LED的多种办法封装结构及技能
LED是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器材，具有作业电压低，耗电量小，发光功率高，发光呼应时刻极短，光色纯，结构结实，抗冲击，耐振荡，功用安稳牢靠，分量轻，体积小，本钱低一级一系列特性，开展日新月异，现已能批量出产整个可见光谱段各种色彩的高亮度、高功用产品。国产红、绿、橙、黄的LED产值约占国际总量的12％，“十五”期间的工业方针是到达年产300亿只的才干，完结超高亮度AiGslnP的LED外延片和芯片的大出产，年产10亿只以上红、橙、黄超高亮度LED管芯，打破GaN资料的关键技能，完结蓝、绿、白的LED的中批量出产。据预测，到2005年国际上LED的商场需求量约为2000亿只，销售额达800亿美元。
树脂封装封装办法各种结构点
在LED工业链接中，上游是LED衬底晶片及衬底出产，中游的工业化为LED芯片规划及制作出产，下流归LED封装与测验，研制低热阻、优异光学特性、高牢靠的封装技能是新式LED走向有用、走向商场的工业化必经之路，从某种意义上讲是链接工业与商场的枢纽，只要封装好的才干成为终端产品，才干投入实践运用，才干为顾客供给服务，使工业链环环相扣，无缝疏通。 LED封装的特别性 LED封装技能大都是在分立器材封装技能根底上开展与演化而来的，但却有很大的特别性。
一般状况下，分立器材的管芯被密封在封装体内，封装的效果首要是维护管芯和完结电气互连。而LED封装则是完结输出电信号，维护管芯正常作业，输出：可见光的功用，既有电参数，又有光参数的规划及技能要求，无法简略地将分立器材的封装用于LED。 LED的中心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少量载流子与大都载流子复合时，就会宣布可见光，紫外光或近红外光。但pn结区宣布的光子对错定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因而，并不是管芯发作的一切光都能够释放出来，这首要取决于半导体资料质量、管芯结构及几许形状、封装内部结构与包封资料，运用要求进步LED的内、外部量子功率。惯例Φ5mm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，管芯的正极经过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极经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。
反射杯的效果是搜集管芯旁边面、界面宣布的光，向希望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成必定形状，有这样几种效果：维护管芯等不受外界腐蚀；选用不同的形状和资料性质(掺或不掺散色剂)，起透镜或漫射透镜功用，操控光的发散角；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，其有源层发作的光只要小部分被取出，大部分易在管芯内部经屡次反射而被吸收，易发作全反射导致过多光丢失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，进步管芯的光出射功率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性，绝缘性，机械强度，对管芯宣布光的折射率和透射率高。挑选不同折射率的封装资料，封装几许形状对光子逸出功率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出办法、封装透镜所用原料和形状有关。若选用尖形树脂透镜，可使光会集到LED的轴线方向，相应的视角较小；假如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／℃，光谱宽度随之添加，影响色彩艳丽度。
别的，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区发作温升，在室温邻近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应地削减1％左右，封装散热；时坚持色纯度与发光强度非常重要，以往多选用削减其驱动电流的办法，下降结温，大都LED的驱动电流约束在20mA左右。可是，LED的光输出会随电流的增大而添加，现在，许多功率型LED的驱动电流能够到达70mA、100mA乃至1A级，需求改善封装结构，全新的LED封装规划理念和低热阻封装结构及技能，改善热特性。例如，选用大面积芯片倒装结构，选用导热功用好的银胶，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办法。此外，在运用规划中，PCB线路板等的热规划、导热功用也十分重要。 进入21世纪后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不断开展立异，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芯片和封装不再沿龚传统的规划理念与制作出产办法，在添加芯片的光输出方面，研制不只仅限于改动资料内杂质数量，晶格缺点和位错来进步内部功率，一起，怎么改善管芯及封装内部结构，增强LED内部发作光子出射的几率，进步光效，处理散热，取光和热沉优化规划，改善光学功用，加快外表贴装化SMD进程更是工业界研制的干流方向。
