《LED照明基础知识最详解续》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED照明基础知识最详解续（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 LED封装基本知识、LED封装的概念LD封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，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：可见光的功能,既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。LD的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的N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，即向各个方向发射有相同的几率,因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要
2、取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料,应用要求提高E的内、外部量子效率。LD封装的功能主要包括：.机械保护，以提高可靠性；.加强散热，以降低芯片结温，提高LE性能;3光学控制，提高出光效率，优化光束分布;4.供电管理,包括交流/直流转变,以及电源控制。常规5mm型LE封装是将边长0.25m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,向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状,有这样几种作用：A.保护管芯
3、等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂),起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；B.管芯折射率与空气折射率相关太大,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部分被取出，大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收，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,封装几何形状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结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到LE的轴线方向，相应的视
4、角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型,其相应视角将增大。一般情况下，LED的发光波长随温度变化为0.2-0nm，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经PN结，发热性损耗使结区产生温升,在室温附近,温度每升高1，LD的发光强度会相应地减少1%左右,封装散热时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法,降低结温,多数LED的驱动电流限制在20左右。但是，LED的光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驱动电流可以达到0A、100mA甚至1A级，需要改进封装结构,全新的D封装设计理念和低热阻封装结构及技术,改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构,选
5、用导热性能好的银胶,增大金属支架的表面积，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，线路板等的热设计、导热性能也十分重要。进入21世纪后,LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新,E芯片和封装不再沿龚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，研发不仅仅限于改变材料内杂质数量，晶格缺陷和位错来提高内部效率,同时,如何改善管芯及封装内部结构，增强LE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，加速表面贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方向。2、LE封装的分类采用不同封装结构形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式，
6、可生产出多种系列,品种、规格的产品。LED产品封装结构的类型,也有根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等情况特征来分类的。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)与合适的光学结构组合而成的，构成发光显示器的发光段和发光点。根据不同的应用场合、不同的外形尺寸、散热方案和发光效果,ED封装形式多种多样。目前,LED按封装形式分类主要有Lap-LD、O-ED、SideLD、MD-LED、High-ower-LED、Flip Cip-LED等。1）LpLD(垂直LD)E脚式封装采用引线架
7、作各种封装外型的引脚,是最先研发成功投放市场的封装结构，品种数量繁多，技术成熟度较高,封装内结构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方便、最经济的解决方案,典型的传统LED安置在能承受01W输入功率的包封内，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须考虑的。包封材料多采用高温固化环氧树脂,其旋旋光性能优良，工艺适应性好,产品可靠性高，可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透镜封装，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸。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
8、各种形状与结构。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结构，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,组装灵活的混合封装特点，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互相对位的CB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,前者采用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明绝缘胶，提高出光效率，
9、一般用于四位以上的数字显示。单片集成式是在发光材料芯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，可采用双列直插式封装，大多是专用产品。LE光柱显示器在106mm长度的线路板上,安置01只管芯（最多可达20只管芯),属于高密度封装,利用光学的折射原理，使点光源通过透明罩壳的13-5条光栅成像，完成每只管芯由点到线的显示,封装技术较为复杂。Lam-LE早期出现的是
10、直插LED,它的封装采用灌封的形式灌封的过程是先在ED成型模腔内注入液态环氧树脂,然后插入压焊好的LED支架,放入烘箱中让环氧树脂固化后,将LED从模腔中脱离出即成型.由于制造工艺相对简单、成本低,有着较高的市场占有率.LampLED一般用于大屏,指示灯等领域2)SMD-ED（表面贴装ED) 在002年,表面贴装封装的(MD ED)逐渐被市场所接受,并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向SMD符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。早期的MD LED大多采用带透明塑料体的ST23改进型,外形尺寸304.11mm,卷盘式容器编带包装。在SOT2基础上,研发出带透镜的高亮度SMD的S
11、M125系列,SL24系列LED,前者为单色发光，后者为双色或三色发光。贴片LED是贴于线路板表面的,适合MT加工,可回流焊，很好地解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题,采用了更轻的PB板和反射层材料,改进后去掉了直插LED较重的碳钢材料引脚,使显示反射层需要填充的环氧树脂更少,目的是缩小尺寸,降低重量.这样,表面贴装D可轻易地将产品重量减轻一半，最终使应用更加完美3)ide-LED(侧发光LD) 目前,LED封装的另一个重点便侧面发光封装.如果想使用ED当LCD(液晶显示器)的背光光源,那么LED的侧面发光需与表面发光相同,才能使C背光发光均匀虽然使用导线架的设计,也可以达到侧面发
12、光的目的，但是散热效果不好.不过，Lmiled公司发明反射镜的设计，将表面发光的LE,利用反射镜原理来发成侧光,成功的将高功率E应用在大尺寸LD背光模组上Sie-LD也属于SMD-ED的一种，一般用作背光源4)TOP-LED(顶部发光LED)顶部发光LED是比较常见的贴片式发光二极管.主要应用于多功能超薄手机和PD中的背光和状态指示灯TOP-LD属于SMD-L的一种，一般用作大屏5）i-Powe-LD(高功率ED)E芯片及封装向大功率方向发展，在大电流下产生比5mmLED大0-2倍的光通量,必须采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光衰问题,因此，管壳及封装也是其关键技术,能承受数W功率的LED
13、封装已出现。5W系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型ED从2003年初开始供货，白光ED光输出达1871m，光效43mW绿光衰问题，开发出可承受10W功率的LE，大面积管;匕尺寸为2.525，可在5A电流下工作,光输出达2001，作为固体照明光源有很大发展空间。Leon系列功率LED是将AGanN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,键合引线进行封装。这种封装对于取光效率,散热性能，加大工作电流密度的设计都是最佳的。其主要特点:热阻低,一般仅为1/W，只有常规ED的/1;可*性高,封装内部填充稳定的柔性胶凝体,在-120范围,不会因温度骤变产生的内
14、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；反射杯和透镜的最佳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LD固体光源发展到一个新水平。为了获得高功率、高亮度的LD光源,厂商们在L芯片及封装设计方面向大功率方向发展.目前，能承受数W功率的LE封装已出现.比如Nrlux系列功率ED的封装结构为六角形铝板作底座(使其不导电)的多芯片组合,底座直径3.75mm，发光区位于其中心部位，直径约（0.752.4）mm，可容纳0只LD管芯，铝板同时作为热衬。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，根据所需输出光功率的大小来
15、确定底座上排列管芯的数目，可组合封装的超高亮度的lanN和AlaIn管芯,其发射光分别为单色，彩色或合成的白色,最后用高折射率的材料按光学设计形状进行包封。这种封装采用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,也是一种有发展前景的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PC板上，形成功率密度LED,PB板作为器件电极连接的布线之用，铝芯夹层则可作热衬使用,获得较高的发光通量和光电转换效率。此外，封装好的SD LED体积很小,可灵活地组合起来，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。可见,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LE芯片的封装设计、制造技术更显得尤为重要。igh-Power-LE，大功率LED,用于照明。6)FlipChip-LE(覆晶LED) LED覆晶封装结构是在PC基本上制有复数个穿孔,该基板的一侧的每个穿孔处都设有两个不同区域且互为开路的导电材质,并且该导电材质是平铺于基板的表面上,有复数个未经封装的LD芯片放置于具有导电材质的一侧的每个穿孔处,单一
