1、第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 12022-2-23第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 22022-2-234.1 LED常見常見分類分類 LED應用日漸普及的應用日漸普及的LED產品分類眾多產品分類眾多, 根據根據LED發光顏色發光顏色、發光管出光面特征、發光管結構、發光強度和工作電流、芯片、發光管出光面特征、發光管結構、發光強度和工作電流、芯片材料、功能等標準有不同的分類方法。材料、功能等標準有不同的分類方法。第第1章中簡單介紹了章中簡單介紹了LED的的封裝分類，在此再封裝分類，在此再介紹介紹上述六種分類方法的上述六種分類方法的前四種分類。前四種分類。一、根據發光管發光顏色分類

2、一、根據發光管發光顏色分類 根據發光管發光顏色不同，可分成紅光、橙光、綠光根據發光管發光顏色不同，可分成紅光、橙光、綠光(又細分又細分黃綠、標準綠和純綠黃綠、標準綠和純綠)、藍光等。、藍光等。 另外另外，有的發光二極管中包含有的發光二極管中包含2種或種或3種顏色的芯片。根據發種顏色的芯片。根據發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，上述各種顏色的發光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散的發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。射四種類型。 第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 32022-2

3、-23二、根據發光管出光面特征分類二、根據發光管出光面特征分類 根據發光管出光面特征的不同根據發光管出光面特征的不同, 可分為圓燈、方燈、矩形、可分為圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及及20mm等。等。國外國外分類標識：分類標識： 3mm的發光二極管記作的發光二極管記作T-1； 5mm的記作的記作T-1(3/4)； 4.4mm的記作的記作T-1(1/4)。第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 42022-2-23 一般為尖頭環氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，

4、且不加散一般為尖頭環氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為射劑。半值角為5 20 或更小，具有很高的指向性，可作局或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢部照明光源用，或與光檢測測器聯用以組成自動檢測系統。器聯用以組成自動檢測系統。2. 標準型標準型 通常作指示燈用，其半值角為通常作指示燈用，其半值角為20 45 。3. 散射型散射型 這是視角較大的指示燈，半值角為這是視角較大的指示燈，半值角為45 90 或更大，散射或更大，散射劑的量較大。劑的量較大。1. 高指向性高指向性從發光強度角從發光強度角(半值角半值角)分布圖來分有三類：分布圖來分有三類：第第4章章 LE

5、D的封裝形式的封裝形式 52022-2-23三、根據發光二極管的結構分類三、根據發光二極管的結構分類 根據發光二極管的結構根據發光二極管的結構，可分為全環氧包封、金屬底座環可分為全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等。氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等。四、根據發光強度和工作電流分類四、根據發光強度和工作電流分類 根據發光強度和工作電流，可分為普通亮度根據發光強度和工作電流，可分為普通亮度LED(發光強度發光強度100mcd)。 一般一般LED的工作電流在十幾的工作電流在十幾mA至幾十至幾十mA, 而低電而低電流流LED的工作電流在的工作電流在2mA以下以下(亮度與普通發

6、光管相同亮度與普通發光管相同)。 上面對上面對LED分類中與分類中與LED封裝形式有關的屬于二、三分類封裝形式有關的屬于二、三分類,下面我們對下面我們對LED的封裝形式進行簡單分類。的封裝形式進行簡單分類。第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 62022-2-234.3 幾種常用幾種常用LED的典型封裝形式的典型封裝形式 4.3.1 引腳式引腳式LED（lamp-LED）封裝）封裝一、引腳封裝形式概述一、引腳封裝形式概述 lamp-LED最先研發成功投放市場的封裝結構，品種數量最先研發成功投放市場的封裝結構，品種數量繁多，技術成熟度較高，封裝內結構與反射層仍在不斷改進。繁多，技術成熟度較高，

7、封裝內結構與反射層仍在不斷改進。 典型的傳統典型的傳統LED安置在能承受安置在能承受0.1W輸入功率的包封內，其輸入功率的包封內，其90的熱量是由負極的引腳架散發至的熱量是由負極的引腳架散發至PCB板，再散發到空氣中板，再散發到空氣中，如何降低工作時，如何降低工作時pn結的溫升是封裝與應用必須考慮的。結的溫升是封裝與應用必須考慮的。 環氧樹脂包封，其光性能優良，工藝適應性好，產品可環氧樹脂包封，其光性能優良，工藝適應性好，產品可靠靠性高，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鏡封裝，不同的透