产品封装结构类型 自上世纪九十年代以来，LED芯片及资料制作技能的研制取得多项打破，通明衬底梯形结构、纹路外表结构、芯片倒装结构，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，2000年开端在低、中光通量的特别照明中取得运用。LED的上、中游工业遭到史无前例的注重，进一步推进下流的封装技能及工业开展，选用不同封装结构办法与尺度，不同发光色彩的管芯及其双色、或三色组合办法，可出产出多种系列，种类、规范的产品。
LED产品封装结构的类型如表2所示，也有依据发光色彩、芯片资料、发光亮度、尺度巨细等状况特征来分类的。单个管芯一般构成点光源，多个管芯拼装一般可构成面光源和线光源，作信息、状况指示及显现用，发光显现器也是用多个管芯，经过管芯的恰当衔接(包含串联和并联)与适宜的光学结构组合而成的，构成发光显现器的发光段和发光点。外表贴装LED可逐步代替引脚式LED，运用规划更灵敏，已在LED显现商场中占有必定的比例，有加快开展趋势。
固体照明光源有部分产品上市，成为往后LED的中、长时间开展方向。 引脚式封装 LED脚式封装选用引线架作各种封装外型的引脚，是最早研制成功投放商场的封装结构，种类数量繁复，技能成熟度较高，封装内结构与反射层仍在不断改善。规范LED被大大都客户认为是现在显现职业中最便利、最经济的处理方案，典型的传统LED安顿在能接受0．1W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，怎么下降作业时pn结的温升是封装与运用有必要考虑的。包封资料多选用高温固化环氧树脂，其光功用优秀，工艺适应性好，产品牢靠性高，可做成有色通明或无色通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度，例如，圆形按直径分为Φ2mm、Φ3mm、Φ4．4mm、Φ5mm、Φ7mm等数种，环氧树脂的不同组份可发作不同的发光效果。
花样点光源有多种不同的封装结构：陶瓷底座环氧树脂封装具有较好的作业温度功用，引脚可曲折成所需形状，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，可自行发作较强视觉冲击的闪耀光；双色型由两种不同发光色彩的管芯组成，封装在同一环氧树脂透镜中，除双色外还可取得第三种的混合色，在大屏幕显现体系中的运用极为广泛，并可封装组成双色显现器材；电压型将恒流源芯片与LED管芯组合封装，可直接代替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板的规则方位上，选用塑料反射框罩并灌封环氧树脂而构成，PCB板的不同规划确认外引线摆放和衔接办法，有双列直插与单列直插等结构办法。点、面光源现已开宣布数百种封装外形及尺度，供商场及客户适用。
LED发光显现器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各种多位产品，由实践需求规划成各种形状与结构。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，衔接办法有共阳极和共阴极两种，一位便是一般说的数码管，两位以上的一般称作显现器。反射罩式具有字型大，用料省，拼装灵敏的混合封装特色，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方位是管芯构成的发光区，用压焊办法键合引线，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，前者选用散射剂与染料的环氧树脂，多用于单位、双位器材；后者上盖滤色片与匀光膜，并在管芯与底板上涂通明绝缘胶，进步出光功率，一般用于四位以上的数字显现。单片集成式是在发光资料晶片上制作许多七段数码显现器图形管芯，然后划片切割成单片图形管芯，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，如此相同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、单条式的特色是微小型化，可选用双列直插式封装，大多是专用产品。
