LED封装结构及技术.docx

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1、1.ED封装结构与技术作者：深圳亮剑科技（摘抄）1举荐1.ED是一类可干脆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，结构坚固，抗冲击，耐振动，性能稳定牢靠，重所轻，体积小，成本低等一系列特性，发展突匕猛进，现已能批砧生产蟋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1.ED产量约占世界总量的12%,“十五”期间的产业目标是达到年产300亿只的实力，实现超高亮度AiGslnP的1.ED外延片和芯片的大生产，年产10亿只以上红、橙、黄超高亮度1.ED管芯，突破GaN材料的关健技术，实现蓝、绿、白的1.ED的中批地生产。据

2、预料，到2005年国际上1.ED的市场需求量约为2000亿只，俏售额达800亿美元。在1.ED产业链接中，上游是1.ED衬底晶片与衬底生产，中游的产业化为1.ED芯片设计与制造生产，下游打1.ED封装与测试，研发低热阻、优异光学特性、高牢轴的封装技术是新型1.ED走向好用、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，才能为顾客供应服务，使产业链环环相扣，无缝畅通。21.ED封装的特别性1.ED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演化而来的，但却有很大的特别性。一般状况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是

3、爱护管芯和完成电气互连。而1.ED封装则是完成输出电信号，爱护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有电参数，乂有光参数的设计与技术要求，无法简洁地将分立器件的封装用于1.ED01.ED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结的少数截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，即向各个方向放射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的全部光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质里、管芯结构与几何形态、封装内部结构与包封材料，应用要求提高1.ED的内、外部放子效率。常规5mm型1.ED封装是将边长025mm的正方形管芯粘结或烧结在引

4、线架匕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，然后其顶部用环契树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内放射。顶部包封的环氧树脂做成肯定形态，有这样几种作用：爱护管芯等不受外界侵蚀；采纳不同的形态和材料性质（掺或不掺散色剂），起透镣或漫射透镜功能，限制光的发散角；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汲取，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。用作构成管壳的环氯树脂须具有耐湿性

5、，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，封装几何形态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态方关。若采纳尖形树脂透镜，可使光集中到1.ED的轴线方向，相应的视角较小;假如顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角耨增大。一般状况31.ED的发光波长随温度变更为0.2-0.3nmC,光谱宽度随之增加，影响颜色艳丽度。另外，当正向电流流经Pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温旁边，温度每上升IC,1.ED的发光强度会相应地削减1%左右，封装散热；时保持色纯度与发光强度特别重要，以往多采纳削减其驱动电流的方法

6、，降低结温，多数1.ED的驱动电流限制在20mA左右。但是，1.ED的光输出会随电流的增大而增加，目前，许多功率型1.ED的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至IA级，须要改进封装结构，全新的1.ED封装设计理念和低热阻封装结构与技术，改善热特性。例如，采纳大面积芯片倒装结构，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的表面积，焊料凸点的硅栽体干脆装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，PCB线路板等的热设计、导热性能也特别重要。进入21世纪后，1.ED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新,红、橙1.ED光效已达到100lmZW,绿1.ED为501mW,单只1.ED的光通成也达到数十Im。1.E

7、D芯片和封装不再沿龚传统的设计理念与制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限F变更材料内杂质数IihM格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯与封装内部结构，增加1.ED内部产生光子出射的几率，提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能,加速表面贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方向。3产品封装结构类型自上世纪九十年头以来，1.ED芯片与材料制作技术的研发取得多项突破，透亮衬底梯形结构、纹理表面结构、芯片倒装结构，商品化的超高亮度（ICd以上）红、橙、黄、绿、陵的1.ED产品相继问市，如表1所示，2000年起先在低、中光通量的特别照明中获得应用。1.ED的上、中游产

8、业受到前所未有的重视，进一步推动卜一游的封装技术与产业发展，采纳不同封装结构形式与尺寸，不同发光颜包的管芯与其双色、或三色组合方式，可生产出多种系列，品种、规格的产品。1.ED产品封装结构的类型如表2所示，也方依据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等状况特征来分类的。单个管芯一般构成点光源，多个管芯组装一般可构成面光源和线光源，作信息、状态指示与显示用，发光显示器也是用多个管芯，通过管芯的适当连接（包括串联和并联）与合适的光学结构组合而成的，构成发光显示器的发光段和发光点。表面贴装1.ED可渐渐替代引脚式1.ED,应用设计更敏捷，已在1.ED显示市场中占有肯定的份额，方加速发展趋势。固体照

9、明光源有部分产品匕市，成为今后1.ED的中、长期发展方向。4引脚式封装1.ED脚式封装采纳引线架作各种封装外型的引脚，是最先研发胜利投放市场的封装结构，品种数成繁多，技术成熟度较高，封装内结构与反射层仍在不断改进。标准1.ED被大多数客户认为是目前显示行业中毋便利、最经济的解决方案，典型的传统1.ED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需考虑的。包封材料多采纳高温固化环氧树脂，其光性能优口，工艺适应性好,产品牢靠性高，可做成有色透亮或无色透亮和有色散射或无色散射的透镜封装，不同的透镜形态构成

