發(fā)光二極管的多種形式封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)

1、發(fā)光二極管的多種形式封裝構(gòu)造及技術(shù)-LED技術(shù)論文(1)1 引言 LED是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能的發(fā)光器件，具有工作電壓低，耗電量小，發(fā)光效率高，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，光色純，構(gòu)造結(jié)實(shí)，抗沖擊，耐振動，性能穩(wěn)定可靠，重量輕，體積小，本錢低等一系列特性，開展突飛猛進(jìn)，現(xiàn)已能批量消費(fèi)整個(gè)可見光譜段各種顏色的高亮度、高性能產(chǎn)品。國產(chǎn)紅、綠、橙、黃的LED產(chǎn)量約占世界總量的12，“十五期間的產(chǎn)業(yè)目的是到達(dá)年產(chǎn)300億只的才能，實(shí)現(xiàn)超高亮度AiGslnP的LED外延片和芯片的大消費(fèi)，年產(chǎn)10億只以上紅、橙、黃超高亮度LED管芯，打破GaN材料的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)藍(lán)、綠、白的LED的中批量消費(fèi)。據(jù)預(yù)

2、測，到2005年國際上LED的市場需求量約為2000億只，銷售額達(dá)800億美元。 在LED產(chǎn)業(yè)鏈接中，上游是LED襯底晶片及襯底消費(fèi)，中游的產(chǎn)業(yè)化為LED芯片設(shè)計(jì)及制造消費(fèi)，下游歸LED封裝與測試，研發(fā)低熱阻、優(yōu)異光學(xué)特性、高可靠的封裝技術(shù)是新型LED走向?qū)嵱?、走向市場的產(chǎn)業(yè)化必經(jīng)之路，從某種意義上講是鏈接產(chǎn)業(yè)與市場的紐帶，只有封裝好的才能成為終端產(chǎn)品，才能投入實(shí)際應(yīng)用，才能為顧客提供效勞，使產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)環(huán)相扣，無縫暢通。2 LED封裝的特殊性 LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)根底上開展與演變而來的，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

3、成電氣互連。而LED封裝那么是完成輸出電信號，保護(hù)管芯正常工作，輸出：可見光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。 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)，就會發(fā)出可見光，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)射有一樣的幾率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯構(gòu)造及幾何形狀、封裝內(nèi)部構(gòu)造與包封材料，應(yīng)用要求進(jìn)步LED的內(nèi)、外部量子效率。常規(guī)5mm型LED封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上，管芯的正

4、極通過球形接觸點(diǎn)與金絲，鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相連，負(fù)極通過反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封。反射杯的作用是搜集管芯側(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)氧樹脂做成一定形狀，有這樣幾種作用：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)屢次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失，選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹脂作過渡，進(jìn)步管芯的光出射效率。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性，絕緣性，機(jī)械

5、強(qiáng)度，對管芯發(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構(gòu)造、光輸出方式、封裝透鏡所用材質(zhì)和形狀有關(guān)。假設(shè)采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED的軸線方向，相應(yīng)的視角較小；假設(shè)頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型，其相應(yīng)視角將增大。 一般情況下，LED的發(fā)光波長隨溫度變化為02-03nm，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當(dāng)正向電流流經(jīng)pn結(jié)，發(fā)熱性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升，在室溫附近，溫度每升高1，LED的發(fā)光強(qiáng)度會相應(yīng)地減少1左右，封裝散熱；時(shí)保持色純度與發(fā)光強(qiáng)度非常重要，以往多采用減少其驅(qū)動電流的方法，降低結(jié)溫，多數(shù)LED的驅(qū)動電流限制在20mA左右。但是，LED的光輸出會隨電流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驅(qū)動電流可以到達(dá)70mA、100mA甚至1A級，需要改進(jìn)封裝構(gòu)造，全新的LED封裝設(shè)計(jì)理念和低熱阻封裝構(gòu)造及技術(shù)，改善熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝構(gòu)造，選用導(dǎo)熱性能好的銀膠，增大金屬支架的外表積，焊料凸點(diǎn)的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此外，在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，PCB線路板等的熱設(shè)計(jì)、導(dǎo)熱性能也非常重要。進(jìn)入21世紀(jì)后，LED的