電子封裝主要涉及光、熱、電、結(jié)構(gòu)與工藝等方面。這些因素彼此既相互獨(dú)立，又相互影響。其中，光是LED電子封裝的目的，熱是關(guān)鍵，電、結(jié)構(gòu)與工藝是手段，而性能是電子封裝水平的具體體現(xiàn)。從工藝兼容性及降低生產(chǎn)成本而言，電子封裝設(shè)計(jì)應(yīng)與芯片設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，即芯片設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮到電子封裝結(jié)構(gòu)和工藝。否則，等芯片制造完成后，可能由于電子封裝的需要對(duì)芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而延長(zhǎng)了電子產(chǎn)品研發(fā)周期和工藝成本，有時(shí)甚至不可能。 

        具體而言，電子封裝的關(guān)鍵技術(shù)有下列幾個(gè)。

（一）低熱阻電子封裝工藝

　　對(duì)于現(xiàn)有的光效水平而言，由于輸入電能的80％左右轉(zhuǎn)變成為熱量，且芯片面積小，因此，芯片散熱是電子封裝必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。主要包括芯片布置、電子封裝材料選擇（基板材料、熱界面材料）與工藝、熱沉設(shè)計(jì)等。

　　電子封裝熱阻主要包括材料（散熱基板和熱沉結(jié)構(gòu)）內(nèi)部熱阻和界面熱阻。散熱基板的作用就是吸收芯片產(chǎn)生的熱量，并傳導(dǎo)到熱沉上，實(shí)現(xiàn)與外界的熱交換。常用的散熱基板材料包括硅、金屬（如鋁，銅）、陶瓷（如，AlN，SiC）和復(fù)合材料等。

　　研究表明，電子封裝界面對(duì)熱阻影響也很大，如果不能正確處理界面，就難以獲得良好的散熱效果。因此，芯片和散熱基板間的熱界面材料（TIM）選擇十分重要。采用低溫或共晶焊料、焊膏或者內(nèi)摻納米顆粒的導(dǎo)電膠作為熱界面材料，可大大降低界面熱阻。

（二）高取光率電子封裝結(jié)構(gòu)與工藝

　　在使用過(guò)程中，輻射復(fù)合產(chǎn)生的光子在向外發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的損失，主要包括三個(gè)方面：芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷以及材料的吸收；光子在出射界面由于折射率差引起的反射損失；以及由于入射角大于全反射臨界角而引起的全反射損失。因此，很多光線(xiàn)無(wú)法從芯片中出射到外部。通過(guò)在芯片表面涂覆一層折射率相對(duì)較高的透明膠層(灌封膠)，由于該膠層處于芯片和空氣之間，從而有效減少了光子在界面的損失，提高了取光效率。此外，灌封膠的作用還包括對(duì)芯片進(jìn)行機(jī)械保護(hù)，應(yīng)力釋放，并作為一種光導(dǎo)結(jié)構(gòu)。因此，要求其透光率高，折射率高，熱穩(wěn)定性好，流動(dòng)性好，易于噴涂。為提高電子封裝的可靠性，還要求灌封膠具有低吸濕性、低應(yīng)力、耐老化等特性。

       目前常用的灌封膠包括環(huán)氧樹(shù)脂和硅膠。硅膠由于具有透光率高，折射率大，熱穩(wěn)定性好，應(yīng)力小，吸濕性低等特點(diǎn)，明顯優(yōu)于環(huán)氧樹(shù)脂，在電子封裝中得到廣泛應(yīng)用，但成本較高。研究表明，提高硅膠折射率可有效減少折射率物理屏障帶來(lái)的光子損失，提高外量子效率，但硅膠性能受環(huán)境溫度影響較大。隨著溫度升高，硅膠內(nèi)部的熱應(yīng)力加大，導(dǎo)致硅膠的折射率降低，從而影響光效和光強(qiáng)分布。

　　熒光粉的作用在于光色復(fù)合，形成白光。其特性主要包括粒度、形狀、發(fā)光效率、轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性（熱和化學(xué)）等，其中，發(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率是關(guān)鍵。

　　總體而言，為提高的出光效率和可靠性，電子封裝膠層有逐漸被高折射率透明玻璃或微晶玻璃等取代的趨勢(shì)，通過(guò)將熒光粉內(nèi)摻或外涂于玻璃表面，不僅提高了熒光粉的均勻度，而且提高了電子封裝效率。此外，減少出光方向的光學(xué)界面數(shù)，也是提高出光效率的有效措施。