10、多种外形与尺寸，例如，圆形按直径分为中2mm、中3mm、4.4mm、45mm、7mm等数种，环辄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态，体积小；金属底座塑料反射审.式封装是一种仔能指示灯，适作电源指示用；闪耀式将CMOS振荡电路芯片与1.ED管芯蛆合封装，可H行产生较强视觉冲击的闪耀光；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1.ED管芯组合封装，可干脆替代5-24V

11、的各种电压指示灯。面光源是多个1.ED管芯粘结在微型PCB板的规定位置匕采纳塑料反射框型并濯封环氧树脂而形成，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与尺寸，供市场与客户适用。1.ED发光显示器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各种多位产品，由实际需求设计成各种形态与结构.以数码管为例，有反射罩式、单片集成式、单条七段式等三种封装结构，连接方式有共阳极和共阴极两种，一位就是通常说的数码管，两位以上的一股称作显示器。反射罩.式具有字型大，用料省，组装敏捷的混合封装特点，一般用白色塑料制作成带反射腔的七段形外壳，将单个1.E

12、D管芯粘结在与反射般的七个反射腔相互对位的PCB板上，每个反射腔底部的中心位置是管芯形成的发光区，用压焊方法键合引线，在反射罩内涵人环氧树脂,与粘好管芯的PCB板对位粘合，然后固化即成。反射踹式乂分为空封和实封两种，前者采纳散射剂与染料的环氧树脂，多用于单位、双位器件；后者上盖滤色片与勾光膜，并在管芯与底板上涂透亮绝缘股，提高出光效率，一般用于四位以匕的数字显示。单片集成式是在发光材料晶片上制作大肽七段数码显示器图形管芯，然后划片分割成单片图形管芯，粘结、压焊、封装带透镜（俗称做眼透镜）的外壳。单条七段式将已制作好的大面积1.ED芯片，划割成内含一只或多只管芯的发光条，如此同样的七条粘结在数码

13、字形的可伐架上，经压焊、环辄树脂封装构成。单片式、单条式的特点是微小型化，可采纳双列直插式封装，大多是专用产品。1.ED光柱显示器在106mm长度的线路板上，安置101只管芯（最多可达201只管芯），属于高密度封装，利用光学的折射原理，使点光源通过透亮累壳的13-15条光栅成像，完成每只管芯由点到线的显示，封装技术较为困难。半导体pn结的电致发光机理确定1.ED不行能产生具有连续光谱的白光，同时单只1.ED也不行能产生两种以上的高亮度单色光，只能在封装时借助荧光物质，蓝或紫外1.ED管芯上涂敷荧光粉，间接产生宽带光谱，合成白光；或采纳几种（两种或二种、多种）发不同色光的管芯封装在一个组件外壳内

14、，通过色光的混合构成白光1.EDC这两种方法都取得好用化，日本2000年生产白光1.ED达1亿只，发展成一类稳定地发白光的产品，并将多只白光1.ED设计组装成对光通值要求不高，以局部装饰作用为主，追求新潮的电光源。5表面贴装封装在2002年，表面贴装封装的1.ED（SMD1.ED）渐渐被市场所接受，并获得肯定的市场份额，从引脚式封装转向SMD符合整个电子行业发展大趋势，许多生产厂商推出此类产品。早期的SMD1.ED大多采纳带透亮塑料体的SOT-23改进型，外形尺寸3.041.Hmm,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S1.M-125系列，S1.M-245系列

15、1.ED,前者为单色发光，后者为双色或三色发光。近些年，SMD1.ED成为一个发展热点，很好地解决了亮度、视角、平整度、牢靠性、一样性等问题，采纳更轻的PCB板和反射层材料，在显示反射层须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,最终使应用更趋完备，尤其适合户内，半户外全彩显示屏应用C表3示出常见的SMD1.ED的几种尺寸，以与依据尺寸（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，厂商供应的SMD1.ED的数据都是以4.0X4.Omm的焊盘为基础的，采纳回流焊可设计成焊盘与引脚相等。超高亮度1.ED产品可采纳P1.C

16、C（塑封带引线片式载体）-2封装，外形尺寸为3.02.8mm,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125OmCd。七段式的一位、两位、三位和四位数码SMD1.ED显示器件的字符高度为5.08-12.7mm,显示尺寸选择范固宽。P1.CC封装避开了引脚七段数码显示器所需的手工插入与引脚对齐工序，符合自动拾取一贴装设备的生产要求，应用设计空间敏捷，显示艳丽清是。多色P1.CC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，为大范的区域供应统一的照明，研发在3.5V、IA驱动条件下工作的功率型SMD1.ED封装。6功率型封装1.ED芯片与封装向大功率方向发展，在大电流下产生比5mm1.ED大10-20倍的光通盘，必需采纳有效的散热与不劣化的封装材料耕决光衰问题，因此，管壳与封装也是其关键技术，能承受数W功率的1.ED封装已出现。5W系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型1.ED从2003年初起先供货，白