LED常見分類-幾種前沿領(lǐng)域的LED封裝形式

12023/2/3封裝技術(shù)LED22023/2/3§4.1LED常見分類LED應(yīng)用日漸普及的LED產(chǎn)品分類眾多,根據(jù)LED發(fā)光顏色、發(fā)光管出光面特征、發(fā)光管結(jié)構(gòu)、發(fā)光強(qiáng)度和工作電流、芯片材料、功能等標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法。第1章中簡單介紹了LED的封裝分類，在此再介紹上述六種分類方法的前四種分類。一、根據(jù)發(fā)光管發(fā)光顏色分類

根據(jù)發(fā)光管發(fā)光顏色不同，可分成紅光、橙光、綠光(又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠)、藍(lán)光等。

另外，有的發(fā)光二極管中包含2種或3種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。

32023/2/3二、根據(jù)發(fā)光管出光面特征分類

根據(jù)發(fā)光管出光面特征的不同,可分為圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國外分類標(biāo)識：

φ3mm的發(fā)光二極管記作T-1；

φ5mm的記作T-1(3/4)；

φ4.4mm的記作T-1(1/4)。42023/2/3

一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢測器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測系統(tǒng)。2.

標(biāo)準(zhǔn)型

通常作指示燈用，其半值角為20°

～

45°。3.

散射型

這是視角較大的指示燈，半值角為45°

～

90°或更大，散射劑的量較大。1.

高指向性從發(fā)光強(qiáng)度角(半值角)分布圖來分有三類：52023/2/3三、根據(jù)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，可分為全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等。四、根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分類

根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度和工作電流，可分為普通亮度LED(發(fā)光強(qiáng)度<10mcd)、高亮度LED(10～100mcd)和超高亮度LED(發(fā)光強(qiáng)度>100mcd)。一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA,而低電流LED的工作電流在2mA以下(亮度與普通發(fā)光管相同)。

上面對LED分類中與LED封裝形式有關(guān)的屬于二、三分類,下面我們對LED的封裝形式進(jìn)行簡單分類。62023/2/3§4.3幾種常用LED的典型封裝形式

§4.3.1引腳式LED（lamp-LED）封裝一、引腳封裝形式概述lamp-LED最先研發(fā)成功投放市場的封裝結(jié)構(gòu)，品種數(shù)量繁多，技術(shù)成熟度較高，封裝內(nèi)結(jié)構(gòu)與反射層仍在不斷改進(jìn)。

典型的傳統(tǒng)LED安置在能承受0.1W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。

環(huán)氧樹脂包封，其光性能優(yōu)良，工藝適應(yīng)性好，產(chǎn)品可靠性高，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(gòu)成多種外形及尺寸。72023/2/3例如:

圓形按直徑分為φ2mm、φ3mm、φ4.4mm、φ5mm、φ7mm等數(shù)種，環(huán)氧樹脂的不同組份可產(chǎn)生不同的發(fā)光效果。引腳封裝的幾種封裝樣品彎曲成所需形狀作電源指燈示用

產(chǎn)生較強(qiáng)視覺沖擊的閃爍光

封裝成雙色和三色顯示器件

特點(diǎn)：82023/2/3二、引腳式封裝結(jié)構(gòu)支架和芯片在前邊我們一介紹過，在此不再重復(fù)，引腳式支架一般是20只一排，上下均有連接筋。金線環(huán)氧樹脂透鏡芯片支架負(fù)極支架正極反光杯引腳式封裝結(jié)構(gòu)圖引腳式封裝

支架1.支架92023/2/3在此給出常用晶片列表：697GaP高紅H574AIGaInP最亮綠色UG660GaAlAs最亮紅色UR565GaP較亮綠色VG660GaAlAs超亮紅色HR565GaP綠色G660GaAlAs較亮紅色SR560GaP標(biāo)準(zhǔn)綠SG655GaAsP紅色R555GaP純綠PG635GaAsP/GaP桔紅E523lnGaN較亮青綠色DGM630AlGaInP最亮桔色UEF505LnGaN/GaN較亮青綠色DGL620AlGaInP最亮桔色UE502lnGaN/SiC青綠色SGL620AlGaInP超亮桔色HE470InGaN/GaN較亮藍(lán)色DBK610GaAsP/GaP高亮桔色SE468lnGaN/SiC較亮藍(lán)色SBK595AlGaInP超亮黃色HY430lnGaN/SiC藍(lán)色SBI波長/nm組成元素發(fā)光顏色晶片型號波長/nm組成元素發(fā)光顏色晶片型號表4.2LED晶片特性表2.晶片102023/2/3940GaAs紅外線IR595AlGaInP最亮黃色UY940GaAlAs紅外線VIR587AlGaInP最亮黃色UYS880GaAlAs紅外線SIR585GaAsP/GaP較亮黃色VY850GaAlAs紅外線HIR585GaAsP/GaP黃色Y3.金線和鋁線（略）4.反光杯制作反光杯時(shí)，都是制作在支架的大頭端，它的作用就是把芯片發(fā)出的光能通過反光杯的反射最大限度地提高LED的出光率。反光杯的形狀有圓錐狀、球面狀和非球面狀（如拋物面狀），如下圖示。112023/2/3(a)圓錐反光杯(b)球面反光杯(c)拋物面反光杯反光杯結(jié)構(gòu)

