LED的封装形式与封装工艺
LED的封装形式与封装工艺
LED（发光二极管）作为一种重要的半导体光源，在现代照明和显示领域发挥着重要作用。其封装形式与工艺直接影响着LED的性能、寿命和应用范围。本文将详细介绍LED芯片的类型、封装的作用以及各种常见的封装形式及其工艺特点。
1 LED芯片类型
LED芯片类型从结构角度上主要分为三类：水平电极芯片，倒装芯片和垂直电极芯片。
2 LED的封装
封装是实现LED从芯片走向最终产品所必需的中间环节，封装的功能在于提供芯片足够的保护，防止芯片在空气中长期暴露或机械损伤而失效，以提高芯片的稳定性；对于LED封装，还需要具有良好光取出效率和良好的散热性，好的封装可以让LED具备更好的发光效率和散热环境，进而提升LED的寿命。
封装的作用：实现输入电信号，保护芯片正常工作，输出可见光的功能。
3 常用的LED芯片封装形式
- 引脚式封装
- 平面式封装
- 表贴封装
- 食人鱼封装
- 功率型封装
4 引脚式封装结构
LED引脚式封装采用引线架作各种封装外型的引脚，是最先研发成功投放市场的封装结构，品种数量繁多，技术成熟度较高，封装内结构与反射层仍在不断改进。
LED芯片粘结在引线支架上。正极用金线链接在一个支架上，负极用金丝连接在支架反射杯子内或者用银浆直接粘结在支架反射杯内。顶部用环氧树脂包封，做成圆柱+半球型。环氧树脂的形状起到透镜的作用，控制光束发散角。同时环氧树脂的折射率起到芯片与空气的过渡，提高芯片的发光效率，芯片的折射率高，对空气的全反射角度小，而对环氧树脂，全反射角度增大，可以使得更多的光输出。
一般此种LED chip的尺寸是0.25mmX0.25mm，封装后元件的半径是5mm，发光功率12 流明，工作电流是2030mA。传统小晶片LED因为发光功率低，限制了其应用。大部分用在显示或者指示方面。比如仪器的指示灯。
4.1 引脚式封装的工艺
5 平面式封装
平面式封装就是将多个LED芯片组合封装成一个平面的结构型封装。通过LED的适当连接（串联和并联）和合适的光学结构，可构成发光显示器的发光段和发光点，然后由这些发光段和发光点组成各种发光显示器，如数码管、“米”字管和矩阵管等。
以美国Cree公司的Xlamp XP-E产品为例，采用的是一种生产效率更高的封装制造工艺，以陶瓷作为封装基板，产品单元在一片陶瓷基板上，呈平面状，阵列式排布在一起。在每个基板单元上安装芯片，然后在陶瓷基板上封装一层硅胶，并形成所需要的光学透镜结构。其结构包括陶瓷基板，新品，Au线和塑封硅胶等。
6 表贴封装（SMD）
表贴式封装（SMD）是一种新型表贴式封装。具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点。其发光颜色可以是白光在内的各种颜色，很适合做手机的键盘显示照明，电视机的背光照明，以及需要照明或指示的电子产品，近年来贴片封装有向大尺寸和高功率的方向发展，一个贴片内封装三、四个Led芯片，可用于组装照明产品。
7 食人鱼封装
食人鱼封装是正方形的，采用透明树脂的封装，因为它的形状很像亚马逊河中的食人鱼Piranha，故称为食人鱼封装。它有四个引脚，负极处有个缺脚。食人鱼是散光型的LED，发光角度大于120度，发光强度很高，而且能承受更大的功率。由于食人鱼LED所用的支架是铜制的，面积较大，因此传热和散热快。LED点亮后，PN结产生的热量很快就可以由支架的四个支脚到出到PCB的铜带上。
食人鱼封装步骤
- 选定食人鱼LED的支架
- 清洗支架
- 确定支架中冲凹下去碗的形状大小及深浅
- LED芯片固定在支架碗中
- 烘干
- 焊接LED芯片两级
- 选用模粒
- 模粒中灌胶
- 焊好LED芯片的支架倒放在模粒中
- 烘干，脱模，切模
- 测试和分选
8 功率型封装
随着LED芯片输入功率的提高,带来了大的发热量及要求高的出光效率,给LED的封装技术提出了更新更高的要求,使得功率型LED的封装技术成为近年来的研究热点，功率型LED也是未来半导体照明的核心
大功率LED封装设计光，电，热，结构与工艺等方面如图1 所示。具体而言，封装的关键技术包括
8.1 地热阻封装工艺
主要包括芯片布置，封装材料选择与工艺，热沉设计等。LED封装热阻主要包括材料内部热阻和界面热阻。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括硅，金属（铝，铜）、陶瓷（如Al2O3,AlN,SiC）和符合材料等。封装界面对热阻影响也很大，如果不能正确处理界面就难以获得良好的散热效果。因此，芯片和散热基板间的热界面材料选择十分重要。LED封装采用低温或者共晶焊料，锡膏或者掺纳米颗粒的导电银胶作为界面材料可以大大降低界面热阻。
8.2 高取光率封装结构和工艺
芯片发光辐射产生的光子在向外发射时产生的损失，主要包括三个方面：1）芯片内部结构缺陷以及材料的吸收；2）光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失；3）由于入射角大于全反射临界角引起的全反射损失。通过在芯片表面涂敷一层折射率相对较高的透明胶层（灌封胶），由于该胶层处于芯片和空气之间，从而有效减少了光子在界面的损失，提高了取光效率。