8、鏡形狀構成多種外形及尺寸。第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 72022-2-23例如例如: 圓形按直徑分為圓形按直徑分為2mm、3mm、4.4mm、5mm、7mm等數種，環氧樹脂的不同組份可產生不同的發光效果等數種，環氧樹脂的不同組份可產生不同的發光效果。引腳封裝的幾種封裝樣品彎曲成所需形狀彎曲成所需形狀作電源指作電源指燈燈示用示用 產生較強視覺沖擊的閃爍光產生較強視覺沖擊的閃爍光 封裝成雙色封裝成雙色和三色和三色顯示器件顯示器件 特點：特點：第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 82022-2-23二、引腳式封裝結構二、引腳式封裝結構 支架和芯片在前邊我們一介紹過，在此不再重復，引腳

9、式支支架和芯片在前邊我們一介紹過，在此不再重復，引腳式支架一般是架一般是20只一排，上下均有連接筋。只一排，上下均有連接筋。金線環氧樹脂透鏡芯片支架負極 支架正極反光杯引腳式封裝結構圖引腳式封裝 支架1.1.支架支架第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 92022-2-23在此給出常用晶片列表：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標準綠SG655GaAsP紅色R555GaP純綠PG635GaAsP/GaP桔紅E52

10、3lnGaN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較亮藍色DBK610GaAsP/GaP高亮桔色SE468lnGaN/SiC較亮藍色SBK595AlGaInP超亮黃色HY430lnGaN/ SiC藍色SBI波長/nm組成元素發光顏色晶片型號波長/nm組成元素發光顏色晶片型號表4.2 LED晶片特性表2. 晶片晶片第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 102022-2-23940GaAs紅外線IR595AlGaInP最

11、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. 金線和鋁線金線和鋁線 （略）（略）4. 反光杯反光杯 制作反光杯時，都是制作在支架的大頭端，它的作用就是制作反光杯時，都是制作在支架的大頭端，它的作用就是把芯片發出的光能通過反光杯的反射最大限度地提高把芯片發出的光能通過反光杯的反射最大限度地提高LED的出的出光率。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。狀），如下

12、圖示。 第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 112022-2-23(a) 圓錐反光杯 (b) 球面反光杯 (c) 拋物面反光杯 反光杯結構 5.5.環氧樹脂或硅膠透鏡環氧樹脂或硅膠透鏡圓頂形透鏡nnsos(a) 單球面透鏡rr(b) 非球面透鏡第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 122022-2-23設環氧樹脂的折射率為設環氧樹脂的折射率為n（n=1.52左右），空氣的折射率為左右），空氣的折射率為n (n =1.0)，單球面光學折射系統的焦距為像方焦距為，芯片發，單球面光學折射系統的焦距為像方焦距為，芯片發光面距球面定點的距離為（根據笛卡爾符號法則），則芯片所光面距球面定點的距離為（

13、根據笛卡爾符號法則），則芯片所成像的位置滿足物象關系式：成像的位置滿足物象關系式： nnnnssr（3.1）式中，式中，r為環氧樹脂球面的曲率半徑。為環氧樹脂球面的曲率半徑。 n =1.0時時, 物方焦距和物方焦距和像方焦距分別是：像方焦距分別是： （3.2）1nrfsn 1rfsn（3.3）第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 132022-2-23()srssn rs 由（由（3.1）式可求得芯片的像距）式可求得芯片的像距s 為（3.4）sr 因為因為 ，所以對于發光器件，所以對于發光器件LEDLED芯片的像距為負值，即芯片的像距為負值，即芯片成虛像。虛像像距的大小就決定了光束發散角的大

