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LED封装结构及技能尊龙d88
来源:http://www.bjtbztfsfgs.com 责任编辑:尊龙用现金娱乐一下 更新日期:2018-09-06 09:47

  LED封装结构及技能

  LED封装的特别性

  LED封装技能大都是在分立器材封装技能根底上开展与演化而来的,但却有很大的特别性。一般状况下,分立器材的管芯被密封在封装体内,封装的效果首要是维护管芯和完结电气互连。而LED封装则是完结输出电信号,维护管芯正常作业,输出:可见光的功用,既有电参数,又有光参数的规划及技能要求,无法简略地将分立器材的封装用于LED。

  LED的中心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯,当注入pn结的少量载流子与大都载流子复合时,就会宣布可见光,紫外光或近红外光。但pn结区宣布的光子对错定向的,即向各个方向发射有相同的几率,因而,并不是管芯发作的一切光都能够释放出来,这首要取决于半导体资料质量、管芯结构及几许形状、封装内部结构与包封资料,运用要求进步LED的内、外部量子功率。惯例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,管芯的正极经过球形接触点与金丝,键合为内引线与一条管脚相连,负极经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。反射杯的效果是搜集管芯旁边面、界面宣布的光,向希望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成必定形状,有这样几种效果:维护管芯等不受外界腐蚀;选用不同的形状和资料性质(掺或不掺散色剂),起透镜或漫射透镜功用,操控光的发散角;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,其有源层发作的光只要小部分被取出,大部分易在管芯内部经屡次反射而被吸收,易发作全反射导致过多光丢失,选用相应折射率的环氧树脂作过渡,进步管芯的光出射功率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性,绝缘性,机械强度,对管芯宣布光的折射率和透射率高。挑选不同折射率的封装资料,封装几许形状对光子逸出功率的影响是不同的,发光强度的角分布也与管芯结构、光输出办法、封装透镜所用原料和形状有关。若选用尖形树脂透镜,可使光会集到LED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,其相应视角将增大。

  一般状况下,LED的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃,光谱宽度随之添加,影响色彩艳丽度。别的,当正向电流流经pn结,发热性损耗使结区发作温升,在室温邻近,温度每升高1℃,LED的发光强度会相应地削减1%左右,封装散热;时坚持色纯度与发光强度非常重要,以往多选用削减其驱动电流的办法,下降结温,大都LED的驱动电流约束在20mA左右。可是,LED的光输出会随电流的增大而添加,现在,许多功率型LED的驱动电流能够到达70mA、100mA乃至1A级,需求改善封装结构,全新的LED封装规划理念和低热阻封装结构及技能,改善热特性。例如,选用大面积芯片倒装结构,选用导热功能好的银胶,增大金属支架的外表积,焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等办法。此外,在运用规划中,PCB线路板等的热规划、导热功能也非常重要。

  进入21世纪后,LED的高效化、超高亮度化、全色化不断开展立异,红、橙LED光效已到达100Im/W,绿LED为501m/W,单只LED的光通量也到达数十Im。LED芯片和封装不再沿龚传统的规划理念与制作出产办法,在添加芯片的光输出方面,研制不只仅限于改动资料内杂质数量,晶格缺点和位错来进步内部功率,一起,怎么改善管芯及封装内部结构,增强LED内部发作光子出射的几率,进步光效,处理散热,取光和热沉优化规划,改善光学功能,加快外表贴装化SMD进程更是工业界研制的干流方向。

  产品封装结构类型

  自上世纪九十年代以来,LED芯片及资料制作技能的研制取得多项打破,通明衬底梯形结构、纹路外表结构、芯片倒装结构,商品化的超高亮度(1cd以上)红、橙、黄、绿、蓝的LED产品相继问市,如表1所示,2000年开端在低、中光通量的特别照明中取得运用。LED的上、中游工业遭到史无前例的注重,进一步推进下流的封装技能及工业开展,选用不同封装结构办法与尺度,不同发光色彩的管芯及其双色、或三色组合办法,可出产出多种系列,种类、规范的产品。

  LED产品封装结构的类型如表2所示,也有依据发光色彩、芯片资料、发光亮度、尺度巨细等状况特征来分类的。单个管芯一般构成点光源,多个管芯拼装一般可构成面光源和线光源,作信息、状况指示及显现用,发光显现器也是用多个管芯,经过管芯的恰当衔接(包含串联和并联)与适宜的光学结构组合而成的,构成发光显现器的发光段和发光点。外表贴装LED可逐渐代替引脚式LED,运用规划更灵敏,已在LED显现商场中占有必定的比例,有加快开展趋势。固体照明光源有部分产品上市,成为往后LED的中、长时间开展方向。尊龙d88

