LED封裝學(xué)習(xí)資料

1、LED封裝學(xué)習(xí)資料1、 定義： LED（發(fā)光二極管）封裝是指發(fā)光芯片的封裝，相比集成電路封裝有較大不同。LED的封裝不僅要求能夠保護(hù)燈芯，而且還要能夠透光。所以LED的封裝對(duì)封裝材料有特殊的要求。 LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來(lái)的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi)，封裝的作用主要是保護(hù)管芯和完成電氣互連。而LED封裝 則是完成輸出電信號(hào)，保護(hù)管芯正常工作，輸出：可見(jiàn)光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求，無(wú)法簡(jiǎn)單地將分立器件的封裝用于LED。2、 LED工作原理： LED的核心發(fā)光部分是由p型和n型半導(dǎo)體構(gòu)成的pn結(jié)管芯，當(dāng)注

2、入pn結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，就會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光，紫外光或近紅外光。但pn結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個(gè)方向發(fā)射有相同的幾率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來(lái)，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料，應(yīng)用要求提高LED的內(nèi)、外部量子效率。常規(guī)5mm型LED封裝是將邊長(zhǎng)0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上，管芯的正極通過(guò)球形接觸點(diǎn)與金絲，鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相連，負(fù)極通過(guò)反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹(shù)脂包封。反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光，向期望的方向角內(nèi)發(fā)射。頂部包封的環(huán)氧樹(shù)脂做成一定形狀，有這樣幾種作用

3、：保護(hù)管芯等不受外界侵蝕；采用不同的形狀和材料性質(zhì)(摻或不摻散色劑)，起透鏡或漫射透鏡功能，控制光的發(fā)散角；管芯折射率與空氣折射率相關(guān)太大，致使管芯內(nèi)部的全反射臨界角很小，其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導(dǎo)致過(guò)多光損失，選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹(shù)脂作過(guò)渡，提高管芯的光出射效率。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹(shù)脂須具有耐濕性，絕緣性，機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)管芯發(fā)出光的折射率和透射率高。選擇不同折射率的封裝材料，封裝幾何形狀對(duì)光子逸出效率的影響是不同的，發(fā)光強(qiáng)度的角分布也與管芯結(jié)構(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用材質(zhì)和形狀有關(guān)。若采用尖形樹(shù)脂透鏡，可使光集中到LED的軸線方向，

4、相應(yīng)的視角較小；如果頂部的樹(shù)脂透鏡為圓形或平面型，其相應(yīng)視角將增大。3、 LED的發(fā)展趨勢(shì)： 3.1、中功率成為主流封裝方式。目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品多為大功率LED產(chǎn)品或是小功率LED產(chǎn)品，它們雖各有優(yōu)點(diǎn)，但也有著無(wú)法克服的缺陷。而結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)的中功率LED產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，成為主流封裝方式。 3.2、新材料在封裝中的應(yīng)用。由于耐高溫、抗紫外以及低吸水率等更高更好的環(huán)境耐受性，熱固型材料EMC、熱塑性PCT、改性PPA以及類陶瓷塑料等材料將會(huì)被廣泛應(yīng)用。 3.3、芯片超電流密度應(yīng)用。今后芯片超電流密度，將由350MA/mm2發(fā)展為700MA/mm2，甚至更高。而芯片需求電壓將會(huì)更低，更平滑的VI曲線(發(fā)

5、熱量低)，以及ESD與VF兼顧。 3.4、COB應(yīng)用的普及。憑借低熱阻、光型好、免焊接以及成本低廉等優(yōu)勢(shì)，COM應(yīng)用在今后將會(huì)得到廣泛普及。 3.5、更高光品質(zhì)的需求。主要是針對(duì)室內(nèi)照明，晶臺(tái)光電將會(huì)以LED室內(nèi)照明產(chǎn)品RA達(dá)到80為標(biāo)準(zhǔn)，以RA達(dá)到90為目標(biāo)，盡量使照明產(chǎn)品的光色接近普蘭克曲線，這樣的光才能夠均勻、無(wú)眩光。 3.6、國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善。相信隨著LED封裝技術(shù)的不斷精進(jìn)，國(guó)內(nèi)國(guó)際上對(duì)于LED產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)不斷完善。 3.7、集成封裝式光引擎成為封裝價(jià)值觀。集成封裝式光引擎將會(huì)成為晶臺(tái)下一季研發(fā)重點(diǎn)。 3.8、去電源方案(高壓LED)。今后室內(nèi)照明將更關(guān)注品質(zhì)，而在成本因