14、小。芯片成虛像。虛像像距的大小就決定了光束發散角的大小。4.3.2 平面封裝平面封裝一、平面封裝概述一、平面封裝概述下頁圖是平面封裝的各種類型下頁圖是平面封裝的各種類型: : 第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 142022-2-23平面器件封裝光柱點陣數碼管面光源SMD貼裝單位數碼管多位數碼管雙色數碼管單色點陣雙色點陣各種字符字體單色光柱多色光柱環形光柱多芯片集成白光大功率芯片組合食人魚封裝硬片軟片光帶平面封裝的各種類型第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 152022-2-23 LED發光顯示器可由數碼管或米字管、符號管、發光顯示器可由數碼管或米字管、符號管、矩陣矩陣管組管組成各種多

15、位產品，由實際需求設計成各種形狀與結構。以數碼成各種多位產品，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、單條七段式等三種封裝結管為例，有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結構，連接方式有共陽極和共陰極兩種，一位就是通常說的數碼構，連接方式有共陽極和共陰極兩種，一位就是通常說的數碼管，兩位以上的一般稱作顯示器。管，兩位以上的一般稱作顯示器。 數碼管矩陣管和米字管數碼管矩陣管和米字管 (a) 七段數碼管 (b) 數碼管和矩陣管 (c) 米字管 第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 162022-2-23二、典型平面封裝器件結構原理二、典型平面封裝器件結構原理

16、R5011和和LG5011七段數碼管的封裝結構和共陰共陽內部連七段數碼管的封裝結構和共陰共陽內部連線圖。線圖。5011A為共陰數碼管內部連線，為共陰數碼管內部連線，5011B為共陽數碼管內部為共陽數碼管內部連線。其他型號的數碼管封裝結構和內部連線都大同小異。連線。其他型號的數碼管封裝結構和內部連線都大同小異。 LED數碼管封裝結構圖第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 172022-2-23下圖（下圖（a）給出的是）給出的是LDM-8188雙色點陣管封裝結構，雙色點陣管封裝結構，(b)給出了給出了LDM-8188AHK和和LDM-8188BHK內部連線圖，內部連線圖，LDM-8188AHK屬

17、于行共陰、列共陽內部連接屬于行共陰、列共陽內部連接, 而而LDM-8188BHK則屬于行共陽、則屬于行共陽、列共陰內部連接。列共陰內部連接。a( )b( )其他點其他點陣管內陣管內部結構部結構也都大也都大同小異同小異第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 182022-2-23光柱顯示器的基本結構光柱顯示器的基本結構: : 陰極干道1X2XRX1Y3Y5Y7Y9Y2Y4Y6Y8Y10YLED芯片(a)(b)LED光柱顯示器的基本結構第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 192022-2-234.3.3 SMD(貼片式貼片式)封裝封裝 在在2002年，年，貼片式貼片式封裝的封裝的LED(SMD

18、 LED)逐漸被市場所接逐漸被市場所接受，并獲得一定的市場份額，從引腳式封裝轉向受，并獲得一定的市場份額，從引腳式封裝轉向SMD符合整個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。電子行業發展大趨勢，很多生產廠商推出此類產品。 一、一、SMD封裝的工藝封裝的工藝SMD的封裝流程第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 202022-2-23下圖是幾款頂端發光的下圖是幾款頂端發光的SMD發光二極管。發光二極管。頂端發光的SMD發光二極管第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 212022-2-234.3.4 食人魚封裝食人魚封裝 食人魚食人魚LED很受用戶的歡迎。它的形狀很像亞馬孫河中很

19、受用戶的歡迎。它的形狀很像亞馬孫河中的食人魚的食人魚。 食人魚食人魚LED產品有很多優點，由于食人魚產品有很多優點，由于食人魚LED所用的支所用的支架是銅制的，面積較大，因此傳熱和散熱快。架是銅制的，面積較大，因此傳熱和散熱快。 一般情況下，食人魚一般情況下，食人魚LED的熱阻會比的熱阻會比3mm、5mm管子管子的熱阻小一半，所以很受用戶的歡迎。的熱阻小一半，所以很受用戶的歡迎。 食人魚食人魚LED的封裝有其特殊性，首先要選定食人魚的封裝有其特殊性，首先要選定食人魚LED的支架的支架，如如下頁下頁圖示。根據每一個食人魚管子要放幾個圖示。根據每一個食人魚管子要放幾個LED芯片，需要確定食人魚支架