（三）陣列電子封裝與系統(tǒng)集成技術(shù)

　　經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，LED電子封裝技術(shù)和結(jié)構(gòu)先后經(jīng)歷了四個(gè)階段。

1、引腳式（Lamp）LED電子封裝

　　引腳式電子封裝就是常用的3－5mm電子封裝結(jié)構(gòu)。一般用于電流較?。?0－30mA），功率較低（小于0.1W）的LED電子封裝。主要用于儀表顯示或指示，大規(guī)模集成時(shí)也可作為顯示屏。其缺點(diǎn)在于電子封裝熱阻較大（一般高于100K/W），壽命較短。

2、表面組裝（貼片）式（SMT－LED）電子封裝

　　表面組裝技術(shù)（SMT）是一種可以直接將電子封裝好的器件貼、焊到PCB表面指定位置上的一種電子封裝技術(shù)。具體而言，就是用特定的工具或設(shè)備將芯片引腳對(duì)準(zhǔn)預(yù)先涂覆了粘接劑和焊膏的焊盤(pán)圖形上，然后直接貼裝到未鉆安裝孔的PCB 表面上，經(jīng)過(guò)波峰焊或再流焊后，使器件和電路之間建立可靠的機(jī)械和電氣連接。SMT技術(shù)具有可靠性高、高頻特性好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是電子行業(yè)最流行的一種電子封裝技術(shù)和工藝。

3、板上芯片直裝式（COB）LED電子封裝

COB是Chip On Board（板上芯片直裝）的英文縮寫(xiě)，是一種通過(guò)粘膠劑或焊料將LED芯片直接粘貼到PCB板上，再通過(guò)引線(xiàn)鍵合實(shí)現(xiàn)芯片與PCB板間電互連的電子封裝技術(shù)。PCB板可以是低成本的FR－4材料（玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂），也可以是高熱導(dǎo)的金屬基或陶瓷基復(fù)合材料（如鋁基板或覆銅陶瓷基板等）。而引線(xiàn)鍵合可采用高溫下的熱超聲鍵合（金絲球焊）和常溫下的超聲波鍵合（鋁劈刀焊接）。COB技術(shù)主要用于大功率多芯片陣列的LED電子封裝，同SMT相比，不僅大大提高了電子封裝功率密度，而且降低了電子封裝熱阻（一般為6-12W/m.K）。

4、系統(tǒng)電子封裝式（SiP）LED電子封裝

SiP（System in Package）是近幾年來(lái)為適應(yīng)整機(jī)的便攜式發(fā)展和系統(tǒng)小型化的要求，在系統(tǒng)芯片System on Chip（SOC）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型電子封裝集成方式。對(duì)SiP－LED而言，不僅可以在一個(gè)電子封裝內(nèi)組裝多個(gè)發(fā)光芯片，還可以將各種不同類(lèi)型的器件（如電源、控制電路、光學(xué)微結(jié)構(gòu)、傳感器等）集成在一起，構(gòu)建成一個(gè)更為復(fù)雜的、完整的系統(tǒng)。同其他電子封裝結(jié)構(gòu)相比，SiP具有工藝兼容性好（可利用已有的電子電子封裝材料和工藝），集成度高，成本低，可提供更多新功能，易于分塊測(cè)試，開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。

（四）電子封裝大生產(chǎn)技術(shù)

　　晶片鍵合（Wafer bonding）技術(shù)是指芯片結(jié)構(gòu)和電路的制作、電子封裝都在晶片（Wafer）上進(jìn)行，電子封裝完成后再進(jìn)行切割，形成單個(gè)的芯片（Chip）；與之相對(duì)應(yīng)的芯片鍵合（Die bonding）是指芯片結(jié)構(gòu)和電路在晶片上完成后，即進(jìn)行切割形成芯片（Die），然后對(duì)單個(gè)芯片進(jìn)行電子封裝（類(lèi)似現(xiàn)在的電子封裝工藝）。很明顯，晶片鍵合電子封裝的效率和質(zhì)量更高。由于電子封裝費(fèi)用在大功率LED器件制造成本中占了很大比例，因此，改變現(xiàn)有的電子封裝形式（從芯片鍵合到晶片鍵合），將大大降低電子封裝制造成本。此外，晶片鍵合電子封裝還可以提高器件生產(chǎn)的潔凈度，防止鍵合前的劃片、分片工藝對(duì)器件結(jié)構(gòu)的破壞，提高電子封裝成品率和可靠性，因而是一種降低電子封裝成本的有效手段。

