led灯封装形式

LED封装结构及其技术

1 引言

LED是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高，发光响应时间极短，光色纯，结构牢固，抗冲击，耐振动，性能稳定可靠，重量轻，体积小，成本低等一系列特性，发展突飞猛进，现已能批量生产整个可见光谱段各种颜色的高亮度、高性能产品。国产红、绿、橙、黄的LED产量约占世界总量的12％，“十五”期间的产业目标是达到年产300亿只的能力，实现超高亮度AiGslnP的LED外延片和芯片的大生产，年产10亿只以上红、橙、黄超高亮度LED管芯，突破GaN材料的关键技术，实现蓝、绿、白的LED的中批量生产。据预测，到2005年国际上LED的市场需求量约为2000亿只，销售额达800亿美元。

在LED产业链接中，上游是LED衬底晶片及衬底生产，中游的产业化为LED芯片设计及制造生产，下游归LED封装与测试，研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路，从某种意义上讲是链接产业与市场的纽带，只有封装好的才能成为终端产品，才能投入实际应用，才能为顾客提供服务，使产业链环环相扣，无缝畅通。

2 LED封装的特殊性

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。

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。

LED的封装步骤及技术要领

一、生产工艺

1.生产：a)清洗：采用超声波清洗PCB或LED支架，并烘干。b)装架：在led管芯(大圆片)底部电极备上银胶

后进行扩张，将扩张后的管芯(大圆片)安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED支架相

应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。c)压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流注入的引线。

LED直接安装在PCB上的，一般采用铝丝焊机。(制作白光TOP-LED需要金线焊机)d)封装：通过点胶，用环氧将LED

管芯和焊线保护起来。在PCB板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工

序还将承担点荧光粉(白光LED)的任务。e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED，则在装配工艺

之前，需要将LED焊接到PCB板上。f)切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等。g)装配：根据图纸要求

，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。h)测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好。

2.包装：将成品按要求包装、入库。

二、封装工艺

1. LED的封装的任务是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好led芯片，并且起到提高光取出效率的作用

。关键工序有装架、压焊、封装。

2. LED封装形式LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策

和出光效果。按封装形式分类有Lamp-LED、led TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。 3. LED封装工艺流程

a)芯片检验

镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑(lockhill)芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整

b)扩片

由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小(约0.1mm)，不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜

Led封装技术

LED封装是将外引线连接到LED芯片的电极上，以便于与其他器件连接。它不仅将用导线将芯片上的电极连接到封装外壳上实现芯片与外部电路的连接，而且将芯片固定和密封起来，以保护芯片电路不受水、空气等物质的侵蚀而造成电气性能降低。

封装还可以提高LED芯片的出光效率，并为下游产业的应用安装和运输提供方便。因此，封装技术对LED的性能和可靠性发挥着重要的作用。下面对LED封装技术、荧光粉及其在LED封装中的应用进行介绍。

LED封装技术

根据不同的应用需要，LED的芯片可通过多种封装方式做成不同结构和外观的器件，生产出各种色温、显色指数、品种和规格的LED产品。按封装是否带有引 脚，LED可分为引脚式封装和表面贴装封装两种类型。常规小功率LED的封装形式主要有：直插式DIP LED、表面贴装式SMD LED、食人鱼Piranha LED和PCB集成化封装。功率型LED是未来半导体照明的核心，其封装是人们目前研究的热点。下面就几种主要的封装形式进行说明：

(1)引脚式封装 采用引线架作为各种封装外型的引脚。圆头插脚式LED是常用的封装形式。这种封装常用环氧树脂或硅树脂作为包封材料，芯片约90%的热量由引线架传递到印 刷电路板(PCB)上，再散发到周围空气中。环氧树脂的直径有7mm、5mm、4mm、3mm和2mm等规格。发光角(2θ1/2)的范围可达 18~120°。

(2)表面贴装封装 它是继引脚式封装之后出现的一种重要封装形式。它通常采用塑料带引线片式载体(Plastic Leaded Chip Carrier，PLCC)，将LED芯片放在顶部凹槽处，底部封以金属片状引脚。LED采用表面贴装封装，较好地解决了亮度，视角，平整度，一致性和可 靠性等问题，sosoledcom是目前LED封装技术的一个重要发展方向。

(3)功率型LED封装 功率型LED分普通功率LED(小于1W)和瓦级功率LED(1W及以上)两种。其中，瓦级功率LED是未来照明的核心。单芯片瓦级功率LED最早是由 Lumileds公司在1998年推出的LUXEON LED，该封装结构的特点是采用热电分离的形式，将倒装芯片(Flip Chip)用硅载体直接焊在热沉上，并采用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新材料。

LED封装形式分类

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。LED封装形式多种多样。目前，LED按封装形式分类主要有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED、Flip Chip-LED等

Lamp-LED（垂直LED）

Lamp-LED早期出现的是直插LED，它的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED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。

SMD-LED（表面贴装LED）

贴片LED是贴于线路板表面的，适合SMT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PCB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LED可轻易地将产品重量减轻一半，最终使应用更加完美。

Side-LED（侧发光LED）

目前，LED封装的另一个重点便侧面发光封装。如果想使用LED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LCD背光发光均匀。虽然使用导线架的设计，也可以达到侧面发光的目的，但是散热效果不好。不过，Lumileds公司发明反射镜的设计，将表面发光的LED，利用反射镜原理来发成侧光，成功的将高功率LED应用在大尺寸LCD背光模组上。

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PDA中的背光和状态指示灯。

High-Power-LED（高功率LED）

为了获得高功率、高亮度的LED光源，厂商们在LED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LED封装已出现。比如Norlux系列大功率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。这种封装采用常规管芯高密度组合封装，发光效率高，热阻低，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。