20、中沖凹下去的芯片，需要確定食人魚支架中沖凹下去的杯杯形形、大小及深淺大小及深淺.第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 222022-2-23食人魚LED的封裝結構(a)(b)(c)(d)第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 232022-2-23 食人魚食人魚LED的封裝有其特殊性，首先要選定食人魚的封裝有其特殊性，首先要選定食人魚LED的的支架支架，如如下下圖示。根據每一個食人魚管子要放幾個圖示。根據每一個食人魚管子要放幾個LED芯片，芯片，需要確定食人魚支架中沖凹下去的需要確定食人魚支架中沖凹下去的杯杯形形、大小及深淺。大小及深淺。 食人魚封裝支架二、二、食人魚食人魚LED的應用的應用

21、 城市高層建筑物的輪廓燈城市高層建筑物的輪廓燈， 汽車的剎車燈、轉向燈、倒車燈汽車的剎車燈、轉向燈、倒車燈。 第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 242022-2-234.3.5 功率型封裝功率型封裝 進入進入21世紀后，世紀后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷的高效化、超高亮度化、全色化不斷發展創新，紅光、橙光發展創新，紅光、橙光LED的光效已達到的光效已達到100lm/W，綠光，綠光LED為為50lm/W，單只，單只LED的光通量也達到數十流明。的光通量也達到數十流明。目前實驗室水目前實驗室水平平208lm/W。實用化的也達到了。實用化的也達到了130lm/W。 LED芯片和封裝

22、不再沿襲傳統的設計理念與制造生產模式芯片和封裝不再沿襲傳統的設計理念與制造生產模式。在增加芯片的光輸出方面，不僅限于通過改變材料內的雜質。在增加芯片的光輸出方面，不僅限于通過改變材料內的雜質數量、晶格缺陷和位錯來提高內部效率，同時，如何改善管芯數量、晶格缺陷和位錯來提高內部效率，同時，如何改善管芯及封裝內部結構，增強及封裝內部結構，增強LED內部產生光子出射的幾率，提高光內部產生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱問題，進行取光和熱襯優化設計，改進光學性能效，解決散熱問題，進行取光和熱襯優化設計，改進光學性能，加速，加速貼片式貼片式裝化進程，更是裝化進程，更是LED研發的主流方向。研發的主流方向

23、。大功率大功率LED到底到底5章詳述。章詳述。第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 252022-2-234.4 幾種前沿領域的幾種前沿領域的LED封裝封裝形式形式 LED器件的封裝已經有器件的封裝已經有40年的歷史，近幾年，隨著年的歷史，近幾年，隨著LED產產業的迅速發展，業的迅速發展，LED的應用領域不斷擴大，對的應用領域不斷擴大，對LED器件的封裝器件的封裝形式及性能提出了更高、更特別的要求。為適應各種形式及性能提出了更高、更特別的要求。為適應各種LED應用應用領域的不同要求，各領域的不同要求，各LED封裝企業推出了各種性能先進可靠的封裝企業推出了各種性能先進可靠的LED器件，滿足了應

24、用端的要求，同時也推動了器件，滿足了應用端的要求，同時也推動了LED封裝技術封裝技術的進步。的進步。4.4.1 高亮度高亮度 低衰減低衰減 完美配光的紅綠藍直插式橢圓完美配光的紅綠藍直插式橢圓封裝封裝 戶外大型彩色戶外大型彩色LED顯示屏顯示屏度部分屬于度部分屬于直插式橢圓形直插式橢圓形LED。每塊上百平米的彩色顯示屏包含有上百萬只每塊上百平米的彩色顯示屏包含有上百萬只LED，橢圓形，橢圓形LED屬于高端屬于高端LED領域領域，需具備如下主要優異特性：需具備如下主要優異特性：第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 262022-2-23紅綠藍配光一致性紅綠藍配光一致性高亮度高亮度高抗靜電高抗靜

