畢業(yè)論文---led封裝結(jié)構(gòu)及其技術(shù)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目： LED封裝結(jié)構(gòu)及其技術(shù)</p><p><b>　　院 （部）： </b></p><p>　　專 業(yè)： 應(yīng)用物理學(xué)</p><p><b>　　班 級(jí)： </b></

2、p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　完成日期： 2009年6月1日</p><p><b>　　目 錄<

3、;/b></p><p>　　摘 要·······························&

4、#183;····································

5、;··IV</p><p>　　ABSTRACT·····························

6、··································Ⅳ</p><

7、;p>　　1 前 言··································

8、83;·································1</p><p&

9、gt;　　1.1 關(guān)于發(fā)展半導(dǎo)體照明的重要性·································

10、··············1</p><p>　　1.2 LED的發(fā)光原理、特點(diǎn)、分類及應(yīng)用···············&

11、#183;·························2</p><p>　　1.2.1 LED的發(fā)光原理····

12、83;····································&

13、#183;·······················2</p><p>　　1.2.2 LED光源的基本特征······&

14、#183;····································

15、;·················3</p><p>　　1.2.3 LED光源的分類·············&

16、#183;····································

17、;···············5</p><p>　　1.2.4 LED光源的應(yīng)用···············&

18、#183;····································

19、;·············6</p><p>　　1.3 LED封裝的基本問(wèn)題·················

20、···································6</p>

21、;<p>　　2 LED封裝技術(shù)的研究現(xiàn)狀································

22、·················8</p><p>　　2.1 引言··············

23、3;····································&#

24、183;·················8</p><p>　　2.2 LED封裝形式的演變、封裝工藝流程、封裝材料··········

25、3;·····················8</p><p>　　2.2.1 LED封裝形式的演變········

26、3;····································&#

27、183;···············8</p><p>　　2.2.2 LED封裝工藝流程··············

28、83;····································&

29、#183;··········10</p><p>　　2.2.3 LED封裝材料···················

30、83;····································&

31、#183;··········12</p><p>　　2.3 產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)類型···················

32、3;····································13

33、</p><p>　　2.3.1引腳式封裝·······························&

34、#183;·····························13</p><p>　　2.3.2 表面貼裝封裝

35、3;····································&#

36、183;····················15</p><p>　　2.3.3 功率型封裝··········

37、····································

38、3;·············16</p><p>　　2.3.4 食人魚LED的封裝················

39、3;····································&#

40、183;17</p><p>　　2.4 LED封裝結(jié)構(gòu)的光學(xué)模擬與設(shè)計(jì)····························

41、3;······················19</p><p>　　2.4.1 雷曼某大功率LED的模擬·······&

42、#183;····································

43、;··········19</p><p>　　2.4.2 LED的光學(xué)設(shè)計(jì)····················

44、····································

45、3;·······20</p><p>　　3 LED封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)·······················

46、;·························28</p><p>　　3.1 LED芯片效率的提升對(duì)芯片面積的影響···

47、3;···································28</p

48、><p>　　3.2 LED器件效率與封裝工藝的提升對(duì)LED應(yīng)用成本的影響························30</p><p>　　3.3

49、LED封裝未來(lái)工藝及裝備的改變分析··································

50、;·······31</p><p>　　3.4 LED封裝技術(shù)的幾種發(fā)展趨勢(shì)······················&#

51、183;························32</p><p>　　4 結(jié) 論·······

52、····································

53、3;·······················35</p><p>　　謝 辭········

54、3;····································&#

55、183;························36</p><p>　　參考文獻(xiàn)·······&

56、#183;····································

57、;······················37</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　發(fā)光二極管是21世紀(jì)的照明新光源，

58、它具有光效高，工作電壓低，耗電量小，體積小等優(yōu)點(diǎn)，可平面封裝，易于開(kāi)發(fā)輕薄型產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且壽命很長(zhǎng)。光源本身不含汞、鉛等有害物質(zhì)，無(wú)紅外和紫外污染，不會(huì)在生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生對(duì)外界的污染。因此，無(wú)論從節(jié)約電能、降低溫室氣體排放的角度，還是從減少環(huán)境污染的角度，發(fā)展LED作為新型照明光源替代傳統(tǒng)的照明用具將是大勢(shì)所趨。</p><p>　　LED封裝的光學(xué)模擬大多采用雷曼某大功率LED的模擬，晶片、支架碗杯、透鏡（或

