发光二极管封装结构及技术(doc11)

发光二极管封装结构及技术（1）
1、LED 封装的特殊性
LED 封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊
性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电
气互连。而 LED 封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有
电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于 LED。
LED 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 结的少数载流子
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，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，
这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求
提高 LED 的内、外部量子效率。常规 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，然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收
集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，
有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂)，
起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；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
反射而被吸收，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。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性，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，封装几何形状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状有关。
若采用尖形树脂透镜，可使光集中到 LED 的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透
镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。
一般情况下，LED 的发光波长随温度变化为 0．2-0．3nm／℃，光谱宽度随之增加，影
响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经 pn 结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，
温度每升高 1℃，LED 的发光强度会相应地减少 1％左右，封装散热；时保持色纯度与发光
强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数 LED 的驱动电流限制在
20mA 左右。但是，LED 的光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型 LED 的驱动电
流可以达到 70mA、100mA 甚至 1A 级，需要改进封装结构，全新的 LED 封装设计理念和低
热阻封装结构及技术，改善热特性。例如，采用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，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，
PCB 线路板等的热设计、导热性能也十分重要。
进入 21 世纪后，LED 的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红、橙 LED 光效
已达到 100Im／W，绿 LED 为 501m／W，单只 LED 的光通量也达到数十 Im。LED 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，研发不仅仅限于
改变材料内杂质数量，晶格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结
构，增强 LED 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。
2、产品封装结构类型
自上世纪九十年代以来，LED 芯片及材料制作技术的研发取得多项突破，透明衬底梯形
结构、纹理表面结构、芯片倒装结构，商品化的超高亮度(1cd 以上)红、橙、黄、绿、蓝的 LED
产品相继问市，如表 1 所示，2000 年开始在低、中光通量的特殊照明中获得应用。LED 的上、
中游产业受到前所未有的重视，进一步推动下游的封装技术及产业发展，采用不同封装结构
形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式，可生产出多种系列，品种、
规格的产品。
LED 产品封装结构的类型如表 2 所示，也有根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大
小等情况特征来分类的。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、状态指示及显示用，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 LED