LED封(feng)裝(zhuang)技(ji)術(shu)大(da)都(dou)是(shi)在(zai)分(fen)立(li)器(qi)件(jian)封(feng)裝(zhuang)技(ji)術(shu)基(ji)礎(chu)上(shang)發(fa)展(zhan)與(yu)演(yan)變(bian)而(er)來(lai)的(de)，但(dan)卻(que)有(you)很(hen)大(da)的(de)特(te)殊(shu)性(xing)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)，分(fen)立(li)器(qi)件(jian)的(de)管(guan)芯(xin)被(bei)密(mi)封(feng)在(zai)封(feng)裝(zhuang)體(ti)內(nei)，封(feng)裝(zhuang)的(de)作(zuo)用(yong)主(zhu)要(yao)是(shi)保(bao)護(hu)管(guan)芯(xin)和(he)完(wan)成(cheng)電(dian)氣(qi)互(hu)連(lian)。而(er)LED封裝則是完成輸出電信號
，保護管芯正常工作
，輸出：可見光的功能

，既有電參數，又有光參數的設計及技術要求，無法簡單地將分立器件的封裝用於LED。


LED的核心發光部分是由p型和n型半導體構成的pn結管芯，當注入pn結的少數載流子與多數載流子複合時，就會發出可見光，紫外光或近紅外光。但pn結(jie)區(qu)發(fa)出(chu)的(de)光(guang)子(zi)是(shi)非(fei)定(ding)向(xiang)的(de)，即(ji)向(xiang)各(ge)個(ge)方(fang)向(xiang)發(fa)射(she)有(you)相(xiang)同(tong)的(de)幾(ji)率(lv)，因(yin)此(ci)，並(bing)不(bu)是(shi)管(guan)芯(xin)產(chan)生(sheng)的(de)所(suo)有(you)光(guang)都(dou)可(ke)以(yi)釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)，這(zhe)主(zhu)要(yao)取(qu)決(jue)於(yu)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)質(zhi)量(liang)
、管芯結構及幾何形狀
、封裝內部結構與包封材料，應用要求提高LED的內
、外部量子效率。常規Φ5mm型LED封裝是將邊長0.25mm的de正zheng方fang形xing管guan芯xin粘zhan結jie或huo燒shao結jie在zai引yin線xian架jia上shang，管guan芯xin的de正zheng極ji通tong過guo球qiu形xing接jie觸chu點dian與yu金jin絲si，鍵jian合he為wei內nei引yin線xian與yu一yi條tiao管guan腳jiao相xiang連lian，負fu極ji通tong過guo反fan射she杯bei和he引yin線xian架jia的de另ling一yi管guan腳jiao相xiang連lian，然ran後hou其qi頂ding部bu用yong環huan氧yang樹shu脂zhi包bao封feng。反fan射she杯bei的de作zuo用yong是shi收shou集ji管guan芯xin側ce麵mian、界麵發出的光，向期望的方向角內發射。

頂部包封的環氧樹脂做成一定形狀

，有這樣幾種作用：保護管芯等不受外界侵蝕；采用不同的形狀和材料性質(摻或不摻散色劑)
，起透鏡或漫射透鏡功能
，控製光的發散角
；管guan芯xin折zhe射she率lv與yu空kong氣qi折zhe射she率lv相xiang關guan太tai大da
，致zhi使shi管guan芯xin內nei部bu的de全quan反fan射she臨lin界jie角jiao很hen小xiao，其qi有you源yuan層ceng產chan生sheng的de光guang隻zhi有you小xiao部bu分fen被bei取qu出chu
，大da部bu分fen易yi在zai管guan芯xin內nei部bu經jing多duo次ci反fan射she而er被bei吸xi收shou，易yi發fa生sheng全quan反fan射she導dao致zhi過guo多duo光guang損sun失shi
，選xuan用yong相xiang應ying折zhe射she率lv的de環huan氧yang樹shu脂zhi作zuo過guo渡du，提ti高gao管guan芯xin的de光guang出chu射she效xiao率lv。用yong作zuo構gou成cheng管guan殼ke的de環huan氧yang樹shu脂zhi須xu具ju有you耐nai濕shi性xing
，絕jue緣yuan性xing，機ji械xie強qiang度du，對dui管guan芯xin發fa出chu光guang的de折zhe射she率lv和he透tou射she率lv高gao。選xuan擇ze不bu同tong折zhe射she率lv的de封feng裝zhuang材cai料liao，封feng裝zhuang幾ji何he形xing狀zhuang對dui光guang子zi逸yi出chu效xiao率lv的de影ying響xiang是shi不bu同tong的de，發fa光guang強qiang度du的de角jiao分fen布bu也ye與yu管guan芯xin結jie構gou
、光輸出方式、封裝透鏡所用材質和形狀有關。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED的軸線方向，相應的視角較小
；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平麵型
，其相應視角將增大。