LED光柱显现器在106mm长度的线路板上，安顿101只管芯(最多可达201只管芯)，归于高度封装，运用光学的折射原理，使点光源经过通明罩壳的13-15条光栅成像，完结每只管芯由点到线的显现，封装技能较为杂乱。 半导体pn结的电致发光机理决议LED不可能发作具有连续光谱的白光，一起单只LED也不可能发作两种以上的高亮度单色光，只能在封装时凭借荧光物质，蓝或紫外LED管芯上涂敷荧光粉，直接发作宽带光谱，组成白光；或选用几种(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，经过色光的混合构成白光LED。这两种办法都取得有用化，日本2000年出产白光LED达1亿只，开展成一类安稳地发白光的产品，并将多只白光LED规划拼装成对光通量要求不高，以部分装修效果为主，寻求新潮的电光源。
外表贴装封装 在2002年，外表贴装封装的LED(SMD LED)逐步被商场所接受，并取得必定的商场比例，从引脚式封装转向SMD契合整个电子职业开展大趋势，许多出产厂商推出此类产品。 前期的SMD LED大多选用带通明塑料体的SOT-23改善型，外形尺度3．04×1．11mm，卷盘式容器编带包装。在SOT-23根底上，研制出带透镜的高亮度SMD的SLM-125系列，SLM-245系列LED，前者为单色发光，后者为双色或三色发光。近些年，SMD LED成为一个开展热门，很好地处理了亮度、视角、平整度、牢靠性、一致性等问题，选用更轻的PCB板和反射层资料，在显现反射层需求填充的环氧树脂更少，并去除较重的碳钢资料引脚，经过缩小尺度，下降分量，可轻易地将产品分量减轻一半，最终使运用更趋完美，特别合适户内，半野外全彩显现屏运用。 表3示出常见的SMD LED的几种尺度，以及依据尺度(加上必要的空隙)计算出来的最佳观视间隔。焊盘是其散热的重要途径，厂商供给的SMD LED的数据都是以4．0×4．0mm的焊盘为根底的，选用回流焊可规划成焊盘与引脚持平。
超高亮度LED产品可选用PLCC(塑封带引线片式载体)-2封装，外形尺度为3．0×2．8mm，经过共同办法安装高亮度管芯，产品热阻为400K／W，可按CECC办法焊接，其发光强度在50mA驱动电流下达1250mcd。七段式的一位、两位、三位和四位数码SMD LED显现器材的字符高度为5．08-12．7mm，显现尺度挑选规模宽。PLCC封装避免了引脚七段数码显现器所需的手艺刺进与引脚对齐工序，契合主动拾取—贴装设备的出产要求，运用规划空间灵敏，显现艳丽明晰。多色PLCC封装带有一个外部反射器，可简洁地与发光管或光导相结合，用反射型代替现在的透射型光学规划，为大规模区域供给一致的照明，研制在3．5V、1A驱动条件下作业的功率型SMD LED封装。 功率型封装 LED芯片及封装向大功率方向开展，在大电流下发作比Φ5mmLED大10-20倍的光通量，有必要选用有用的散热与不劣化的封装资料处理光衰问题，因而，管壳及封装也是其关键技能，能接受数W功率的LED封装已呈现。5W系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型LED从2003年头开端供货，白光LED光输出达1871m，光效44．31m／W绿光衰问题，开宣布可接受10W功率的LED，大面积管；匕尺度为2．5×2．5mm，可在5A电流下作业，光输出达2001m，作为固体照明光源有很大开展空间。
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，然后把完结倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中，键合引线进行封装。这种封装关于取光功率，散热功用，加大作业电流密度的规划都是最佳的。其首要特色：热阻低，一般仅为14℃／W，只要惯例LED的1／10；牢靠性高，封装内部填充安稳的柔性胶凝体，在-40-120℃规模，不会因温度突变发作的内应力，使金丝与引线结构断开，并避免环氧树脂透镜变黄，引线结构也不会因氧化而玷污；反射杯和透镜的最佳规划使辐射图样可控和光学功率最高。别的，其输出光功率，外量子功率等功用优异，将LED固体光源开展到一个新水平。
Norlux系列功率LED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31．75mm，发光区坐落其间心部位，直径约(0.375×25．4)mm，可包容40只LED管芯，铝板一起作为热沉。管芯的键合引线经过底座上制作的两个接触点与正、负极衔接，依据所需输出光功率的巨细来确认底座上摆放管芯的数目，可组合封装的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其发射光分别为单色，五颜六色或组成的白色，最后用高折射率的资料按光学规划形状进行包封。这种封装选用惯例管芯高密度组合封装，取光功率高，热阻低，较好地维护管芯与键合引线，在大电流下有较高的光输出功率，也是一种有开展前景的LED固体光源。 在运用中，可将已封装产品拼装在一个带有铝夹层的金属芯PCB板上，构成功率密度LED，PCB板作为器材电极衔接的布线之用，铝芯夹层则可作热沉运用，取得较高的发光通量和光电转化功率。此外，封装好的SMD LED体积很小，可灵敏地组合起来，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的作业温度、发光功率、发光波长、运用寿命等，因而，对功率型LED芯片的封装规划、制作技能更显得尤为重要。
