LED封装基本知识.docx

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1、LED 封装根本学问LED发光二极管封装是指发光芯片的封装，相比集成电路封装有较大不同。LED 的封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光，所以 LED 的封装对封装材料有特别的要求。封装简介LED 封装技术大都是在分立器件封装技术根底上进展与演化而来的，但却有很大的特别性。一般状况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而 LED 封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简洁地将分立器件的封装用于 LED。自上世纪九十年月以来，LED 芯片及材料制作技术的研发取得多 项突破，透亮衬底梯形构造

2、、纹理外表构造、芯片倒装构造，商品化的超高亮度1cd 以上红、橙、黄、绿、蓝的LED 产品相继问市， 2023 年开头在低、中光通量的特别照明中获得应用。LED 的上、中游产业受到前所未有的重视，进一步推动下游的封装技术及产业进展， 承受不同封装构造形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三 色组合方式，可生产出多种系列，品种、规格的产品。技术原理大功率 LED 封装由于构造和工艺简单，并直接影响到 LED 的使用性能和寿命，特别是大功率白光LED 封装更是争论热点中的热点。第 10 页 共 11 页LED 封装的功能主要包括：1.机械保护，以提高牢靠性；2.加强散热，以降低芯片结温，提高

3、LED 性能；3.光学掌握，提高出光效率，优化光束分布；4.供电治理，包括沟通/直流转变，以及电源掌握等。LED 封装方法、材料、构造和工艺的选择主要由芯片构造、光电/机械特性、具体应用和本钱等因素打算。经过40 多年的进展，LED 封装先后经受了支架式Lamp LED、贴片式SMD LED、功率型 LEDPower LED等进展阶段。随着芯片功率的增大，特别是固态照明技术进展的需求，对 LED 封装的光学、热学、电学和机械构造等提出了的、更高的要求。为了有效地降低封装热阻，提高出光效率，必需承受全的技术思路来进展封装设计。关于 LED 封装构造说明LED 的核心发光局部是由p 型和 n 型半

4、导体构成的 pn 结管芯， 当注入 pn 结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光， 紫外光或近红外光。但 pn 结区发出的光子是非定向的，即向各个方向放射有一样的几率，因此，并不是管芯产生的全部光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯构造及几何外形、封装内部构造与包封材料，应用要求提高 LED 的内、外部量子效率。常规 5mm 型 LED 封装是将边长 0.25mm 的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方

5、向角内放射。顶部包封的环氧树脂做成肯定外形，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；承受不同的外形和材料性质掺或不掺散色剂，起透镜或漫射透镜功能，掌握光的发散角；管芯折射率 与空气折射率相差太大，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源 层产生的光只有小局部被取出，大局部易在管芯内部经屡次反射而被 吸取，易发生全反射导致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作 过渡，提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿 性，绝缘性，机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率高。选择不同折射率的封装材料，封装几何外形对光子逸出效率的影响是不同的， 发光强度的角分布也与管芯构造、光输出方式、封装透镜所用

6、材质和 外形有关。假设承受尖形树脂透镜，可使光集中到 LED 的轴线方向， 相应的视角较小；假设顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角 将增大。一般状况下，LED 的发光波长随温度变化为 0.2-0.3nm/，光谱宽度随之增加，影响颜色明媚度。另外，当正向电流流经 pn 结， 发热性损耗使结区产生温升，在室温四周，温度每上升1，LED 的发光强度会相应地削减 1%左右，封装散热；时保持色纯度与发光强度格外重要，以往多承受削减其驱动电流的方法，降低结温，多数LED 的驱动电流限制在 20mA 左右。但是，LED 的光输出会随电流的增大而增加，很多功率型 LED 的驱动电流可以到达 70mA、1

7、00mA 甚至 1A 级，需要改进封装构造，全的 LED 封装设计理念和低热阻封装构造及技术，改善热特性。例如，承受大面积芯片倒装构造，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的外表积，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，PCB 线路板等的热设计、导热性能也格外重要。进入 21 世纪后，LED 的高效化、超高亮度化、全色化不断进展创，红、橙 LED 光效已到达 100Im/W，绿 LED 为 501m/W，单只 LED 的光通量也到达数十 Im。LED 芯片和封装不再沿袭传统的设计理念与制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限于转变材料内杂质数量，晶格缺陷和位错来提高

