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erLED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(qiang)LED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、dantiaoqiduanshidengsanzhongfengzhuangjiegou，lianjiefangshiyougongyangjihegongyinjiliangzhong

，yiweijiushitongchangshuodeshumaguan
，liangweiyishangdeyibanchengzuoxianshiqi。fanshezhaoshijuyouzixingda，yongliaosheng，zuzhuanglinghuodehunhefengzhuangtedian，yibanyongbaisesuliaozhizuochengdaifansheqiangdeqiduanxingwaike，jiangdangeLED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

；後hou者zhe上shang蓋gai濾lv色se片pian與yu勻yun光guang膜mo，並bing在zai管guan芯xin與yu底di板ban上shang塗tu透tou明ming絕jue緣yuan膠jiao
，提ti高gao出chu光guang效xiao率lv，一yi般ban用yong於yu四si位wei以yi上shang的de數shu字zi顯xian示shi。單dan片pian集ji成cheng式shi是shi在zai發fa光guang材cai料liao晶jing片pian上shang製zhi作zuo大da量liang七qi段duan數shu碼ma顯xian示shi器qi圖tu形xing管guan芯xin
，然ran後hou劃hua片pian分fen割ge成cheng單dan片pian圖tu形xing管guan芯xin
，粘zhan結jie、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PCB板(ban)和(he)反(fan)射(she)層(ceng)材(cai)料(liao)
，在(zai)顯(xian)示(shi)反(fan)射(she)層(ceng)需(xu)要(yao)填(tian)充(chong)的(de)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)更(geng)少(shao)
，並(bing)去(qu)除(chu)較(jiao)重(zhong)的(de)碳(tan)鋼(gang)材(cai)料(liao)引(yin)腳(jiao)，通(tong)過(guo)縮(suo)小(xiao)尺(chi)寸(cun)
，降(jiang)低(di)重(zhong)量(liang)，可(ke)輕(qing)易(yi)地(di)將(jiang)產(chan)品(pin)重(zhong)量(liang)減(jian)輕(qing)一(yi)半(ban)，最(zui)終(zhong)使(shi)應(ying)用(yong)更(geng)趨(qu)完(wan)美(mei)，尤(you)其(qi)適(shi)合(he)戶(hu)內(nei)，半(ban)戶(hu)外(wai)全(quan)彩(cai)顯(xian)示(shi)屏(ping)應(ying)用(yong)。

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zai3．5V、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AlGaInP管guan芯xin
，其qi發fa射she光guang分fen別bie為wei單dan色se，彩cai色se或huo合he成cheng的de白bai色se，最zui後hou用yong高gao折zhe射she率lv的de材cai料liao按an光guang學xue設she計ji形xing狀zhuang進jin行xing包bao封feng。這zhe種zhong封feng裝zhuang采cai用yong常chang規gui管guan芯xin高gao密mi度du組zu合he封feng裝zhuang，取qu光guang效xiao率lv高gao，熱re阻zu低di
，較jiao好hao地di保bao護hu管guan芯xin與yu鍵jian合he引yin線xian，在zai大da電dian流liu下xia有you較jiao高gao的de光guang輸shu出chu功gong率lv，也ye是shi一yi種zhong有you發fa展zhan前qian景jing的deLED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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