封裝。

　　集成封裝特有的封裝原理決定了它具有諸多的優(yōu)點，如：（1）就我國而言大功率芯片的研發(fā)處于落后的位置，采用集成封裝不失為一種發(fā)展的捷徑，更符合我國的基本國情；（2）芯片可以設計為串聯(lián)或者并聯(lián)，靈活地適應不同的電壓和電流，便于驅動器的設計，提高光源的光效和可靠性；（3）一定面積的基板上芯片的數(shù)目可以自由控制，根據(jù)客戶的要求，可以封裝成點光源或者面光源，形式多樣；（4）芯片直接基板相連，降低了封裝熱阻，散熱問題易處理。

　　然而，對于集成封裝而言，同樣存在一些不足：（1）由于多芯片集成封裝在一塊基板上，導致所得的光源體積較大；（2）多顆芯片通過串并聯(lián)的方式組合在一起，相對于單顆芯片而言其可靠性較差，將導致整體光源受影響；（3）雖然多芯片封裝相對于單顆同功率大芯片來說，散熱能力強，但由于多顆芯片同時散熱，熱散失程度不同，會引起芯片間的溫度不同，影響壽命，故散熱問題的處理也很關鍵；（4）二次光學的設計問題，多芯片出光角度不同，需要在一次光學設計的基礎上進行二次光學設計，以滿足用戶的要求。

　　集成封裝過程中機械、熱學、光學的研究

　　集成封裝由于其所具有的突出優(yōu)點，已經(jīng)成為了LED 封裝方式的主流方向，近年來引起很多企業(yè)和科研院所的關注并開展了大量的研究，申請了相關的專利，這些都在極大的促進集成封裝技術的發(fā)展。

　?。?）封裝結構模式

　　當前多芯片集成封裝的主流形式就是多顆芯片之間以串并聯(lián)的方式直接與基板相連接，然后對芯片進行獨立封裝或者是封裝于同一透鏡下面。

　　徐向陽等申請的專利中，將多顆芯片直接固晶在鋁基板上，涂覆熒光粉后，再在每顆LED 芯片外面封蓋一個光學透鏡。工藝簡單，封裝材料精簡，同時熱阻降低，光效提高，此外還便于組裝成LED照明燈具產(chǎn)品，相對于同功率的單顆芯片封裝模式而言，COB 模塊化LED 封裝技術具有諸多優(yōu)點。

　　李建勝根據(jù)一般集成封裝中存在的層結合面和較長的熱傳導距離問題提出了一種COB 集成封裝工藝。即在鋁質PCB 集成電路板上刻一些有利于芯片發(fā)光光線擴散的反光腔，將多顆芯片逐一植入腔內，同時在其周圍繪制PCB 線路，將芯片電極引線焊接至此，導通電路，最后在腔周圍堆積壘成環(huán)形圍柵，在其內涂敷硅膠和熒光粉，一次形成一體化的LED COB 組件。這種設計將芯片與散熱器直接相連，減小了結構熱阻，散熱效果遠好于普通封裝結構，提高了LED 的出光率。