8、内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部构造，增加 LED 内部产生光子出射的几率，提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能，加速外表贴装化 SMD 进程更是产业界研发的主流方向。自上世纪九十年月以来，LED 芯片及材料制作技术的研发取得多项突破，透亮衬底梯形构造、纹理外表构造、芯片倒装构造，商品化的超高亮度1cd 以上红、橙、黄、绿、蓝的LED 产品相继问市， 如表 1 所示，2023 年开头在低、中光通量的特别照明中获得应用。LED 的上、中游产业受到前所未有的重视，进一步推动下游的封装技术及产业进展，承受不同封装构造形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式，可生产

9、出多种系列，品种、规格的产品。固然，也有依据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等状况特征来分类的。单个管芯一般构成点光源，多个管芯组装一般可构成面光源和线光源，作信息、状态指示及显示用，发光显示器也是用多个管芯，通过管芯的适当连接包括串联和并联与适宜的光学构造组合而成的，构成发光显示器的发光段和发光点。外表贴装 LED可渐渐替代引脚式 LED，应用设计更敏捷，已在 LED 显示市场中占有肯定的份额，有加速进展趋势。固体照明光源有局部产品上市，成为今后 LED 的中、长期进展方向。引脚式封装LED 脚式封装承受引线架作各种封装外型的引脚，是最先研发成功投放市场的封装构造，品种数量繁 LED

10、封装仪器多，技术成熟度较高，封装内构造与反射层仍在不断改进。标准 LED 被大多数客户认为是目前显示行业中最便利、最经济的解决方案，典型的传统 LED 安置在能承受 0.1W 显示功率的包封内，其 90%的热量是由负极的引脚架散发至 PCB 板，再散发到空气中，如何降低工作时 pn 结的温升是封装与应用必需考虑的。包封材料多承受高温固化环氧树脂，其光性能优良，工艺适应性好，产品可*性高，可做成有色透亮或无色透亮和有色散射或无色散射的透镜封装，不同的透镜外形构成多种外形及尺寸，例如，圆形按直径分为2mm、3mm、4.4mm、 5mm、7mm 等数种，环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果。花色点

11、光源有多种不同的封装构造：陶瓷底座环氧树脂封装具有较好的工作温度性能，引脚可弯曲成所需外形，体积小；金属底座塑料反射罩式封装是一种节能指示灯，适作电源指示用；闪耀式将 CMOS 振荡电路芯片与 LED 管芯组合封装，可自行产生较强视觉冲击的闪耀光；双色型由两种不同发光颜色的管芯组成，封装在同一环氧树脂透镜中，除双色外还可获得第三种的混合色，在大屏幕显示系统中的应用极为广泛，并可封装组成双色显示器件；电压型将恒流源芯片与LED 管芯组合封装，可直接替代 5-24V 的各种电压指示灯。面光源是多个 LED 管芯粘结在微型 PCB 板的规定位置上，承受塑料反射框罩并灌封环氧树脂而形成，PCB 板的不

12、同设计确定外引线排列和连接方式，有双列直插与单列直插等构造形式。点、面光源现已开发出数百种封装外形及尺寸，供市场及客户适用。LED 发光显示器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各种多位产品，由实际需求设计成各种外形与构造。以数码管为例，有反射罩式、单片集成式、单条七段式等三种封装构造，连接方式有共阳极和共阴极两种，一位就是通常说的数码管，两位以上的一般称作显 示器。反射罩式具有字型大，用料省，组装敏捷的混合封装特点，一般用白色塑料制作成带反射腔的七段形外壳，将单个 LED 管芯粘结 在与反射罩的七个反射腔相互对位的 PCB 板上，每个反射腔底部的中心位置是管芯形成的发光区，用压焊方法键合引

