LED封装学习资料.docx

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LED封装学习资料

LED封装学习资料

1、定义：

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殊的要求。

LED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。

2、LED工作原理：

LED的核心发光部分是由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LED的内、外部量子效率。

常规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：

保护管芯等不受外界侵蚀；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；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LED的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。

3、LED的发展趋势：

3.1、中功率成为主流封装方式。

目前市场上的产品多为大功率LED产品或是小功率LED产品，它们虽各有优点，但也有着无法克服的缺陷。

而结合两者优点的中功率LED产品应运而生，成为主流封装方式。

3.2、新材料在封装中的应用。

由于耐高温、抗紫外以及低吸水率等更高更好的环境耐受性，热固型材料EMC、热塑性PCT、改性PPA以及类陶瓷塑料等材料将会被广泛应用。

3.3、芯片超电流密度应用。

今后芯片超电流密度，将由350MA/mm2发展为700MA/mm2，甚至更高。

而芯片需求电压将会更低，更平滑的VI曲线（发热量低），以及ESD与VF兼顾。

3.4、COB应用的普及。

凭借低热阻、光型好、免焊接以及成本低廉等优势，COM应用在今后将会得到广泛普及。

3.5、更高光品质的需求。

主要是针对室内照明，晶台光电将会以LED室内照明产品RA达到80为标准，以RA达到90为目标，尽量使照明产品的光色接近普兰克曲线，这样的光才能够均匀、无眩光。

3.6、国际国内标准进一步完善。

相信随着LED封装技术的不断精进，国内国际上对于LED产品的质量标准也会不断完善。

3.7、集成封装式光引擎成为封装价值观。

集成封装式光引擎将会成为晶台下一季研发重点。

3.8、去电源方案（高压LED）。

今后室内照明将更关注品质，而在成本因素驱动下，去电源方案逐步会成为可接受的产品，而高压LED充分迎合了去电源方案，但其需要解决的是芯片可靠性需要加强。

3.9、适用于情景照明的多色LED光源。

情景照明将是LED照明的核心竞争力，而未来LED照明的第二次起飞则需要依靠情景照明来实现。

3.10、光效需求相对降低，性价比成为封装厂制胜法宝。

今后室内照明不会太关注光效，而会更注重光的品质。

而随着封装技术提高，LED灯具成本降低成为替代传统照明源的动力，在进入家庭照明的过程中，性价比将会越来越被客户所看重。

4、引脚封装

LED脚式封装采用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，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，其光性能优良，工艺适应性好，产品可*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，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产生不同的发光效果。

花色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工作温度性能，引脚可弯曲成所需形状，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；闪烁式将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烁光；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，采用塑料反射框罩并灌封环氧树脂而形成，PCB板的不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结构形式。

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。

5、表面封装

在2002年，表面贴装封装的LED（SMDLED）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SMDLED大多采用带透明塑料体的SOT-23改进型，外形尺寸3．04×1．11mm，卷盘式容器编带包装。

在SOT-23基础上，研发出带透镜的高亮度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，SMDLED成为一个发展热点，很好地解决了亮度、视角、平整度、可*性、一致性等问题，采用更轻的PCB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，最终使应用更趋完美，尤其适合户内，半户外全彩显示屏应用。

表3示出常见的SMDLED的几种尺寸，以及根据尺寸（加上必要的间隙）计算出来的最佳观视距离。

焊盘是其散热的重要渠道，厂商提供的SMDLED的数据都是以4．0×4．0mm的焊盘为基础的，采用回流焊可设计成焊盘与引脚相等。

超高亮度LED产品可采用PLCC（塑封带引线片式载体）-2封装，外形尺寸为3．0×2．8mm，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1250mcd。

七段式的一位、两位、三位和四位数码SMDLED显示器件的字符高度为5．08-12．7mm，显示尺寸选择范围宽。

PLCC封装避免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，应用设计空间灵活，显示鲜艳清晰。

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，用反射型替代目前的透射型光学设计，为大范围区域提供统一的照明，研发在3．5V、1A驱动条件下工作的功率型SMDLED封装。

6、功率封装

LED芯片及封装向大功率方向发展，在大电流下产生比Φ5mmLED大10-20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封装已出现。

5W系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型LED从2003年初开始供货，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2．5×2．5mm，可在5A电流下工作，光输出达2001lm，作为固体照明光源有很大发展空间。

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LED固体光源发展到一个新水平。

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，发光区位于其中心部位，直径约（0.375×25．4）mm，可容纳40只LED管芯，铝板同时作为热沉。

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，根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。

此外，封装好的SMDLED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。

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。

7、技术介绍

7.1、扩晶，把排列的密密麻麻的晶片弄开一点便于固晶。

7.2、固晶，在支架底部点上导电/不导电的胶水（导电与否视晶片是上下型PN结还是左右型PN结而定）然后把晶片放入支架里面。

7.3、短烤，让胶水固化焊线时晶片不移动。

7.4、焊线，用金线把晶片和支架导通。

7.5、前测，初步测试能不能亮。

7.6、灌胶，用胶水把芯片和支架包裹起来。

7.7、长烤，让胶水固化。

7.8、后测，测试能亮与否以及电性参数是否达标。

7.9、分光分色，把颜色和电压大致上一致的产品分出来。

7.10、包装。

8、《LED封装技术》摘取部分相关资料