一般情況下，LED的發光波長隨溫度變化為0．2-0．3nm／℃，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮豔度。另外，當正向電流流經pn結，發熱性損耗使結區產生溫升，在室溫附近，溫度每升高1℃，LED的發光強度會相應地減少1％左右

，封裝散熱
；時保持色純度與發光強度非常重要，以往多采用減少其驅動電流的辦法，降低結溫，多數LED的驅動電流限製在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的驅動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，需要改進封裝結構
，全新的LED封feng裝zhuang設she計ji理li念nian和he低di熱re阻zu封feng裝zhuang結jie構gou及ji技ji術shu，改gai善shan熱re特te性xing。例li如ru
，采cai用yong大da麵mian積ji芯xin片pian倒dao裝zhuang結jie構gou，選xuan用yong導dao熱re性xing能neng好hao的de銀yin膠jiao，增zeng大da金jin屬shu支zhi架jia的de表biao麵mian積ji，焊han料liao凸tu點dian的de矽gui載zai體ti直zhi接jie裝zhuang在zai熱re沉chen上shang等deng方fang法fa。此ci外wai
，在zai應ying用yong設she計ji中zhong
，PCB線路板等的熱設計、導熱性能也十分重要。

進入21世紀後，LED的高效化
、超高亮度化、全色化不斷發展創新
，紅、橙LED光效已達到100Im／W，綠LED為501m／W
，單隻LED的光通量也達到數十Im。LED芯xin片pian和he封feng裝zhuang不bu再zai沿yan龔gong傳chuan統tong的de設she計ji理li念nian與yu製zhi造zao生sheng產chan模mo式shi，在zai增zeng加jia芯xin片pian的de光guang輸shu出chu方fang麵mian
，研yan發fa不bu僅jin僅jin限xian於yu改gai變bian材cai料liao內nei雜za質zhi數shu量liang，晶jing格ge缺que陷xian和he位wei錯cuo來lai提ti高gao內nei部bu效xiao率lv，同tong時shi
，如ru何he改gai善shan管guan芯xin及ji封feng裝zhuang內nei部bu結jie構gou，增zeng強qiangLED內部產生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優化設計，改進光學性能，加速表麵貼裝化SMD進程更是產業界研發的主流方向。

產品封裝結構類型

自上世紀九十年代以來，LED芯片及材料製作技術的研發取得多項突破
，透明襯底梯形結構
、紋理表麵結構、芯片倒裝結構，商品化的超高亮度(1cd以上)紅
、橙、黃、綠
、藍的LED產品相繼問市，如表1所示
，2000年開始在低、中光通量的特殊照明中獲得應用。LED的上、中遊產業受到前所未有的重視，進一步推動下遊的封裝技術及產業發展
，采用不同封裝結構形式與尺寸，不同發光顏色的管芯及其雙色
、或三色組合方式，可生產出多種係列，品種、規格的產品。

LED產品封裝結構的類型如表2所示
，也有根據發光顏色、芯片材料、發光亮度、尺寸大小等情況特征來分類的。單個管芯一般構成點光源，多個管芯組裝一般可構成麵光源和線光源，作信息、狀態指示及顯示用
，發光顯示器也是用多個管芯，通過管芯的適當連接(包括串聯和並聯)與合適的光學結構組合而成的，構成發光顯示器的發光段和發光點。表麵貼裝LED可逐漸替代引腳式LED，應用設計更靈活，已在LED顯示市場中占有一定的份額，有加速發展趨勢。固體照明光源有部分產品上市，成為今後LED的中、長期發展方向。

引腳式封裝

LED腳(jiao)式(shi)封(feng)裝(zhuang)采(cai)用(yong)引(yin)線(xian)架(jia)作(zuo)各(ge)種(zhong)封(feng)裝(zhuang)外(wai)型(xing)的(de)引(yin)腳(jiao)，是(shi)最(zui)先(xian)研(yan)發(fa)成(cheng)功(gong)投(tou)放(fang)市(shi)場(chang)的(de)封(feng)裝(zhuang)結(jie)構(gou)，品(pin)種(zhong)數(shu)量(liang)繁(fan)多(duo)，技(ji)術(shu)成(cheng)熟(shu)度(du)較(jiao)高(gao)
，封(feng)裝(zhuang)內(nei)結(jie)構(gou)與(yu)反(fan)射(she)層(ceng)仍(reng)在(zai)不(bu)斷(duan)改(gai)進(jin)。標(biao)準(zhun)LED被大多數客戶認為是目前顯示行業中最方便
、最經濟的解決方案
，典型的傳統LED安置在能承受0．1W輸入功率的包封內
，其90％的熱量是由負極的引腳架散發至PCB板

