LED封裝技術(shù)、結(jié)構(gòu)及其發(fā)展
一般情況下,分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi),封裝的作用主要是保護管芯和完成電氣互連。而LED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(shù),又有光參數(shù)的設(shè)計及技術(shù)要求,無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。
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(chǔ)上,研發(fā)出帶透鏡的高亮度SMD的SLM-125系列,SLM-245系列LED,前者為單色發(fā)光,后者為雙色或三色發(fā)光。近些年,SMD LED成為一個發(fā)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板和反射層材料,在顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少,并去除較重的碳鋼材料引腳,通過縮小尺寸,降低重量,可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半,最終使應(yīng)用更趨完美,尤其適合戶內(nèi),半戶外全彩顯示屏應(yīng)用。
表3示出常見的SMD LED的幾種尺寸,以及根據(jù)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(shù)據(jù)都是以4.0×4.0mm的焊盤為基礎(chǔ)的,采用回流焊可設(shè)計成焊盤與引腳相等。超高亮度LED產(chǎn)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(chǎn)品熱阻為400K/W,可按CECC方式焊接,其發(fā)光強度在50mA驅(qū)動電流下達1250mcd。七段式的一位、兩位、三位和四位數(shù)碼SMD LED顯示器件的字符高度為5.08-12.7mm,顯示尺寸選擇范圍寬。PLCC封裝避免了引腳七段數(shù)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(shè)備的生產(chǎn)要求,應(yīng)用設(shè)計空間靈活,顯示鮮艷清晰。多色PLCC封裝帶有一個外部反射器,可簡便地與發(fā)光管或光導(dǎo)相結(jié)合,用反射型替代目前的透射型光學(xué)設(shè)計,為大范圍區(qū)域提供統(tǒng)一的照明,研發(fā)在3.5V、1A驅(qū)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(fā)展,在大電流下產(chǎn)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(guān)鍵技術(shù),能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn)。5W系列白、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(fā)出可承受10W功率的LED,大面積管;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(fā)展空間。 Luxeon系列功率LED是將A1GalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點的硅載體上,然后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉與管殼中,鍵合引線進行封裝。這種封裝對于取光效率,散熱性能,加大工作電流密度的設(shè)計都是最佳的。其主要特點:熱阻低,一般僅為14℃/W,只有常規(guī)LED的1/10;可*性高,封裝內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體,在-40-120℃范圍,不會因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,使金絲與引線框架斷開,并防止環(huán)氧樹脂透鏡變黃,引線框架也不會因氧化而玷污;反射杯和透鏡的最佳設(shè)計使輻射圖樣可控和光學(xué)效率最高。另外,其輸出光功率,外量子效率等性能優(yōu)異,將LED固體光源發(fā)展到一個新水平。 Norlux系列功率LED的封裝結(jié)構(gòu)為六角形鋁板作底座(使其不導(dǎo)電)的多芯片組合,底座直徑31.75mm,發(fā)光區(qū)位于其中心部位,直徑約(0.375×25.4)mm,可容納40只LED管芯,鋁板同時作為熱沉。管芯的鍵合引線通過底座上制作的兩個接觸點與正、負極連接,根據(jù)所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數(shù)目,可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯,其發(fā)射光分別為單色,彩色或合成的白色,最后用高折射率的材料按光學(xué)設(shè)計形狀進行包封。這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝,取光效率高,熱阻低,較好地保護管芯與鍵合引線,在大電流下有較高的光輸出功率,也是一種有發(fā)展前景的LED固體光源。 在應(yīng)用中,可將已封裝產(chǎn)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(fā)光通量和光電轉(zhuǎn)換效率。此外,封裝好的SMD LED體積很小,可靈活地組合起來,構(gòu)成模塊型、導(dǎo)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(fā)光效率、發(fā)光波長、使用壽命等,因此,對功率型LED芯片的封裝設(shè)計、制造技術(shù)更顯得尤為重要。 LED發(fā)展及應(yīng)用前景 近幾年,LED的發(fā)光效率增長100倍,成本下降10倍,廣泛用于大面積圖文顯示全彩屏,狀態(tài)指示、標志照明、信號顯示、液晶顯示器的背光源,汽車組合尾燈及車內(nèi)照明等等方面,其發(fā)展前景吸引全球照明大廠家都先后加入LED光源及市場開發(fā)中。極具發(fā)展與應(yīng)用前景的是白光LED,用作固體照明器件的經(jīng)濟性顯著,且有利環(huán)保,正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈,世界年增長率在20%以上,美、日、歐及中國臺灣省均推出了半導(dǎo)體照明計劃。目前,普通白光LED發(fā)光效率251m/W,專家預(yù)計2005年可能超過3001m/W。功率型LED優(yōu)異的散熱特性與光學(xué)特性更能適應(yīng)普通照明領(lǐng)域,被學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)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(yīng)明顯低于0.015/Im(現(xiàn)價約0.25$/Im,紅LED為0.065/Im),要實現(xiàn)這一目標仍有很多技術(shù)問題需要研究,但克服解決這些問題并不是十分遙遠的事。按固體發(fā)光物理學(xué)原理,LED的發(fā)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后的第四代光源。 |
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