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LED的封装
摘要
本文主要介绍LED封装的特殊性;封装结构类型,详细的介绍了LED功率型封装;阐述LED产品封装工艺流程
;中国LED封装在世界上的定位及与其他发达国家的差距和优势。
引言
LED 是一种半导体固体发光器件, 它利用固体半导体芯片作为发光材料,直接将电能转化为可见光和辐射能。LED 具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、发光响应时间极短、光色纯、光效高、聚光好、结构牢固、抗冲击、耐振动、性能稳定可靠、重量轻、体积小、成本低、寿命长等一系列特性, 是一种环保、节能、高效的新型发光材料。
LED 衬底晶片及衬底生产是LED 产业链中的上游产业, LED 芯片设计及制造生产是LED 产业链中的中游产业, LED 封装与测试是LED 产业链中的下游产业。研发低热阻、优异光学特性、高可靠性的封装技术是新型LED 走向实用、走向市场的产业化必由之路。LED技术发展突飞猛进,现已能批量生产整个可见光谱段各种颜色的高亮度、高性能产品, LED 光源的使用越来越普遍。
LED 封装的特殊性
LED 既有电参数又有光参数的设计及技术要求, 决定了LED 封装技术的特殊性。LED 的封装必须具有完成电气互连、保护管芯正常工作及输出可见光的双重功能。
2. 1 LED 的光电特性及封装要求
LED 的核心发光部分是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。但PN 结区发出的光子是非定向的,即向各个方向发射具有相同的几率, 因此, 并不是管芯产生的所有光都可以释放出来。光释放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等几个方面, 应用中要求提高LED 的内、外部量子效率, 提高光输出量, 封装技术是不可或缺的环节,封装内部结构与包封材料必须做到尽可能多的光输出。
LED 常采用环氧树脂和软性硅胶封装, 小功率LED多采用环氧树脂封装, 大功率LED 多采用软性硅胶封装。常规Φ 5mm 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: ( 1 ) 保护管芯等不受外界侵蚀; ( 2 ) 采用不同的形状和材料(掺或不掺散色剂) ,起透镜或漫射透镜功能, 控制光的发散角; ( 3 ) 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,其由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、足够的机械强度、对管芯发出光的折射率和透射率高等性能。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。
2. 2 LED 的热电特性及封装要求
LED 的工作电压较低,一般为1. 5V ~4V ,白光LED的工作电压一般为3V ~4V ,工作电流一般为MA级, 直流供电,控制方便, 光效高, 常被称为冷光源。但LED在工作时,其PN 结仍产生一定的热量, 使得PN 结的工作温度升高。PN 结的工作温度越高, 发光效率越低, LED 寿命越短,同时还会影响颜色的鲜艳度, 这就是光衰现象。
一般情况下,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, 另外, LED 的发光波长随温度变化为0. 2 ~0. 3 nm / ℃, 光谱宽度随之增加, 影响颜色鲜艳度。LED 可以在- 4 0 °C ~ 85 °C 的环境中工作,一般发光效率最好的环境温度是- 40 °C ~4 0 °C,超出此范围发光效率将大幅降低。封装散热对保持色纯度与发光强度非常重要, 散热设计是LED 能否成功应用的关键技术, LED 封装时必须充分重视, 以保证PN 结的温度不超过允许温度。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,主要适合小功率LED 产品。但是, LED 的光输出会随电流的增大而增加,减少其驱动电流势必造成光输出的减少
, 这在功率型LED 的生产中是行不通的,因为目前很多功率型LED的驱动电流可以达到7