，再散發到空氣中，如何降低工作時pn結的溫升是封裝與應用必須考慮的。包封材料多采用高溫固化環氧樹脂，其光性能優良，工藝適應性好，產品可*性高，可做成有色透明或無色透明和有色散射或無色散射的透鏡封裝
，不同的透鏡形狀構成多種外形及尺寸，例如，圓形按直徑分為Φ2mm、Φ3mm、Φ4．4mm

、Φ5mm
、Φ7mm等數種
，環氧樹脂的不同組份可產生不同的發光效果。

花色點光源有多種不同的封裝結構：陶瓷底座環氧樹脂封裝具有較好的工作溫度性能，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，可自行產生較強視覺衝擊的閃爍光
；shuangsexingyouliangzhongbutongfaguangyansedeguanxinzucheng，fengzhuangzaitongyihuanyangshuzhitoujingzhong
，chushuangsewaihaikehuodedisanzhongdehunhese
，zaidapingmuxianshixitongzhongdeyingyongjiweiguangfan
，bingkefengzhuangzuchengshuangsexianshiqijian；電壓型將恒流源芯片與LED管芯組合封裝
，可直接替代5—24V的各種電壓指示燈。麵光源是多個LED管芯粘嵩諼⑿蚉CB板的規定位置上，采用塑料反射框罩並灌封環氧樹脂而形成，PCB板的不同設計確定外引線排列和連接方式，有雙列直插與單列直插等結構形式。點、麵光源現已開發出數百種封裝外形及尺寸，供市場及客戶適用。

LED發光顯示器可由數碼管或米字管、符號管
、矩陳管組成各種多位產品，由實際需求設計成各種形狀與結構。以數碼管為例，有反射罩式
、單片集成式、單(dan)條(tiao)七(qi)段(duan)式(shi)等(deng)三(san)種(zhong)封(feng)裝(zhuang)結(jie)構(gou)，連(lian)接(jie)方(fang)式(shi)有(you)共(gong)陽(yang)極(ji)和(he)共(gong)陰(yin)極(ji)兩(liang)種(zhong)，一(yi)位(wei)就(jiu)是(shi)通(tong)常(chang)說(shuo)的(de)數(shu)碼(ma)管(guan)，兩(liang)位(wei)以(yi)上(shang)的(de)一(yi)般(ban)稱(cheng)作(zuo)顯(xian)示(shi)器(qi)。反(fan)射(she)罩(zhao)式(shi)具(ju)有(you)字(zi)型(xing)大(da)，用(yong)料(liao)省(sheng)，組(zu)裝(zhuang)靈(ling)活(huo)的(de)混(hun)合(he)封(feng)裝(zhuang)特(te)點(dian)，一(yi)般(ban)用(yong)白(bai)色(se)塑(su)料(liao)製(zhi)作(zuo)成(cheng)帶(dai)反(fan)射(she)腔(qiang)的(de)七(qi)段(duan)形(xing)外(wai)殼(ke)


，將(jiang)單(dan)個(ge)LED管芯粘結在與反射罩的七個反射腔互相對位的PCB板上
，每個反射腔底部的中心位置是管芯形成的發光區，用壓焊方法鍵合引線，在反射罩內滴人環氧樹脂，與粘好管芯的PCB板對位粘合，然後固化即成。
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反射罩式又分為空封和實封兩種，前者采用散射劑與染料的環氧樹脂，多用於單位
、雙位器件；houzheshanggailvsepianyuyunguangmo
，bingzaiguanxinyudibanshangtutoumingjueyuanjiao，tigaochuguangxiaolv，yibanyongyusiweiyishangdeshuzixianshi。danpianjichengshishizaifaguangcailiaojingpianshangzhizuodaliangqiduanshumaxianshiqituxingguanxin
，ranhouhuapianfengechengdanpiantuxingguanxin