59、填充膠體）為其三大要素，通過(guò)改變碗杯結(jié)構(gòu)、透鏡形狀來(lái)模擬尋求最佳的出光效率，并設(shè)計(jì)發(fā)光角度為600的封裝產(chǎn)品。在實(shí)驗(yàn)中，支架碗杯內(nèi)壁有直線、圓弧向里、圓弧向外等情形，填充膠的膠量有凹入或凸起情形，通過(guò)對(duì)每種情況對(duì)應(yīng)的Candela圖進(jìn)行分析可得：支架碗杯內(nèi)壁的設(shè)計(jì)為圓弧向里，填充膠的膠量（膠體在碗口處的高低變化）為凸起時(shí)，可以得到最為理想的出光效率，得到的產(chǎn)品的性能也最穩(wěn)定。</p><p>　　由光學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)得

60、到的LED的參數(shù)值可以設(shè)計(jì)出性能最好的器件，作為一種節(jié)能、高效的新型發(fā)光器件，LED的前景已經(jīng)引起了產(chǎn)業(yè)界和資本市場(chǎng)的廣泛關(guān)注，幾個(gè)主要發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都提出了半導(dǎo)體照明計(jì)劃。我們國(guó)家的半導(dǎo)體照明工程將緊急啟動(dòng)，只要打破了制約亮度、價(jià)格等的技術(shù)瓶頸后，使得半導(dǎo)體照明能普遍的進(jìn)入民用照明領(lǐng)域后，一年就可以為中國(guó)節(jié)電一個(gè)三峽工程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：封裝結(jié)構(gòu)類型；封裝工藝流程；出光效率；光學(xué)模擬</p&

61、gt;<p>　　LED Packaging Structure and Technology</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　LED lighting is the new light source in the 21st century，It has many advantages such as a hig

62、h luminous efficiency，low voltage，small power consumption，small size， etc. It can be flat pack，easy to develop thin-and-light products，the structure is solid and had a very long life. The light don’t have harmful substan

63、ces such as mercury and lead，infrared and ultraviolet pollution，and don’t produce the pollution of the outside world in the production and use process. Therefore，in terms of saving energy</p><p>　　LED packag

64、e always using the Lehman’s simulation of a high-power LED， chips，support bowl cups，lens (or gel-fill LED) for the three major elements，by changing the glass bowl，lens shape to search for the best light efficiency and de

65、sign of light-emitting angle of the package of 600 products. In the experiment，glass bowl stent wall has a straight line，the arc inward，the arc outward circumstances，the plastic filler volume has indentation or convex ca

66、se. Through a series of experiments show that the </p><p>　　Received by the optical simulation of the LED design parameter values can be the best device performance，as an energy-saving and efficient new ligh

67、t-emitting devices，the prospect of LED has attracted industry and capital markets a wide range of concerns，several major developed countries and regions have put forward plans to semiconductor lighting. Our nation's

68、semiconductor lighting project will be start emergent，as long as break the technical bottlenecks in the brightness and the price after th</p><p>　　Key words: structure of the packaging type；packaging process

69、；light efficiency； optical simulation</p><p><b>　　1 前 言</b></p><p>　　1.1 關(guān)于發(fā)展半導(dǎo)體照明的重要性</p><p>　　發(fā)光二極管(LED)被認(rèn)為是21世紀(jì)的照明新光源，同樣亮度下，半導(dǎo)體燈耗電僅為普通白熾燈的1/10，而壽命卻可以延長(zhǎng)100倍。LED器件是冷光源，

70、光效高，工作電壓低，耗電量小，體積小，可平面封裝，易于開(kāi)發(fā)輕薄型產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且壽命很長(zhǎng)，光源本身不含汞、鉛等有害物質(zhì)，無(wú)紅外和紫外污染，不會(huì)在生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生對(duì)外界的污染，因此，半導(dǎo)體燈具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。如同晶體管替代電子管一樣，半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，也將是大勢(shì)所趨。無(wú)論從節(jié)約電能、降低溫室氣體排放的角度，還是從減少環(huán)境污染的角度，LED作為新型照明光源都具有替代傳統(tǒng)照明光源的極大潛力。中國(guó)工程院院士陳良惠曾說(shuō)