6、素驅(qū)動(dòng)下，去電源方案逐步會(huì)成為可接受的產(chǎn)品，而高壓LED充分迎合了去電源方案，但其需要解決的是芯片可靠性需要加強(qiáng)。 3.9、適用于情景照明的多色LED光源。情景照明將是LED照明的核心競(jìng)爭(zhēng)力，而未來(lái)LED照明的第二次起飛則需要依靠情景照明來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3.10、光效需求相對(duì)降低，性價(jià)比成為封裝廠制勝法寶。今后室內(nèi)照明不會(huì)太關(guān)注光效，而會(huì)更注重光的品質(zhì)。而隨著封裝技術(shù)提高，LED燈具成本降低成為替代傳統(tǒng)照明源的動(dòng)力，在進(jìn)入家庭照明的過(guò)程中，性價(jià)比將會(huì)越來(lái)越被客戶所看重。4、 引腳封裝 LED腳式封裝采用引線架作各種封裝外型的引腳，是最先研發(fā)成功投放市場(chǎng)的封裝結(jié)構(gòu)，品種數(shù)量繁多，技術(shù)成熟度較高，封裝內(nèi)

7、結(jié)構(gòu)與反射層仍在不斷改進(jìn)。標(biāo)準(zhǔn)LED被大多數(shù)客戶認(rèn)為是目前顯示行業(yè)中最方便、最經(jīng)濟(jì)的解決方案，典型的傳統(tǒng)LED安置在能承受01W輸入功率的包封內(nèi)，其90%的熱量是由負(fù)極的引腳架散發(fā)至PCB板，再散發(fā)到空氣中，如何降低工作時(shí)pn結(jié)的溫升是封裝與應(yīng)用必須考慮的。包封材料多采用高溫固化環(huán)氧樹(shù)脂，其光性能優(yōu)良，工藝適應(yīng)性好，產(chǎn)品可*性高，可做成有色透明或無(wú)色透明和有色散射或無(wú)色散射的透鏡封裝，不同的透鏡形狀構(gòu)成多種外形及尺寸，例如，圓形按直徑分為2mm、3mm、44mm、5mm、7mm等數(shù)種，環(huán)氧樹(shù)脂的不同組份可產(chǎn)生不同的發(fā)光效果?；ㄉc(diǎn)光源有多種不同的封裝結(jié)構(gòu)：陶瓷底座環(huán)氧樹(shù)脂封裝具有較好的工作溫度

8、性能，引腳可彎曲成所需形狀，體積小；金屬底座塑料反射罩式封裝是一種節(jié)能指示燈，適作電源指示用；閃爍式將CMOS振蕩電路芯片與LED管芯組合封裝，可自行產(chǎn)生較強(qiáng)視覺(jué)沖擊的閃爍光；雙色型由兩種不同發(fā)光顏色的管芯組成，封裝在同一環(huán)氧樹(shù)脂透鏡中，除雙色外還可獲得第三種的混合色，在大屏幕顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，并可封裝組成雙色顯示器件；電壓型將恒流源芯片與LED管芯組合封裝，可直接替代524V的各種電壓指示燈。面光源是多個(gè)LED管芯粘結(jié)在微型PCB板的規(guī)定位置上，采用塑料反射框罩并灌封環(huán)氧樹(shù)脂而形成，PCB板的不同設(shè)計(jì)確定外引線排列和連接方式，有雙列直插與單列直插等結(jié)構(gòu)形式。點(diǎn)、面光源現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出數(shù)百種

9、封裝外形及尺寸，供市場(chǎng)及客戶適用。5、 表面封裝 在2002年，表面貼裝封裝的LED(SMD LED)逐漸被市場(chǎng)所接受，并獲得一定的市場(chǎng)份額，從引腳式封裝轉(zhuǎn)向SMD符合整個(gè)電子行業(yè)發(fā)展大趨勢(shì)，很多生產(chǎn)廠商推出此類產(chǎn)品。 早期的SMD LED大多采用帶透明塑料體的SOT-23改進(jìn)型，外形尺寸304×111mm，卷盤式容器編帶包裝。在SOT-23基礎(chǔ)上，研發(fā)出帶透鏡的高亮度SMD的SLM-125系列，SLM-245系列LED，前者為單色發(fā)光，后者為雙色或三色發(fā)光。近些年，SMD LED成為一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)，很好地解決了亮度、視角、平整度、可*性、一致性等問(wèn)題，采用更輕的PCB板和反射層材料，