，zhanjie、壓焊、封裝帶透鏡(俗稱魚眼透鏡)的外殼。單條七段式將已製作好的大麵積LED芯片，劃割成內含一隻或多隻管芯的發光條，如此同樣的七條粘結在數碼字形的可伐架上，經壓焊、環氧樹脂封裝構成。單片式、單條式的特點是微小型化，可采用雙列直插式封裝，大多是專用產品。LED光柱顯示器在106mm長度的線路板上

，安置101隻管芯(最多可達201隻管芯)，屬於高密度封裝
，利用光學的折射原理，使點光源通過透明罩殼的13-15條光柵成像，完成每隻管芯由點到線的顯示，封裝技術較為複雜。

半導體pn結的電致發光機理決定LED不可能產生具有連續光譜的白光，同時單隻LED也不可能產生兩種以上的高亮度單色光，隻能在封裝時借助熒光物質
，藍或紫外LED管芯上塗敷熒光粉，間接產生寬帶光譜，合成白光
；或采用幾種(兩種或三種、多種)發不同色光的管芯封裝在一個組件外殼內，通過色光的混合構成白光LED。這兩種方法都取得實用化，日本2000年生產白光LED達1億隻，發展成一類穩定地發白光的產品
，並將多隻白光LED設計組裝成對光通量要求不高，以局部裝飾作用為主，追求新潮的電光源。

表麵貼裝封裝

在2002年，表麵貼裝封裝的LED(SMD LED)逐漸被市場所接受
，並獲得一定的市場份額
，從引腳式封裝轉向SMD符合整個電子行業發展大趨勢
，很多生產廠商推出此類產品。

早期的SMD LED大多采用帶透明塑料體的SOT-23改進型
，外形尺寸3．04×1．11mm
，卷盤式容器編帶包裝。在SOT-23基礎上，研發出帶透鏡的高亮度SMD的SLM-125係列，SLM-245係列LED
，前者為單色發光，後者為雙色或三色發光。近些年，SMD LED成為一個發展熱點，很好地解決了亮度、視角、平整度
、可*性

、一致性等問題，采用更輕的PCBbanhefanshecengcailiao，zaixianshifanshecengxuyaotianchongdehuanyangshuzhigengshao，bingquchujiaozhongdetangangcailiaoyinjiao，tongguosuoxiaochicun，jiangdizhongliang

，keqingyidijiangchanpinzhongliangjianqingyiban，zuizhongshiyingyonggengquwanmei
，youqishihehunei，banhuwaiquancaixianshipingyingyong。

表3示出常見的SMD LED的幾種尺寸，以及根據尺寸(加上必要的間隙)計算出來的最佳觀視距離。焊盤是其散熱的重要渠道
，廠商提供的SMD LED的數據都是以4．0×4．0mm的焊盤為基礎的，采用回流焊可設計成焊盤與引腳相等。超高亮度LED產品可采用PLCC(塑封帶引線片式載體)-2封裝，外形尺寸為
3．0×2．8mm，通過獨特方法裝配高亮度管芯，產品熱阻為400K／W
，可按CECC方式焊接

，其發光強度在50mA驅動電流下達1250mcd。七段式的一位、兩位、三位和四位數碼SMD LED顯示器件的字符高度為5．08-12．7mm
，顯示尺寸選擇範圍寬。PLCC封裝避免了引腳七段數碼顯示器所需的手工插入與引腳對齊工序

，符合自動拾取—貼裝設備的生產要求
，應用設計空間靈活，顯示鮮豔清晰。多色PLCC封(feng)裝(zhuang)帶(dai)有(you)一(yi)個(ge)外(wai)部(bu)反(fan)射(she)器(qi)
，可(ke)簡(jian)便(bian)地(di)與(yu)發(fa)光(guang)管(guan)或(huo)光(guang)導(dao)相(xiang)結(jie)合(he)，用(yong)反(fan)射(she)型(xing)替(ti)代(dai)目(mu)前(qian)的(de)透(tou)射(she)型(xing)光(guang)學(xue)設(she)計(ji)，為(wei)大(da)範(fan)圍(wei)區(qu)域(yu)提(ti)供(gong)統(tong)一(yi)的(de)照(zhao)明(ming)
，研(yan)發(fa)在(zai)3．5V、1A驅動條件下工作的功率型SMD LED封裝。

功率型封裝

LED芯片及封裝向大功率方向發展，在大電流下產生比Φ5mmLED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題，因此，管殼及封裝也是其關鍵技術
，能承受數W功率的LED封裝已出現。5W係列白、綠
、藍綠、藍的功率型LED從2003年初開始供貨
，白光LED光輸出達1871m，光效44．31m／W綠光衰問題
，開發出可承受10W功率的LED，大麵積管；匕尺寸為2．5×2．5mm，可在5A電流下工作
，光輸出達2001m，作為固體照明光源有很大發展空間。