25、電一致性（波長、高亮、角度一致性（波長、高亮、角度）低衰減低衰減低失效率低失效率具具備備的的主主要要優優異異特特性性 橢圓形橢圓形LED器件在一段時間內被國外品牌所壟斷。可喜的器件在一段時間內被國外品牌所壟斷。可喜的是，這兩年，國內封裝技術已有很大的進步，在上述六個方面是，這兩年，國內封裝技術已有很大的進步，在上述六個方面已有趕超的可能。已有趕超的可能。 第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 272022-2-23 （1）高亮度方面高亮度方面 隨著芯片制造工藝的進步，目前國產最高亮度的芯片已能隨著芯片制造工藝的進步，目前國產最高亮度的芯片已能接近或達到國外水平，從而達到高效節能的目的。接近或

26、達到國外水平，從而達到高效節能的目的。 （2）高抗靜電方面高抗靜電方面 目前的橢圓形目前的橢圓形LED抗靜電能力已達抗靜電能力已達4000V（人體模式），能（人體模式），能滿足應用端苛刻的生產和應用環境。滿足應用端苛刻的生產和應用環境。 （3）高一致性方面高一致性方面 波長、亮度通過分光分色機能有效篩分。角度的一致性方波長、亮度通過分光分色機能有效篩分。角度的一致性方面通過精密的固晶、封膠設備和良好的工藝管控，再加上優異面通過精密的固晶、封膠設備和良好的工藝管控，再加上優異的橢圓透鏡設計，能夠很好的達到同一機種不同批次角度的一的橢圓透鏡設計，能夠很好的達到同一機種不同批次角度的一致性，角度的離

27、散性能控制在有效規格范圍之內。致性，角度的離散性能控制在有效規格范圍之內。第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 282022-2-23 （4）低衰減方面低衰減方面 通過選用高抗通過選用高抗UV性能的外封膠水、性能優異的固晶低膠及性能的外封膠水、性能優異的固晶低膠及低熱阻的散熱結構設計，現已能有效控制低熱阻的散熱結構設計，現已能有效控制LED的衰減的衰減，使紅、使紅、綠、藍的衰減保持一致綠、藍的衰減保持一致或相差很小或相差很小，使彩色，使彩色LED顯示屏長時間顯示屏長時間使用不至于出現亮度下降、色彩失真的現象。使用不至于出現亮度下降、色彩失真的現象。 （5）低失效率方面低失效率方面 通過選用高

28、匹配性的封裝物料、先進的封裝工藝和嚴格的通過選用高匹配性的封裝物料、先進的封裝工藝和嚴格的品質管控，使得品質管控，使得LED器件的失效率在正常工作器件的失效率在正常工作3000h內小于內小于30 ppm，達到國際同類水平。，達到國際同類水平。第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 292022-2-23 （6）紅綠藍配光一致性方面紅綠藍配光一致性方面 通過優異的電腦光學設計軟件及對封裝特性的透徹了解，通過優異的電腦光學設計軟件及對封裝特性的透徹了解，設計出高度配光一致性的紅綠藍橢圓透鏡模具，使得設計出高度配光一致性的紅綠藍橢圓透鏡模具，使得LED全彩全彩顯示屏在任意角度的白平衡具有相對一致性，

29、從而保證顯示屏在任意角度的白平衡具有相對一致性，從而保證LED彩彩色顯示屏的色彩還原性和逼真性。色顯示屏的色彩還原性和逼真性。 以上以上六六項性能的完美結合，才能符合高端全彩項性能的完美結合，才能符合高端全彩LED顯示屏的顯示屏的需求。需求。國產國產LED已占居半壁江山，其中的高端產品已能與國外已占居半壁江山，其中的高端產品已能與國外產品抗衡。產品抗衡。 第第4章章 LED的封裝形式的封裝形式 302022-2-234.4.2 高防護等級的戶外型高防護等級的戶外型SMD 戶外高防護等級戶外高防護等級SMD足耐高溫、耐高濕、耐紫外線的苛刻足耐高溫、耐高濕、耐紫外線的苛刻條件，故在金屬支架與條件，故在金屬支架與PPA材料的粘合性能、外封膠水的抗材料的粘合性能、外封膠水的抗UV性能、性能、PPA材料抗材料抗UV性能、外封膠水與性能、外封膠水與PPA的粘合性能、外封的粘合性