10、在顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹(shù)脂更少，并去除較重的碳鋼材料引腳，通過(guò)縮小尺寸，降低重量，可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，最終使應(yīng)用更趨完美，尤其適合戶內(nèi)，半戶外全彩顯示屏應(yīng)用。 表3示出常見(jiàn)的SMD LED的幾種尺寸，以及根據(jù)尺寸(加上必要的間隙)計(jì)算出來(lái)的最佳觀視距離。焊盤是其散熱的重要渠道，廠商提供的SMD LED的數(shù)據(jù)都是以40×40mm的焊盤為基礎(chǔ)的，采用回流焊可設(shè)計(jì)成焊盤與引腳相等。超高亮度LED產(chǎn)品可采用PLCC(塑封帶引線片式載體)-2封裝，外形尺寸為30×28mm，通過(guò)獨(dú)特方法裝配高亮度管芯，產(chǎn)品熱阻為400K/W，可按CECC方式焊接，其發(fā)光強(qiáng)度在50mA驅(qū)動(dòng)電

11、流下達(dá)1250mcd。七段式的一位、兩位、三位和四位數(shù)碼SMD LED顯示器件的字符高度為508-127mm，顯示尺寸選擇范圍寬。PLCC封裝避免了引腳七段數(shù)碼顯示器所需的手工插入與引腳對(duì)齊工序，符合自動(dòng)拾取貼裝設(shè)備的生產(chǎn)要求，應(yīng)用設(shè)計(jì)空間靈活，顯示鮮艷清晰。多色PLCC封裝帶有一個(gè)外部反射器，可簡(jiǎn)便地與發(fā)光管或光導(dǎo)相結(jié)合，用反射型替代目前的透射型光學(xué)設(shè)計(jì)，為大范圍區(qū)域提供統(tǒng)一的照明，研發(fā)在35V、1A驅(qū)動(dòng)條件下工作的功率型SMD LED封裝。6、 功率封裝 LED芯片及封裝向大功率方向發(fā)展，在大電流下產(chǎn)生比5mmLED大10-20倍的光通量，必須采用有效的散熱與不劣化的封裝材料解決光衰問(wèn)題，

12、因此，管殼及封裝也是其關(guān)鍵技術(shù)，能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn)。5W系列白、綠、藍(lán)綠、藍(lán)的功率型LED從2003年初開(kāi)始供貨，白光LED光輸出達(dá)1871lm，光效4431lm/W綠光衰問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出可承受10W功率的LED，大面積管；匕尺寸為25×25mm，可在5A電流下工作，光輸出達(dá)2001lm，作為固體照明光源有很大發(fā)展空間。 Luxeon系列功率LED是將A1GalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點(diǎn)的硅載體上，然后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉與管殼中，鍵合引線進(jìn)行封裝。這種封裝對(duì)于取光效率，散熱性能，加大工作電流密度的設(shè)計(jì)都是最佳的。其主要特點(diǎn)：熱阻低，一般僅為14/W

13、，只有常規(guī)LED的1/10；可*性高，封裝內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體，在-40-120范圍，不會(huì)因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使金絲與引線框架斷開(kāi)，并防止環(huán)氧樹(shù)脂透鏡變黃，引線框架也不會(huì)因氧化而玷污；反射杯和透鏡的最佳設(shè)計(jì)使輻射圖樣可控和光學(xué)效率最高。另外，其輸出光功率，外量子效率等性能優(yōu)異，將LED固體光源發(fā)展到一個(gè)新水平。 Norlux系列功率LED的封裝結(jié)構(gòu)為六角形鋁板作底座(使其不導(dǎo)電)的多芯片組合，底座直徑3175mm，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，直徑約(0.375×254)mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時(shí)作為熱沉。管芯的鍵合引線通過(guò)底座上制作的兩個(gè)接觸點(diǎn)與正、負(fù)極連接，根據(jù)所需輸

14、出光功率的大小來(lái)確定底座上排列管芯的數(shù)目，可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其發(fā)射光分別為單色，彩色或合成的白色，最后用高折射率的材料按光學(xué)設(shè)計(jì)形狀進(jìn)行包封。這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝，取光效率高，熱阻低，較好地保護(hù)管芯與鍵合引線，在大電流下有較高的光輸出功率，也是一種有發(fā)展前景的LED固體光源。 在應(yīng)用中，可將已封裝產(chǎn)品組裝在一個(gè)帶有鋁夾層的金屬芯PCB板上，形成功率密度LED，PCB板作為器件電極連接的布線之用，鋁芯夾層則可作熱沉使用，獲得較高的發(fā)光通量和光電轉(zhuǎn)換效率。此外，封裝好的SMD LED體積很小，可靈活地組合起來(lái)，構(gòu)成模塊型、導(dǎo)光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長(zhǎng)、使用壽命等，因此，對(duì)功率型LED芯片的封裝設(shè)計(jì)、制造技術(shù)更顯得尤為重要。7、 技術(shù)介紹 7.1、擴(kuò)晶，把排列的密密麻麻的晶片弄開(kāi)一點(diǎn)便于固晶。 7.2、固晶，在