Luxeon係列功率LED是將A1GalnN功(gong)率(lv)型(xing)倒(dao)裝(zhuang)管(guan)芯(xin)倒(dao)裝(zhuang)焊(han)接(jie)在(zai)具(ju)有(you)焊(han)料(liao)凸(tu)點(dian)的(de)矽(gui)載(zai)體(ti)上(shang)，然(ran)後(hou)把(ba)完(wan)成(cheng)倒(dao)裝(zhuang)焊(han)接(jie)的(de)矽(gui)載(zai)體(ti)裝(zhuang)入(ru)熱(re)沉(chen)與(yu)管(guan)殼(ke)中(zhong)
，鍵(jian)合(he)引(yin)線(xian)進(jin)行(xing)封(feng)裝(zhuang)。這(zhe)種(zhong)封(feng)裝(zhuang)對(dui)於(yu)取(qu)光(guang)效(xiao)率(lv)，散(san)熱(re)性(xing)能(neng)
，加(jia)大(da)工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)的(de)設(she)計(ji)都(dou)是(shi)最(zui)佳(jia)的(de)。其(qi)主(zhu)要(yao)特(te)點(dian)：熱阻低，一般僅為14℃／W，隻有常規LED的1／10；可*性高，封裝內部填充穩定的柔性膠凝體，在-40-120℃範圍，不會因溫度驟變產生的內應力，使金絲與引線框架斷開

，並防止環氧樹脂透鏡變黃，引線框架也不會因氧化而玷汙
；反射杯和透鏡的最佳設計使輻射圖樣可控和光學效率最高。另外，其輸出光功率

，外量子效率等性能優異，將LED固體光源發展到一個新水平。

Norlux係列功率LED的封裝結構為六角形鋁板作底座(使其不導電)的多芯片組合，底座直徑31．75mm，發光區位於其中心部位，直徑約(0.375×25．4)mm，可容納40隻LED管芯，鋁板同時作為熱沉。管芯的鍵合引線通過底座上製作的兩個接觸點與正、負極連接
，根據所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數目，可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInPguanxin
，qifasheguangfenbieweidanse，caisehuohechengdebaise，zuihouyonggaozheshelvdecailiaoanguangxueshejixingzhuangjinxingbaofeng。zhezhongfengzhuangcaiyongchangguiguanxingaomiduzuhefengzhuang，quguangxiaolvgao，rezudi，jiaohaodibaohuguanxinyujianheyinxian，zaidadianliuxiayoujiaogaodeguangshuchugonglv
，yeshiyizhongyoufazhanqianjingdeLED固體光源。

在應用中，可將已封裝產品組裝在一個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
，獲得較高的發光通量和光電轉換效率。此外
，封裝好的SMD LED體積很小，可靈活地組合起來
，構成模塊型
、導光板型、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
、發光效率
、發光波長
、使用壽命等，因此，對功率型LED芯片的封裝設計

、製造技術更顯得尤為重要。

LED發展及應用前景

近幾年
，LED的發光效率增長100倍，成本下降10倍，廣泛用於大麵積圖文顯示全彩屏，狀態指示、標誌照明
、信號顯示


、液晶顯示器的背光源
，汽車組合尾燈及車內照明等等方麵，其發展前景吸引全球照明大廠家都先後加入LED光源及市場開發中。極具發展與應用前景的是白光LED

，用作固體照明器件的經濟性顯著
，且有利環保，正逐步取代傳統的白熾燈，世界年增長率在20％以上，美、日、歐及中國台灣省均推出了半導體照明計劃。

目前，普通白光LED發光效率251m／W，專家預計2005年可能超過3001m／W。功率型LED優異的散熱特性與光學特性更能適應普通照明領域

，被學術界和產業界認為是LED進入照明市場的必由之路。為替代熒光燈、白光LED必須具有150—2001m／W的光效
，且每Im的價格應明顯低於0．015／Im(現價約0．25$／Im，紅LED為0．065／Im)

，要實現這一目標仍有很多技術問題需要研究，但克服解決這些問題並不是十分遙遠的事。按固體發光物理學原理，LED的發光效率能近似100％，因此，LED被譽為21世紀新光源，有望成為繼白熾燈
、熒光燈
、高強度氣體放電燈之後的第四代光源。

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