5.環(huán)氧樹脂或硅膠透鏡圓頂形透鏡(a)單球面透鏡(b)非球面透鏡122023/2/3設(shè)環(huán)氧樹脂的折射率為n（n=1.52左右），空氣的折射率為n’(n’

=1.0)，單球面光學(xué)折射系統(tǒng)的焦距為像方焦距為，芯片發(fā)光面距球面定點(diǎn)的距離為（根據(jù)笛卡爾符號法則），則芯片所成像的位置滿足物象關(guān)系式：（3.1）式中，r為環(huán)氧樹脂球面的曲率半徑。n’

=1.0時(shí),物方焦距和像方焦距分別是：（3.2）（3.3）132023/2/3由（3.1）式可求得芯片的像距s’為（3.4）因?yàn)?，所以對于發(fā)光器件LED芯片的像距為負(fù)值，即芯片成虛像。虛像像距的大小就決定了光束發(fā)散角的大小。§4.3.2平面封裝一、平面封裝概述下頁圖是平面封裝的各種類型:

142023/2/3平面封裝的各種類型152023/2/3

LED發(fā)光顯示器可由數(shù)碼管或米字管、符號管、矩陣管組成各種多位產(chǎn)品，由實(shí)際需求設(shè)計(jì)成各種形狀與結(jié)構(gòu)。以數(shù)碼管為例，有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結(jié)構(gòu)，連接方式有共陽極和共陰極兩種，一位就是通常說的數(shù)碼管，兩位以上的一般稱作顯示器。

數(shù)碼管矩陣管和米字管

(a)七段數(shù)碼管(b)數(shù)碼管和矩陣管(c)米字管162023/2/3二、典型平面封裝器件結(jié)構(gòu)原理R5011和LG5011七段數(shù)碼管的封裝結(jié)構(gòu)和共陰共陽內(nèi)部連線圖。5011A為共陰數(shù)碼管內(nèi)部連線，5011B為共陽數(shù)碼管內(nèi)部連線。其他型號的數(shù)碼管封裝結(jié)構(gòu)和內(nèi)部連線都大同小異。

LED數(shù)碼管封裝結(jié)構(gòu)圖172023/2/3下圖（a）給出的是LDM-8188雙色點(diǎn)陣管封裝結(jié)構(gòu)，(b)給出了LDM-8188AHK和LDM-8188BHK內(nèi)部連線圖，LDM-8188AHK屬于行共陰、列共陽內(nèi)部連接,而LDM-8188BHK則屬于行共陽、列共陰內(nèi)部連接。其他點(diǎn)陣管內(nèi)部結(jié)構(gòu)也都大同小異182023/2/3光柱顯示器的基本結(jié)構(gòu):

(a)(b)LED光柱顯示器的基本結(jié)構(gòu)192023/2/3§4.3.3

SMD(貼片式)封裝

在2002年，貼片式封裝的LED(SMDLED)逐漸被市場所接受，并獲得一定的市場份額，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，很多生產(chǎn)廠商推出此類產(chǎn)品。

一、SMD封裝的工藝SMD的封裝流程202023/2/3下圖是幾款頂端發(fā)光的SMD發(fā)光二極管。頂端發(fā)光的SMD發(fā)光二極管212023/2/3§4.3.4食人魚封裝食人魚LED很受用戶的歡迎。它的形狀很像亞馬孫河中的食人魚。

食人魚LED產(chǎn)品有很多優(yōu)點(diǎn)，由于食人魚LED所用的支架是銅制的，面積較大，因此傳熱和散熱快。

一般情況下，食人魚LED的熱阻會(huì)比φ3mm、φ5mm管子的熱阻小一半，所以很受用戶的歡迎。

、食人魚LED的封裝工藝

食人魚LED的封裝有其特殊性，首先要選定食人魚LED的支架，如下頁圖示。根據(jù)每一個(gè)食人魚管子要放幾個(gè)LED芯片，需要確定食人魚支架中沖凹下去的杯形、大小及深淺.222023/2/3食人魚LED的封裝結(jié)構(gòu)(a)(b)(c)(d)232023/2/3