  引脚式封装

  LED脚式封装选用引线架作各种封装外型的引脚,是最早研制成功投放商场的封装结构,种类数量繁复,技能成熟度较高,封装内结构与反射层仍在不断改善。规范LED被大大都客户认为是现在显现职业中最便利、最经济的处理方案,典型的传统LED安顿在能接受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,怎么下降作业时pn结的温升是封装与运用有必要考虑的。包封资料多选用高温固化环氧树脂,其光功能优秀,工艺习惯性好,产品可*性高,可做成有色通明或无色通明和有色散射或无色散射的透镜封装,不同的透镜形状构成多种外形及尺度,例如,圆形按直径分为Φ2mm、Φ3mm、Φ4.4mm、Φ5mm、Φ7mm等数种,环氧树脂的不同组份可发作不同的发光效果。花样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作业温度功能,引脚可曲折成所需形状,体积小;金属底座塑料反射罩式封装是一种节能指示灯,适作电源指示用;闪耀式将CMOS振荡电路芯片与LED管芯组合封装,可自行发作较强视觉冲击的闪耀光;双色型由两种不同发光色彩的管芯组成,封装在同一环氧树脂透镜中,除双色外还可取得第三种的混合色,在大屏幕显现体系中的运用极为广泛,并可封装组成双色显现器材;电压型将恒流源芯片与LED管芯组合封装,可直接代替5—24V的各种电压指示灯。面光源是多个LED管芯粘嵩谖⑿蚉CB板的规则方位上,选用塑料反射框罩并灌封环氧树脂而构成,PCB板的不同规划断定外引线摆放和衔接办法,有双列直插与单列直插等结构办法。点、面光源现已开宣布数百种封装外形及尺度,供商场及客户适用。

  LED发光显现器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各种多位产品,由实践需求规划成各种形状与结构。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,衔接办法有共阳极和共阴极两种,一位就是一般说的数码管,两位以上的一般称作显现器。反射罩式具有字型大,用料省,拼装灵敏的混合封装特色,一般用白色塑料制作成带反射腔的七段形外壳,将单个LED管芯粘结在与反射罩的七个反射腔相互对位的PCB板上,每个反射腔底部的中心方位是管芯构成的发光区,用压焊办法键合引线,在反射罩内滴人环氧树脂,与粘好管芯的PCB板对位粘合,然后固化即成。反射罩式又分为空封和实封两种,前者选用散射剂与染料的环氧树脂,多用于单位、双位器材;后者上盖滤色片与匀光膜,并在管芯与底板上涂通明绝缘胶,进步出光功率,一般用于四位以上的数字显现。单片集成式是在发光资料晶片上制作许多七段数码显现器图形管芯,然后划片切割成单片图形管芯,粘结、压焊、封装带透镜(俗称鱼眼透镜)的外壳。单条七段式将已制作好的大面积LED芯片,划割成内含一只或多只管芯的发光条,如此相同的七条粘结在数码字形的可伐架上,经压焊、环氧树脂封装构成。单片式、单条式的特色是微小型化,可选用双列直插式封装,大多是专用产品。LED光柱显现器在106mm长度的线路板上,安顿101只管芯(最多可达201只管芯),归于高密度封装,运用光学的折射原理,使点光源经过通明罩壳的13-15条光栅成像,完结每只管芯由点到线的显现,封装技能较为杂乱。

  半导体pn结的电致发光机理决议LED不可能发作具有连续光谱的白光,一起单只LED也不可能发作两种以上的高亮度单色光,只能在封装时凭借荧光物质,蓝或紫外LED管芯上涂敷荧光粉,直接发作宽带光谱,组成白光;或选用几种(两种或三种、多种)发不同色光的管芯封装在一个组件外壳内,经过色光的混合构成白光LED。这两种办法都取得实用化,日本2000年出产白光LED达1亿只,开展成一类安稳地发白光的产品,并将多只白光LED规划拼装成对光通量要求不高,以部分装修效果为主,寻求新潮的电光源。

  外表贴装封装

  在2002年,外表贴装封装的LED(SMD LED)逐渐被商场所接受,并取得必定的商场比例,从引脚式封装转向SMD契合整个电子职业开展大趋势,许多出产厂商推出此类产品。

  前期的SMD LED大多选用带通明塑料体的SOT-23改善型,外形尺度3.04×1.11mm,卷盘式容器编带包装。在SOT-23根底上,研宣布带透镜的高亮度SMD的SLM-125系列,SLM-245系列LED,前者为单色发光,后者为双色或三色发光。近些年,SMD LED成为一个开展热门,很好地处理了亮度、视角、平整度、可*性、一致性等问题,选用更轻的PCB板和反射层资料,在显现反射层需求填充的环氧树脂更少,并去除较重的碳钢资料引脚,经过缩小尺度,下降分量,可轻易地将产品分量减轻一半,最终使运用更趋完美,特别合适户内,半野外全彩显现屏运用。

