紫外LED 具体积小、寿命长和功率高级长处，具有广泛的运用远景。现在紫外LED 的发光功率不高，除了芯片制造水平的进步外，封装技能对LED 的特性也有重要的影响。
现在，紫外LED 首要有环氧树脂封装和金属与玻璃透镜封装。前者首要运用于400 nm 左右的近紫外LED， 但紫外光对资料的老化影响较大。后者首要运用于波长小于380 nm 的紫外LED，由于GaN 和蓝宝石折射率分别为2.4和1.76，而气体折射率为1，较大的折射率差导致全反射对光的约束较为严峻，封装后出光功率低。
封装资料是LED封装技能的另一个重要方面。LED封装资料首要有玻璃透镜、环氧树脂和硅树脂等。石英玻璃软化点温度为1 600℃，热加工温度为1 700~2000℃，从工艺的视点，石英玻璃不适合用来密封LED芯片；环氧树脂高温耐热功能一般，耐紫外光功能较差；硅树脂是近几年开端运用于LED 封装的资料，现在国内对硅树脂的透过率、耐热和耐紫外光特性研讨较少，特别是关于硅树脂封装紫外LED 的特性还缺少研讨。
本文立足于波长小于380 nm 的紫外LED 的封装技能，对不同封装资料的透过率、耐紫外光和耐热性进行了比照，从而提出高出光功率、高可靠性的紫外LED封装结构。
试验
选用的紫外光LED 芯片峰值波长有395 和375 nm 2种，分别由在碳化硅和蓝宝石衬底上外延成长GaN 制备而成。在20 mA 注入电流下，碳化硅和蓝宝石衬底的L ED芯片作业电压分别为3.8 和3.4 V。
研讨了石英玻璃、环氧树脂和硅树脂具有代表性的5种不同类型的封装资料。石英玻璃是厚度为2 mm 的JGS1 型资料；环氧树脂A 和B 分别为双酚A 型和脂环族环氧树脂；硅树脂A 和B 分别是弹性硅胶和树脂型硅胶。
光功率和峰值波长系在杭州远方公司PMS-50增强型紫外-可见-近红外光谱剖析体系上丈量得到。光学透过率的丈量体系如图1 所示，单色仪为江苏维信科技公司的CM200 型，灯源为天津拓普公司的GY-10高压球形氙灯，信号收集和处理体系选用的是远方公司的紫外-可见光剖析体系。
选用资料的光学透过率随时刻的改变来评价其热安稳性。样品厚度为2 mm，放置于烘箱中恒温老化，温度为150℃。
紫外LED封装资料研讨
1、资料光学透过率特性
石英玻璃、硅树脂和环氧树脂的透过率如图2 所示。硅树脂和环氧树脂先注入模具，高温固化后脱模，构成厚度均匀为5 mm 的样品。为了便于比较，依据Bouguer-Lam-bert 规律，把丈量值都换算成mm-1厚度时的透过率。
能够看到，环氧树脂在可见光规模具有很高的透过率，某些波长的透过率乃至超过了95%，但环氧树脂在紫外光规模的吸收损耗较大，波长小于380nm 时，透过率敏捷下降。硅树脂在可见光规模透过率挨近92%，在紫外光规模内要稍低一些，但在320nm时仍然高于88%，体现出很好的紫外光透射性质；石英玻璃在可见光和紫外光规模的透过率都挨近95%，是一切资料里边紫外光透过率最高的。
关于紫外LED封装，石英玻璃具有最高的透过率，硅树脂次之，环氧树脂较差。可是虽然石英玻璃紫外光透过率高，可是其热加工温度高，并不适用于LED芯区的密封，因而在LED封装工艺中石英玻璃一般仅作为透镜资料运用。由于石英玻璃的耐紫外光辐射和耐热功能现已有许多报导，仅对常用于密封LED芯区的环氧树脂和硅树脂的耐紫外光辐射和耐热功能进行研讨。
2、耐紫外光特性
研讨了环氧树脂A和B 以及硅树脂A和B 在封装波长为395 nm 和375 nm 的LED芯片时的老化状况，如图3所示。试验中，每个LED的树脂涂层厚度均为2 mm。
能够看到，环氧树脂资料耐紫外光辐射功能都较差，接连作业时，紫外LED输出光功率敏捷衰减，100h后输出光功率均下降到初始的50% 以下；200h后，LED的输出光功率现已十分弱小。关于脂环族的环氧树脂B，在375nm 的紫外光照耀下衰减比395nm 时要快，阐明对紫外光波长较为灵敏，由于375 nm 的紫外光光子能量较大，损坏也更为严峻。