食人魚LED的封裝有其特殊性，首先要選定食人魚LED的支架，如下圖示。根據(jù)每一個(gè)食人魚管子要放幾個(gè)LED芯片，需要確定食人魚支架中沖凹下去的杯形、大小及深淺。

食人魚封裝支架二、食人魚LED的應(yīng)用

城市高層建筑物的輪廓燈，汽車的剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈。

242023/2/3§4.3.5功率型封裝

進(jìn)入21世紀(jì)后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅光、橙光LED的光效已達(dá)到100lm/W，綠光LED為50lm/W，單只LED的光通量也達(dá)到數(shù)十流明。目前實(shí)驗(yàn)室水平208lm/W。實(shí)用化的也達(dá)到了130lm/W。

LED芯片和封裝不再沿襲傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與制造生產(chǎn)模式。在增加芯片的光輸出方面，不僅限于通過改變材料內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量、晶格缺陷和位錯(cuò)來提高內(nèi)部效率，同時(shí)，如何改善管芯及封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)LED內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱問題，進(jìn)行取光和熱襯優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)光學(xué)性能，加速貼片式裝化進(jìn)程，更是LED研發(fā)的主流方向。大功率LED到底5章詳述。252023/2/3§4.4

幾種前沿領(lǐng)域的LED封裝形式

LED器件的封裝已經(jīng)有40年的歷史，近幾年，隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，LED的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對LED器件的封裝形式及性能提出了更高、更特別的要求。為適應(yīng)各種LED應(yīng)用領(lǐng)域的不同要求，各LED封裝企業(yè)推出了各種性能先進(jìn)可靠的LED器件，滿足了應(yīng)用端的要求，同時(shí)也推動(dòng)了LED封裝技術(shù)的進(jìn)步?！?.4.1高亮度低衰減完美配光的紅綠藍(lán)直插式橢圓封裝

戶外大型彩色LED顯示屏度部分屬于直插式橢圓形LED。每塊上百平米的彩色顯示屏包含有上百萬只LED，橢圓形LED屬于高端LED領(lǐng)域，需具備如下主要優(yōu)異特性：262023/2/3⑥紅綠藍(lán)配光一致性①高亮度②高抗靜電③一致性（波長、高亮、角度）④低衰減⑤低失效率具備的主要優(yōu)異特性橢圓形LED器件在一段時(shí)間內(nèi)被國外品牌所壟斷?？上驳氖?，這兩年，國內(nèi)封裝技術(shù)已有很大的進(jìn)步，在上述六個(gè)方面已有趕超的可能。

272023/2/3（1）高亮度方面

隨著芯片制造工藝的進(jìn)步，目前國產(chǎn)最高亮度的芯片已能接近或達(dá)到國外水平，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的。（2）高抗靜電方面

目前的橢圓形LED抗靜電能力已達(dá)4000V（人體模式），能滿足應(yīng)用端苛刻的生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)境。（3）高一致性方面

波長、亮度通過分光分色機(jī)能有效篩分。角度的一致性方面通過精密的固晶、封膠設(shè)備和良好的工藝管控，再加上優(yōu)異的橢圓透鏡設(shè)計(jì)，能夠很好的達(dá)到同一機(jī)種不同批次角度的一致性，角度的離散性能控制在有效規(guī)格范圍之內(nèi)。282023/2/3

（4）低衰減方面

通過選用高抗UV性能的外封膠水、性能優(yōu)異的固晶低膠及低熱阻的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)已能有效控制LED的衰減，使紅、綠、藍(lán)的衰減保持一致或相差很小，使彩色LED顯示屏長時(shí)間使用不至于出現(xiàn)亮度下降、色彩失真的現(xiàn)象。

（5）低失效率方面

通過選用高匹配性的封裝物料、先進(jìn)的封裝工藝和嚴(yán)格的品質(zhì)管控，使得LED器件的失效率在正常工作3000h內(nèi)小于30ppm，達(dá)到國際同類水平。292023/2/3（6）紅綠藍(lán)配光一致性方面

通過優(yōu)異的電腦光學(xué)設(shè)計(jì)軟件及對封裝特性的透徹了解，設(shè)計(jì)出高度配光一致性的紅綠藍(lán)橢圓透鏡模具，使得LED全彩顯示屏在任意角度的白平衡具有相對一致性，從而保證LED彩色顯示屏的色彩還原性和逼真性。以上六項(xiàng)性能的完美結(jié)合，才能符合高端全彩LED顯示屏的需求。國產(chǎn)LED已占居半壁江山，其中的高端產(chǎn)品已能與國外產(chǎn)品抗衡。

302023/2/3§4.4.2高防護(hù)等級的戶外型SMD

戶外高防護(hù)等級SMD足耐高溫、耐高濕、耐紫外線的苛刻條件，故在金屬支架與PPA材料的粘合性能、外封