13、线，在反射罩内滴 人环氧树脂，与粘好管芯的 PCB 板对位粘合，然后固化即成。反射罩式又分为空封和实封两种，前者承受散射剂与染料的环氧树脂，多 用于单位、双位器件；后者上盖滤色片与匀光膜，并在管芯与底板上涂透亮绝缘胶，提高出光效率，一般用于四位以上的数字显示。单片集成式是在发光材料晶片上制作大量七段数码显示器图形管芯，然后 划片分割成单片图形管芯，粘结、压焊、封装带透镜俗称鱼眼透镜 的外壳。单条七段式将已制作好的大面积 LED 芯片，划割成内含一只或多只管芯的发光条，如此同样的七条粘结在数码字形的可伐架上， 经压焊、环氧树脂封装构成。单片式、单条式的特点是微小型化，可承受双列直插式封装，大多是

14、专用产品。LED 光柱显示器在 106mm长度的线路板上，安置 101 只管芯最多可达201 只管芯，属于高密度封装，利用光学的折射原理，使点光源通过透亮罩壳的 13-15 条光栅成像，完成每只管芯由点到线的显示，封装技术较为简单。半导体pn 结的电致发光机理打算LED 不行能产生具有连续光谱的白光，同时单只 LED 也不行能产生两种以上的高亮度单色光，只能在封装时借助荧光物质，蓝或紫外 LED 管芯上涂敷荧光粉，间接产生宽带光谱，合成白光；或承受几种两种或三种、多种发不同色光的管芯封装在一个组件外壳内，通过色光的混合构成白光 LED。这两种方法都取得有用化，日本 2023 年生产白光 LED

15、 达 1 亿只， 进展成一类稳定地发白光的产品，并将多只白光 LED 设计组装成对光通量要求不高，以局部装饰作用为主，追求潮的电光源。外表贴片封装在 2023 年，外表贴装封装的 LEDSMD LED渐渐被市场所承受，并获得肯定的市场份额，从引脚式封外表贴装封装技术装转向SMD 符合整个电子行业进展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。早期的 SMD LED 大多承受带透亮塑料体的 SOT-23 改进型，卷盘式容器编带包装。在SOT-23 根底上，前者为单色发光，后者为双色或三色发光。近些年，SMD LED 成为一个进展热点，很好地解决了亮度、视角、平坦度、牢靠性、全都性等问题，承受更轻的 PCB

16、 板和反射层材料，在显示反射层需要填充的环氧树脂更少，并去除较重的碳钢材料引脚，通过缩小尺寸，降低重量，可轻易地将产品重量减轻一半，最终使应用更趋完善，尤其适合户内，半户外全彩显示屏应用。常见的SMD LED的几种尺寸，以及依据尺寸加上必要的间隙 计算出来的最正确观视距离。焊盘是其散热的重要渠道，厂商供给的SMD LED 的数据都是以 4.04.0mm 的焊盘为根底的，承受回流焊可设计成焊盘与引脚相等。超高亮度 LED 产品可承受 PLCC塑封带引线片式载体-2 封装，通过独特方法装配高亮度管芯，产品热阻为 400K/W，可按 CECC 方式焊接，其发光强度在 50mA 驱动电流下达 1250

17、mcd。七段式的一位、两位、三位和四位数码 SMD LED 显示器件的字符高度为 12.7mm，显示尺寸选择范围宽。PLCC 封装避开了引脚七段数码显示器所需的手工插入与引脚对齐工序，符合自动拾取-贴装设备的生产要求，应用设计空间敏捷，显示明媚清楚。多色 PLCC 封装带有一个外部反射器，可简便地与发光管或光导相结合，用反射型替代透射型光学设计，为大范围区域供给统一的照明， 研发在 3.5V、1A 驱动条件下工作的功率型 SMD LED 封装。功率型封装LED 芯片及封装向大功率方向进展，在大电流下产生比 5mmLED 大 10-20 倍的光通量，必需承受有效功率型封装技术的散热与不劣化的封装

18、材料解决光衰问题，因此，管壳及封装也是其关键技术，能承受数 W 功率的 LED 封装已消灭。5W 系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型LED 从2023 年初开头供货，白光LED 光输出达1871lm， 光效 44.31lm/W 绿光衰问题，开发出可承受 10W 功率的 LED，大面积管；匕尺寸为 2.52.5mm，可在 5A 电流下工作，光输出达2023lm，作为固体照明光源有很大进展空间。Luxeon 系列功率 LED 是将 A1GalnN 功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上，然后把完成倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中，键合引线进展封装。这种封装对于取光效率，散热性能， 加大工作电流密