71、：“半導(dǎo)體照明進(jìn)入民用照明領(lǐng)域，一年可以為中國(guó)節(jié)電一個(gè)三峽工程”。預(yù)計(jì)到2010年，我國(guó)照明用電將達(dá)到3225億kWh，如果半導(dǎo)體照明進(jìn)入有1/3的照明市場(chǎng)，就能夠節(jié)約1/3的照明用電，這意味著每年為國(guó)家節(jié)省用電1000億kWh，相當(dāng)于三峽工程每年847億kWh發(fā)電量的12倍。</p><p>　　為此，國(guó)家將緊急啟動(dòng)半導(dǎo)體照明工程：首先，我國(guó)發(fā)展半導(dǎo)體照明有一定技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。我國(guó)自主研制的第一個(gè)發(fā)光二極管(L

72、ED)，比世界上第一個(gè)發(fā)光二極管僅僅晚幾個(gè)月；在氮化鎵的研究方面比國(guó)外大約晚三年，比起當(dāng)初微電子的技術(shù)差距已經(jīng)小很多了。通過(guò)“863”計(jì)劃等科技計(jì)劃的支持，我國(guó)已經(jīng)初步形成從外延片生產(chǎn)、芯片制備、器件封裝到應(yīng)用的比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈[1]。我國(guó)已經(jīng)有400多家企業(yè)介入到LED照明行業(yè)中，封裝在國(guó)際市場(chǎng)上已占有相當(dāng)大的份額，民間資本已開(kāi)始大量進(jìn)入。半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)是技術(shù)密集型加勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，尤其是芯片加工和封裝全是勞動(dòng)力密集型的，能夠發(fā)揮我國(guó)

73、的勞動(dòng)力比較優(yōu)勢(shì)，我國(guó)有能力承接國(guó)際半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移。</p><p>　　其次，我國(guó)是世界上最大的傳統(tǒng)照明電器生產(chǎn)和出口國(guó)之一，而且中國(guó)有著13億人的巨大市場(chǎng)，如果將來(lái)應(yīng)用新技術(shù)，進(jìn)一步降低成本，未來(lái)照明產(chǎn)業(yè)的最大市場(chǎng)還應(yīng)是在中國(guó)，如此巨大的市場(chǎng)怎能拱手讓與他人？</p><p>　　綜合分析這幾方面情況，2003年6月17日，科技部聯(lián)合信息產(chǎn)業(yè)部、建設(shè)部、教育部、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)輕

74、工業(yè)聯(lián)合會(huì)等部門，緊急啟動(dòng)了“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”，成立了國(guó)家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組。2003年10月15日，國(guó)家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃重大項(xiàng)目—“半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)”通過(guò)可行性論證，10月29日正式啟動(dòng)?！鞍雽?dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目包括“功率型高亮度發(fā)光二極管芯片及封裝產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”、“半導(dǎo)體照明系統(tǒng)技術(shù)、重大應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及示范”、“半導(dǎo)體照明評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)體系、發(fā)展戰(zhàn)略研究及知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略研究”。預(yù)計(jì)通過(guò)該攻關(guān)計(jì)劃的實(shí)施，

75、可以建成功率型高亮度LED芯片制備和封裝示范生產(chǎn)線，形成10~20項(xiàng)目原創(chuàng)型核心技術(shù)專利[2]，開(kāi)發(fā)出10種以上特殊照明特色產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用示范基地、建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的半導(dǎo)體照明評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)體系和知識(shí)產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟。</p><p>　　半導(dǎo)體照明是個(gè)跨領(lǐng)域、跨學(xué)科、跨部門的工程，需要多部門很好地協(xié)作、統(tǒng)一布局，共同推進(jìn)。我國(guó)科研成果轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)很薄弱，科研、產(chǎn)業(yè)兩張皮，企業(yè)也沒(méi)有很強(qiáng)的實(shí)力介入到科研中來(lái)。為此，專家呼吁，科研

76、、企業(yè)、宏觀政府管理部門和地方政府管理部門應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，共同推進(jìn)，避免產(chǎn)業(yè)趨同和低水平重復(fù)建設(shè)，并提供相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)政策，使各方面資源能夠有效整合，通過(guò)階段性目標(biāo)的整體推進(jìn)，最終形成有核心競(jìng)爭(zhēng)力的中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　LED的發(fā)光原理、特點(diǎn)、分類及應(yīng)用</p><p>　　1.2.1 LED的發(fā)光原理</p><p>　　(1) p-n結(jié)電子注入發(fā)光

77、</p><p>　　圖1.1、圖1.2表示p-n結(jié)未知電壓是構(gòu)成一定的勢(shì)壘，當(dāng)加正向偏置時(shí)勢(shì)壘下降，p區(qū)和n區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率μ比空穴遷移率大得多，出現(xiàn)大量電子向p區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對(duì)p區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放，這就是p-n結(jié)發(fā)光的原理。 發(fā)光的波長(zhǎng)或頻率取決于選用的半導(dǎo)體材料的能隙Eg。如Eg的單位為電子伏(eV) 。Eg=hv/