　　此外，對(duì)于電子封裝，必須在芯片設(shè)計(jì)和電子封裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能采用工藝較少的電子封裝形式（Package-less Packaging），同時(shí)簡(jiǎn)化電子封裝結(jié)構(gòu)，盡可能減少熱學(xué)和光學(xué)界面數(shù)，以降低電子封裝熱阻，提高出光效率。

（五）電子封裝可靠性測(cè)試與評(píng)估

　　器件的失效模式主要包括電失效（如短路或斷路）、光失效（如高溫導(dǎo)致的灌封膠黃化、光學(xué)性能劣化等）和機(jī)械失效（如引線(xiàn)斷裂，脫焊等），而這些因素都與電子封裝結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)。大功率LED的使用壽命以平均失效時(shí)間（MTTF）來(lái)定義，對(duì)于照明用途，一般指的輸出光通量衰減為初始的70％（對(duì)顯示用途一般定義為初始值的50％）的使用時(shí)間。由于LED壽命長(zhǎng)，通常采取加速環(huán)境試驗(yàn)的方法進(jìn)行可靠性測(cè)試與評(píng)估。測(cè)試內(nèi)容主要包括高溫儲(chǔ)存（100℃，1000h）、低溫儲(chǔ)存（－55℃，1000h）、高溫高濕（85℃/85％，1000h）、高低溫循環(huán)（85℃～－55℃）、熱沖擊、耐腐蝕性、抗溶性、機(jī)械沖擊等。然而，加速環(huán)境試驗(yàn)只是問(wèn)題的一個(gè)方面，對(duì)壽命的預(yù)測(cè)機(jī)理和方法的研究仍是有待研究的難題。

結(jié)束語(yǔ)

　　電子封裝是一個(gè)涉及到多學(xué)科（如光學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械、電學(xué)、力學(xué)、材料、半導(dǎo)體等）的研究課題。從某種角度而言，電子封裝不僅是一門(mén)制造技術(shù)，而且也是一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)，良好的電子封裝需要對(duì)熱學(xué)、光學(xué)、材料和工藝力學(xué)等物理本質(zhì)的理解和應(yīng)用。LED電子封裝設(shè)計(jì)應(yīng)與芯片設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，并且需要對(duì)光、熱、電、結(jié)構(gòu)等性能統(tǒng)一考慮。在電子封裝過(guò)程中，雖然材料（散熱基板、熒光粉、灌封膠）選擇很重要，但電子封裝結(jié)構(gòu)（如熱學(xué)界面、光學(xué)界面）對(duì)光效和可靠性影響也很大，白光電子封裝必須采用新材料，新工藝，新思路。對(duì)于燈具而言，更是需要將光源、散熱、供電和燈具等集成考慮。

        深圳市雙翌光電科技有限公司是一家以機(jī)器視覺(jué)為技術(shù)核心，自主技術(shù)研究與應(yīng)用拓展為導(dǎo)向的高科技企業(yè)。公司自成立以來(lái)不斷創(chuàng)新，在智能自動(dòng)化領(lǐng)域研發(fā)出視覺(jué)對(duì)位系統(tǒng)、機(jī)械手視覺(jué)定位、視覺(jué)檢測(cè)、圖像處理庫(kù)等為核心的20多款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。涉及自動(dòng)貼合機(jī)、絲印機(jī)、曝光機(jī)、疊片機(jī)、貼片機(jī)、智能檢測(cè)、智能鐳射等眾多行業(yè)領(lǐng)域。雙翌視覺(jué)系統(tǒng)最高生產(chǎn)精度可達(dá)um級(jí)別，圖像處理精準(zhǔn)、速度快，將智能自動(dòng)化制造行業(yè)的生產(chǎn)水平提升到一個(gè)更高的層次，改進(jìn)了以往落后的生產(chǎn)流程，得到廣大用戶(hù)的認(rèn)可與肯定。隨著智能自動(dòng)化生產(chǎn)的普及與發(fā)展，雙翌將為廣大生產(chǎn)行業(yè)帶來(lái)更全面、更精細(xì)、更智能化的技術(shù)及服務(wù)。