白光LED已經開始應用在一般照明與汽車等領域，投入LED的電力也從過去數十mW提高數W等級，因此發熱問題更加表面化。

　　所謂熱問題是指隨著投入電力的增加，LED芯片的溫升造成光輸出降低。有效對策除了改善芯片的特性之外，搭載LED芯片的封裝材料與結構檢討也非常重要。樹脂封裝方式是目前市場的主流，由于樹脂的熱傳導率很低，因此經常成為影響熱問題的原因之一，目前常用對策是將金屬導入樹脂封裝結構，或是采用高熱傳導率陶瓷材料。

　　LED高功率化必需進行以下檢討，分別是：

　　（1）芯片大型化

　　（2）大電流化

　　（3）芯片本身的發光效率改善

　　（4）高效率取光封裝結構

　　其中最簡單的方法是增加電流量，使光量呈比例性增加，不過此時LED芯片產生的熱量會增加。圖7是電流投入LED芯片時的放射照度量測結果，如圖所示在高輸出領域放射照度呈飽和、衰減狀，主要原因是LED芯片發熱所致，為實現LED芯片高輸出化，必需進行有效的熱對策。

　　接著介紹應用陶瓷特性的封裝技術。

　　封裝的功能

　　封裝主要目的是保護內部組件，使內部組件與外部作電氣性連接，促進發熱的內部組件散熱。對LED芯片而言，封裝的目的是使光線高效率放射到外部，因此要求封裝材料具備高強度、高熱傳導性與高反射性。

　　陶瓷封裝的優點

　　陶瓷材料幾乎網羅上述所有要求特性，非常適合當作LED的封裝。表2是主要陶瓷材料的物性，如表2所示陶瓷材料的耐光劣化性，與耐熱性比傳統環氧樹脂更優秀。

　　目前高散熱封裝結構是將LED芯片固定在金屬板上周圍包覆樹脂，此時芯片材料與金屬的熱膨脹差異非常大，LED芯片封裝時與溫度變化的環境下，產生的熱歪斜極易引發LED芯片缺陷，造成發光效率降低、發熱等問題，隨著芯片大型化，未來熱歪斜勢必更嚴重。陶瓷材料的熱膨脹系數接近LED芯片，因此陶瓷被認為是解決熱歪斜最有效的材料之一。

　　封裝結構

　　照片1是高輸出LED用陶瓷封裝的實際外觀；圖8是陶瓷封裝的構造范例，圖中的反射器電鍍銀膜，可以提高光照射效率 。圖8（c）是應用多層技術，使陶瓷與反射器成形一體結構。

　　為了使發熱的LED芯片正常動作，必需考慮適當的散熱系統，這意味著封裝已經成為散熱組件的一部份。接著介紹有關散熱的處理方式。

散熱設計必需考慮如何使LED芯片產生的熱透過筐體釋放到外部。圖9是LED Lamp內部的熱流與封裝內側理想熱擴散模式。

　　如圖9右側實線所示，高熱擴散性封裝的內側（P~Q之間）溫度分布非常平坦，熱可以擴散至封裝整體，而且還非常順暢流入封裝基板內，因此LED芯片正下方的溫度大幅下降。

　　圖10是利用熱模擬分析確認該狀態獲得的結果，該圖表示定常狀態溫度分布，與單位面積時的單位時間流動的熱量，亦即熱流束的分布狀況。由圖可知使用高熱傳導材料的場合，封裝內部的溫差會變小，此時并未發現熱流集中在局部，封裝內部的熱擴散性因而大幅提高。

　　陶瓷是由鋁或是氮化鋁制成，若與目前常用的封裝材料環氧樹脂比較，鋁質陶瓷的熱傳導率是環氧樹脂的55倍，氮化鋁陶瓷的熱傳導率是環氧樹脂的400倍。此外金屬板的熱傳導率大約是200W/mK，鋁的熱傳導率大約是400W/mK左右，要求高熱傳導率的封裝，大多使用金屬作base。
LED芯片接合劑的功能

　　半導體芯片接合劑使用的材料有環氧系、玻璃、焊錫、金共晶合金等等。LED芯片用接合劑除了高熱傳導性之外，基于接合時降低熱應力等觀點，要求低溫接合、低楊氏系數等特性，符合要求的在環氧系有“添加銀的環氧樹脂”，共晶合金則有“Au -20% Sn”等等。

　　接合劑附著在芯片周圍的面積幾乎與LED芯片相同 ，而且無法期待水平方向的熱擴散，只能期望垂直方向的熱傳導性。圖11是LED芯片至封裝背面的溫度差熱仿真分析的結果，如圖所示封裝使用氮化鋁陶瓷基板，與接合部溫度差，以及熱傳導性比添加銀的環氧樹脂還低的Au-Sn接合劑。

　　由于Au-Sn薄層化可以降低接合部的溫度差，同時有效促進熱的流動，因此業界普遍認為未來散熱設計，勢必要求接合劑必需具備高熱傳導性，與可以作薄層化接合等基本特性。

　　今后散熱設計與封裝構造

　　隨著散熱設計的進化，LED組件廠商的研究人員開始檢討LED Lamp至筐體的熱傳導，以及筐體至外部的熱傳導可行性；組件應用廠商與照明燈具廠商則應用實驗與模擬分析進行對策研究。

　　有關熱傳導材料，封裝材料正逐漸從樹脂切換成金屬與陶瓷材料。此外LED芯片接合部是阻礙散熱的要因之一，因此上述薄形接合技術被視為今后檢討課題之一。

　　有關提高筐體至外部的熱傳導，目前大多利用冷卻風扇與散熱鰭片達成散熱要求。不過基于噪音對策與窄空間化等考慮，照明燈具廠商大都不愿意使用熱交換器，因此必需提高與外部接觸面非常多的封裝基板與筐體的散熱性，具體方法例如利用遠紅外線在高熱傳導性銅層表面，形成可以促進熱放射涂抹層的可撓曲散熱膜片（film）。

　　根據測試結果證實可撓曲散熱膜片的散熱效果，比大小接近膜片的散熱鰭片更高，因此研究人員檢討直接將可撓曲散熱膜片黏貼在封裝基板與筐體，或是將可以促進熱放射涂抹層，直接設置在裝基板與筐體表面，試圖藉此提高散熱效果。

　　有關封裝結構，必需開發可以支持LED芯片磊晶（flip chip）接合的微細布線技術；有關封裝材料，雖然氮化鋁的高熱傳導化有相當進展，不過它與反射率有trade-off關系，一般認提高熱傳導性比氮化鋁差的鋁的反射特性，可以支持LED高輸出化需要，未來可望成為封裝材料之一。