19、度的设计都是最正确的。其主要特点：热阻低，一般仅为 14/W，只有常规 LED 的 1/10；可*性高，封装内部填充稳定的柔性胶凝体，在-40-120范围，不会因温度骤变产生的内应力，使金丝与引线框架断开，并防止环氧树脂透镜变黄，引线框架也不会因氧化而玷污；反射杯和透镜的最正确设计使辐射图样可控和光学效率最高。另外，其输出光功率，外量子效率等性能优异，将 LED 固体光源进展到一个水平。Norlux 系列功率 LED 的封装构造为六角形铝板作底座使其不导电的多芯片组合，底座直径 31.75mm，发光区位于其中心部位， 直径约0.37525.4mm，可容纳 40 只 LED 管芯，铝板同时作为热

20、沉。管芯的键合引线通过底座上制作的两个接触点与正、负极连接，依据所需输出光功率的大小来确定底座上排列管芯的数目，可组合封装的超高亮度的 AlGaInN 和 AlGaInP 管芯，其放射光分别为单色，彩色或合成的白色，最终用高折射率的材料按光学设计外形进展包封。这种封装承受常规管芯高密度组合封装，取光效率高，热阻低， 较好地保护管芯与键合引线，在大电流下有较高的光输出功率，也是一种有进展前景的 LED 固体光源。在应用中，可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯 PCB板上，形成功率密度 LED，PCB 板作为器件电极连接的布线之用， 铝芯夹层则可作热沉使用，获得较高的发光通量和光电转换效率。

21、此外，封装好的 SMD LED 体积很小，可敏捷地组合起来，构成模块型、导光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。功率型 LED 的热特性直接影响到 LED 的工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等，因此，对功率型 LED 芯片的封装设计、制造技术更显得尤为重要。COB 型封装COB 封装可将多颗芯片直接封装在金属基印刷电路板 MCPCB， 通过基板直接散热，不仅能削减支架的制造工艺及其本钱，还具有削减热阻的散热优势。从本钱和应用角度来看，COB 成为将来灯具化设计的主流方向。COB 封装的 LED 模块在底板上安装了多枚 LED 芯片，使用多枚芯片不仅能够提高亮度，还有助于实现 LED

22、 芯片的合理配置，降低单个LED 芯片的输入电流量以确保高效率。而且这种面光源能在很大程度上扩大封装的散热面积，使热量更简洁传导至外壳。半导体照明灯具要进入通用照明领域，生产本钱是第一大制约因素。要降低半导体照明灯具的本钱，必需首先考虑如何降低 LED 的封装本钱。传统的 LED 灯具做法是：LED 光源分立器件MCPCB 光源模组LED 灯具，主要是基于没有适用的核心光源组件而实行的做法，不但耗工费时，而且本钱较高。实际上，假设走“COB 光源模块LED 灯具”的路线，不但可以省工省时，而且可以节约器件封装的本钱。在本钱上，与传统 COB 光源模块在照明应用中可以节约器件封装本钱、光引擎模组

23、制作本钱和二次配光本钱。在一样功能的照明灯具系统中，总体可以降低 30%左右的本钱，这对于半导体照明的应用推广有着格外重大的意义。在性能上，通过合理地设计和模造微透镜，COB 光源模块可以有效地避开分立光源器件组合存在的点光、眩光等弊端，还可以通过参加适当的红色芯片组合，在不降低光源效率和寿命的前提下，有效地提高光源的显色性已经可以做到90 以上。在应用上，COB 光源模块可以使照明灯具厂的安装生产更简洁和便利。在生产上，现有的工艺技术和设备完全可以支持高良品率的COB 光源模块的大规模制造。随着 LED 照明市场的拓展，灯具需求量在快速增长，我们完全可以依据不同灯具应用的需求，逐步形成系列 COB 光源模块主流产品，以便大规模生产。