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LED封装技术和结构发展


1、引脚式(Lamp)LED封装

引脚式封装就是常用的?3-5mm封装结构。一般用于电流较小(20-30mA),功率较低(小于0.1W)的LED封装。主要用于仪表显示或指示,大规模集成时也可作为显示屏。其缺点在于封装热阻较大(一般高于100K/W),寿命较短。

2、表面组装(贴片)式(SMT-LED)封装

表面组装技术(SMT)是一种可以直接将封装好的器件贴、焊到PCB表面确*置上的一种封装技术。具体而言,就是用特定的工具或设备将芯片引脚对准预先涂覆了粘接剂和焊膏的焊盘图形上,然后直接贴装到未钻安装孔的PCB 表面上,经过波峰焊或再流焊后,使器件和电路之间建立可靠的机械和电气连接。SMT技术具有可靠性高、高频特性好、易于实现自动化等优点,是电子行业盛行的一种封装技术和工艺。

3、板上芯片直装式(COB)LED封装

COB是Chip On Board(板上芯片直装)的英文缩写,是一种通过粘胶剂或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB板上,小夜灯,再通过引线键合实现芯片与PCB板间电互连的封装技术。PCB板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纤维增强的环氧树脂),也可以是高热导的金属基或陶瓷基复合材料(如铝基板或覆铜陶瓷基板等)。而引线键合可采用高温下的热超声键合(金丝球焊)和常温下的超声波键合(铝劈刀焊接)。COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装,同SMT相比,不仅大大****了封装功率密度,而且降低了封装热阻(一般为6-12W/m.K)。

4、系统封装式(SiP)LED封装

SiP(System in Package)是近几年来为适应整机的便携式发展和系统小型化的要求,在系统芯片System on Chip(SOC)基础上发展起来的一种新型封装集成方式。对SiP-LED而言,不仅可以在一个封装内组装多个发光芯片,还可以将各种不同类型的器件(如电源、控制电路、光学微结构、传感器等)集成在一起,构建成一个更为复杂的、完整的系统。同其他封装结构相比,SiP具有工艺兼容性好(可利用已有的电子封装材料和工艺),集成度高,成本低,可提供更多新功能,易于分块测试,开发周期短等优点。按照技术类型不同,SiP可分为四种:芯片层叠型,模组型,MCM型和三维(3D)封装型。

目前,高亮度LED器件要代替白炽灯以及高压拱灯,必须****总的光通量,或者说可以利用的光通量。而光通量的增加可以通过****集成度、加大电流密度、使用大尺寸芯片等措施来实现。而这些都会增加LED的功率密度,如散热不良,将导致LED芯片的结温升高,从而直接影响LED器件的性能(如发光效率降低、出射光发生红移,寿命降低等)。多芯片阵列封装是目前获得高光通量的一个****可行的方案,但是LED阵列封装的密度受限于价格、可用的空间、电气连接,特别是散热等问题。由于发光芯片的高密度集成,散热基板上的温度很高,必须采用有效的热沉结构和合适的封装工艺。常用的热沉结构分为被动和主动散热。被动散热一般选用具有高肋化系数的翅片,通过翅片和空气间的自然对流将热量耗散到环境中。该方案结构简单,可靠性高,但由于自然对流换热系数较低,只适合于功率密度较低,集成度不高的情况。对于大功率LED封装,则必须采用主动散热,如翅片+风扇、热管、液体强迫对流、微通道致冷、相变致冷等。

在系统集成方面,台湾新强光电公司采用系统封装技术(SiP), 并通过翅片+热管的方式搭配效率能散热模块,led台灯小夜灯,研制出了72W、80W的高亮度白光LED光源,如图5(a)。由于封装热阻较低(4.38℃/W),当环境温度为25℃时,led卡通小夜灯,LED结温控制在60℃以下,从而确保了LED的使用寿命和良好的发光性能。

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LED的分类

1.按发光管发光颜色分

按发光管发光颜色分,可分成红色、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外,有的发光二****管中包含二种或三种颜色的芯片,上述各种颜色的发光二****管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。

2.按发光管出光面特征分

按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二****管记作T-1;把φ5mm的记作T-1(3/4);把φ4.4mm的记作T-1(1/4)。

由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类:

(1)高指向性。一般为尖头环氧封装,或是带金属反射腔封装,且不加散射剂。半值角为5°~20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或与光检出器联用以组成自动检测系统。

(2)标准型。通常作指示灯用,其半值角为20°~45°。

(3)散射型。这是视角较大的指示灯,半值角为45°~90°或更大,散射剂的量较大。

3.按发光二****管的结构分

按发光二****管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

4.按发光强度和工作电流分

按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED(发光强度lt;10mcd);超高亮度的LED(发光强度gt;100mcd);把发光强度在10~100mcd间的叫高亮度发光二****管。

一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2mA以下(亮度与普通发光管相同)。

除上述分类方法外,还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。

(四)LED 的光学特性

1.LED发出的光既不是单色光,也不是宽带光,而是结余二者之间.

2.LED光源似点光源又非点光源.

3.LED发出光的颜色随空间方向不同而不同.

4.恒流操作下的LED的结温强烈影响着正向电压VF.

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