  常见的SMD LED的几种尺度,以及依据尺度(加上必要的空隙)计算出来的最佳观视间隔。焊盘是其散热的重要途径,厂商供给的SMD LED的数据都是以4.0×4.0mm的焊盘为根底的,选用回流焊可规划成焊盘与引脚持平。超高亮度LED产品可选用PLCC(塑封带引线片式载体)-2封装,外形尺度为3.0×2.8mm,经过共同办法安装高亮度管芯,产品热阻为400K/W,可按CECC办法焊接,其发光强度在50mA驱动电流下达1250mcd。七段式的一位、两位、三位和四位数码SMD LED显现器材的字符高度为5.08-12.7mm,显现尺度挑选规模宽。PLCC封装避免了引脚七段数码显现器所需的手艺刺进与引脚对齐工序,契合主动拾取—贴装设备的出产要求,运用规划空间灵敏,显现艳丽明晰。多色PLCC封装带有一个外部反射器,可简洁地与发光管或光导相结合,用反射型代替现在的透射型光学规划,为大规模区域供给一致的照明,研制在3.5V、1A驱动条件下作业的功率型SMD LED封装。

  功率型封装

  LED芯片及封装向大功率方向开展,在大电流下发作比Φ5mmLED大10-20倍的光通量,有必要选用有用的散热与不劣化的封装资料处理光衰问题,因而,管壳及封装也是其关键技能,能接受数W功率的LED封装已呈现。5W系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型LED从2003年头开端供货,白光LED光输出达1871m,光效44.31m/W绿光衰问题,开宣布可接受10W功率的LED,大面积管;匕尺度为2.5×2.5mm,可在5A电流下作业,光输出达2001m,作为固体照明光源有很大开展空间。

  Luxeon系列功率LED是将A1GalnN功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上,然后把完结倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中,键合引线进行封装。这种封装关于取光功率,散热功能,加大作业电流密度的规划都是最佳的。其首要特色:热阻低,一般仅为14℃/W,只要惯例LED的1/10;可*性高,封装内部填充安稳的柔性胶凝体,在-40-120℃规模,不会因温度突变发作的内应力,使金丝与引线结构断开,并避免环氧树脂透镜变黄,引线结构也不会因氧化而玷污;反射杯和透镜的最佳规划使辐射图样可控和光学功率最高。别的,其输出光功率,外量子功率等功能优异,将LED固体光源开展到一个新水平。

  Norlux系列功率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,发光区坐落其间心部位,直径约(0.375×25.4)mm,可包容40只LED管芯,铝板一起作为热沉。管芯的键合引线经过底座上制作的两个接触点与正、负极衔接,依据所需输出光功率的巨细来断定底座上摆放管芯的数目,可组合封装的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯,其发射光分别为单色,五颜六色或组成的白色,最后用高折射率的资料按光学规划形状进行包封。这种封装选用惯例管芯高密度组合封装,取光功率高,热阻低,较好地维护管芯与键合引线,在大电流下有较高的光输出功率,也是一种有开展远景的LED固体光源。

  在运用中,可将已封装产品拼装在一个带有铝夹层的金属芯PCB板上,构成功率密度LED,PCB板作为器材电极衔接的布线之用,铝芯夹层则可作热沉运用,取得较高的发光通量和光电变换功率。此外,封装好的SMD LED体积很小,可灵敏地组合起来,构成模块型、导光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。

  功率型LED的热特性直接影响到LED的作业温度、发光功率、发光波长、运用寿命等,因而,对功率型LED芯片的封装规划、制作技能更显得尤为重要。

  LED开展及运用远景

  近几年,LED的发光功率增加100倍,本钱下降10倍,广泛用于大面积图文显现全彩屏,状况指示、标志照明、信号显现、液晶显现器的背光源,轿车组合尾灯及车内照明等等方面,其开展远景招引全球照明大厂家都先后参加LED光源及商场开发中。极具开展与运用远景的是白光LED,用作固体照明器材的经济性显着,且有利环保,正逐渐代替传统的白炽灯,国际年增加率在20%以上,美、日、欧及我国台湾省均推出了半导体照明方案。现在,一般白光LED发光功率251m/W,专家估计2005年可能超越3001m/W。功率型LED优异的散热特性与光学特性更能习惯一般照明范畴,被学术界和工业界认为是LED进入照明商场的必经之路。为代替荧光灯、白光LED有必要具有150—2001m/W的光效,且每Im的价格应显着低于0.015/Im(现价约0.25$/Im,红LED为0.065/Im),要完成这一方针仍有许多技能问题需求研讨,但战胜处理这些问题并不是非常悠远的事。按固体发光物理学原理,LED的发光功率能近似100%,因而,LED被誉为21世纪新光源,有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。

  

  
 

  

   LED封装结构

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