深紫外 LED 的光效主要由外量子效率決定，而外量子效率受內量子效率和光提取效率影響。隨著深紫外 LED 內量子效率不斷提高( ＞80%)，深紫外 LED 光提取效率成為限制深紫外 LED 光效提高的關鍵因素，而深紫外 LED 光提取效率受封裝技術影響較大。深紫外 LED 封裝技術與目前白光 LED 封裝技術有所不同。白光 LED 主要采用有機材料(環氧樹脂、硅膠等) 進行封裝，但由于深紫外光波長短且能量高，有機材料在長時間深紫外光輻射下會發生紫外降解，嚴重影響深紫外LED 的光效和可靠性。因此，深紫外LED封裝環節對于材料的選擇尤其重要。

 

 LED封裝材料主要包括出光材料、散熱基板材料和焊接鍵合材料。其中，出光材料用于芯片發光提取、光調節、機械保護等； 散熱基板用于芯片電互連、散熱與機械支撐等；焊接鍵合材料用于芯片固晶、透鏡鍵合等。

 

1.出光材料：LED 出光結構一般采用透明材料實現光輸出和調節，同時對芯片和線路層起到保護作用。由于有機材料耐熱性差和熱導率低，深紫外LED 芯片產生的熱量會導致有機封裝層溫度升高，長時間高溫下有機材料出現熱降解和熱老化，甚至是不可逆的碳化現象；此外，在高能量紫外光輻射下，有機封裝層會出現透過率下降、微裂紋等不可逆的改變，且隨著深紫外光能量不斷增加，這些問題更為嚴重，使得傳統有機材料難以滿足深紫外 LED 封裝需求?？傮w而言，雖然有報道部分有機材料能夠耐受紫外光，但是由于有機材料耐熱性差和非氣密性，使得有機材料在深紫外 LED 封裝中仍然受限。因此，研究者也在不斷嘗試采用石英玻璃、藍寶石等無機透明材料來封裝深紫外 LED。

 

圖 1 不同波段深紫外 LED 中出現的硅膠層裂紋

圖 2 新型石英透鏡及其深紫外 LED 封裝

 

2.散熱基板材料：目前，LED 散熱基板材料主要有樹脂類、金屬類和陶瓷類。其中樹脂類和金屬類基板均含有有機樹脂絕緣層，這會降低散熱基板的熱導率，影響基板散熱性能；而陶瓷類基板主要包括高溫/低溫共燒陶瓷基板( HTCC /LTCC) 、厚膜陶瓷基板( TPC) 、覆銅陶瓷基板( DBC) 以及電鍍陶瓷基板( DPC)。陶瓷基板具有機械強度高、絕緣性好、導熱性高、耐熱性好、熱膨脹系數小等諸多優勢，廣泛應用于功率器件封裝，特別是大功率LED 封裝。由于深紫外 LED 光效較低，輸入的絕大部分電能轉換為熱量，為了避免過多熱量對芯片造成高溫損傷，需要將芯片產生的熱量及時耗散到周圍環境中，而深紫外 LED 主要依靠散熱基板作為熱傳導路徑，因此高導熱陶瓷基板是深紫外 LED 封裝用散熱基板的很好選擇。

 

3.焊接鍵合材料：深紫外 LED 焊接材料包括芯片固晶材料和基板焊接材料，分別用于實現芯片、玻璃蓋板(透鏡) 與陶瓷基板間焊接。倒裝芯片常采用金錫共晶方式實現芯片固晶，水平和垂直芯片可利用導電銀膠、無鉛焊膏等完成芯片固晶。相對于銀膠和無鉛焊膏，金錫共晶鍵合強度高、界面質量好，且鍵合層熱導率高，降低了 LED 熱阻。玻璃蓋板焊接是在完成芯片固晶后進行，因此焊接溫度受到芯片固晶層耐受溫度限制，主要包括直接鍵合和焊料鍵合。直接鍵合不需要中間鍵合材料，利用高溫高壓方法直接完成玻璃蓋板與陶瓷基板間焊接，鍵合界面平整、強度高，但對設備和工藝控制要求高; 焊料鍵合是采用低溫錫基焊料作為中間層，在加熱加壓條件下，利用焊料層與金屬層間原子相互擴散來完成鍵合，工藝溫度低、操作簡單。目前常采用焊料鍵合來實現玻璃蓋板與陶瓷基板間可靠鍵合，但需要同時在玻璃蓋板和陶瓷基板表面制備金屬層，以滿足金屬焊接需求，且鍵合工藝過程中需要考慮焊料選擇、焊料涂覆、焊料溢出和焊接溫度等問題。

 

近年來，國內外研究者對深紫外 LED 封裝材料進行了深入研究，從封裝材料技術角度提高了深紫外 LED 光效和可靠性，有效推動了深紫外 LED 技術發展。

 

資料來源：《深紫外LED封裝技術現狀與展望》彭洋；陳明祥；羅小兵；發光學報1000-7032( 2021) 04-0542-18