双酚类的环氧树脂A 在375nm和395nm的紫外光照耀下都敏捷衰减，衰减速度根本共同。虽然双酚类的环氧树脂A 在375nm和395nm 时的光透过率要略高于脂环族类的环氧树脂B，可是由于环氧树脂A含有苯环结构，因而在紫外光继续照耀时，衰减要比环氧树脂B 要快。丈量老化前后LED芯片的光功率，发现老化后LED 的光功率根本上没有衰减。
这阐明，光功率的衰减首要是由紫外光对环氧树脂的损坏引起的。环氧树脂是高分子资料，在紫外线的照耀下，高分子吸收紫外光子，紫外光子光子能量较大，能够翻开高分子间的键链。因而，在继续的紫外光照耀下，环氧树脂的主链渐渐被损坏，导致主链降解，发生了光降解反响，性质发生了改变。试验标明，环氧树脂不适合用于波长小于380 nm 的紫外LED芯片的封装。
相对环氧树脂，硅树脂体现出了杰出的耐紫外光特性。通过近1500h老化后，LED输出光功率虽然有不同程度的衰减，可是仍维持在85%以上，衰减低于15%。这可能与硅树脂和环氧树脂间的结构差异有关。硅树脂的首要结构包含Si 和O，主链Si-O-Si是无机的，并且具有较高的键能（422.5 kJ/mol） ；而环氧树脂的主链首要是C-C或C-O，键能分别为356kJ/mol 和344.4 kJ/ mol。由于键能较高，硅树脂的功能相对要安稳。因而，硅树脂具有杰出的耐紫外光特性。
3、耐热性
LED 封装对资料的耐热性提出了更高的要求。从图3能够看出，环氧树脂B 和硅树脂B 具有较好的接受紫外光辐照的才能。因而，对其热安稳性进行了研讨。图4 标明这两种资料在高温老化后mm-1厚度时透过率随时刻的改变状况。能够看到，环氧树脂的耐热性较差，通过接连6days 的高温老化后，各个波长的透过率都发生了较大的衰减，紫外光规模的衰减特别严峻，环氧树脂样品色彩从开始的明澈通明变成了黄褐色。
硅树脂体现出了优异的耐热功能。在150℃的高温环境下，通过14 days 的老化后，可见光规模的样品mm-1厚度时透过率只要略微的衰减，在紫外光规模也仅有少数的衰减，色彩仍然保持着开始的明澈通明。与环氧树脂不同，硅树脂以Si-O-Si键为主链，由于Si-O键具有较高的键能和离子化倾向，因而具有优秀的耐热性。
高出光功率、高可靠性紫外LED封装
依据试验效果，结合硅树脂和石英玻璃资料，提出了一种新的紫外LED封装办法，如图5所示。
封装结构共有3 层。里层选用硅树脂A 进行密封，由于硅树脂A 的折射率为1.53，有利于充沛进步LED 的提取功率，并且固化后为弹性硅胶，较低的机械强度有利于维护芯片和电极引线。中间层是硅树脂B，作为石英玻璃透镜和硅树脂A 层间的过渡层，并且硅树脂B 透过率较高，折射率为1.51；固化后硬度大、粘接性强，能很好地固定玻璃透镜。外层是高透过率的JGS1型石英玻璃透镜，折射率为1.46，用于光的导出，并构成必定的光场散布，其极高的紫外光透过率削减了光在激射过程中的丢失。
在整个结构中，为了尽可能削减硅树脂对紫外光的吸收损耗，树脂层厚度都较薄。一起，折射率逐层递减的3 层结构有利于削减光在传达过程中的菲涅尔损耗。
下表给出了不同封装结构的紫外LED封装前后的光功率。
能够看到，在LED芯片峰值波长相同、裸片功率附近的状况下，新封装结构的紫外LED，出光功率进步了60%以上，出光功率是金属与玻璃透镜封装的2.7倍。相关于环氧树脂封装的紫外LED，新封装结构的紫外LED 出光功率要低，可是安稳性要远好于环氧树脂封装的LED。老化试验标明，环氧树脂封装的紫外LED发光功率在不到100h内现已衰减到50%以下。而新封装结构的紫外LED 具有杰出的安稳性，接连作业800h后发光功率仍然维持在95%以上，发光功率衰减低于5%。
定论
硅树脂比环氧树脂具有更高的紫外光透过率、更优异的耐紫外光和耐热特性，是密封紫外LED芯片很好的资料。规划了运用硅树脂与石英玻璃透镜封装的紫外LED封装办法。
新封装结构的紫外LED出光功率是金属外壳与玻璃透镜封装LED的2.7倍；一起具有杰出的安稳性，接连作业800h，发光功率衰减低于5% 。
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