78、q=hc/(λq)，λ=hc/(qEg)=1240/Eg (nm)。　　半導(dǎo)體可分為直接帶隙和間接帶隙兩種，發(fā)光二極管大都采用直接帶隙材料，這樣可使電子直接從導(dǎo)帶躍遷到價(jià)帶與空穴復(fù)合而發(fā)光，有很高的效率。反之，采用間接帶隙材</p><p>　　料，其效率就低一些。表1.1列舉了常用半導(dǎo)體材料及其發(fā)射的光波波長(zhǎng)等參數(shù)。</p><p>　　圖1.1 p-n結(jié)發(fā)光的原理</p>

79、;<p>　　圖1.2 p-n結(jié)發(fā)光的原理</p><p>　　表1.1 常用半導(dǎo)體材料及其發(fā)射的光波波長(zhǎng)</p><p>　　(2) 異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光　　為了提高載流子注入效率，可以采用異質(zhì)結(jié)。圖1.3表示未加偏置時(shí)的異質(zhì)結(jié)能級(jí)圖對(duì)電子和空穴具有不同高度的勢(shì)壘。圖1.4表示加正向偏置后，這兩個(gè)勢(shì)壘均減小。但空穴的勢(shì)壘小得多，而且空穴不斷從p區(qū)向n區(qū)擴(kuò)散，得到高的注入效率。

80、n區(qū)的電子注入p區(qū)的速率卻較小。這樣n區(qū)的電子就越遷到價(jià)帶與注入的空穴復(fù)合，而發(fā)射出由n型半導(dǎo)體能隙所決定的輻射。由于p區(qū)的能隙大，光輻射無(wú)法把點(diǎn)自己發(fā)到導(dǎo)帶，因此不發(fā)生光的吸收，從而可直接透射處發(fā)光二極管外，減少了光能的損失。1.2.2 LED光源的基本特征</p><p>　　LED光源發(fā)光效率高 LED經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12~24lm/W，熒光燈

81、50～70lm/W，鈉燈90～140lm/W，大部分的耗電變成熱量損耗。 圖1.3 未加偏置時(shí)的異質(zhì)結(jié)能級(jí)圖 圖1.4 加正向偏置后的異質(zhì)結(jié)能級(jí)圖</p><p>　　LED光效經(jīng)改良后將達(dá)到達(dá)50

82、～200lm/W，而且其光的單色性好、光譜窄，無(wú)需過(guò)濾可直接發(fā)出有色可見(jiàn)光。目前，世界各國(guó)均加緊提高對(duì)LED光效方面的研究，在不遠(yuǎn)的將來(lái)其發(fā)光效率將有更大的提高。 </p><p>　　LED光源耗電量少 LED單管功率0.03～0.06W，采用直流驅(qū)動(dòng)，單管驅(qū)動(dòng)電壓1.5～3.5V，電流15～18mA，反應(yīng)速度快，可在高頻操作。同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的1/8，熒光燈管的1/2，日本估計(jì)

83、，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本一半的白熾燈和熒光燈，每年可節(jié)約相當(dāng)于60億升原油。就橋梁護(hù)欄燈為例，同樣效果的一支日光燈40W多，而采用LED每支的功率只有8W，而且可以七彩變化。 </p><p>　　LED光源使用壽命長(zhǎng) 　　采用電子光場(chǎng)輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點(diǎn)。而采用LED燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng)，不易破碎，平均壽命達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。LED

84、燈具使用壽命可達(dá)5~10年，可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用，避免經(jīng)常換燈之苦。 (4) LED光源安全可靠性強(qiáng) 發(fā)熱量低，無(wú)熱輻射，冷光源，能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無(wú)眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整發(fā)光方式，實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合。 (5) LED光源有利于環(huán)保 LED為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒(méi)有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開(kāi)發(fā)

85、成輕便薄短小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護(hù)。 1.2.3 LED的分類</p><p><b>　　按發(fā)光管發(fā)光顏色分</b></p><p>　　按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無(wú)色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、

86、無(wú)色透明、有色散射和無(wú)色散射四種類型。</p><p>　　按發(fā)光管出光面特征分 </p><p>　　按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為Φ2mm、Φ4.4mm、Φ5mm、Φ8mm、Φ10mm及Φ20mm等。國(guó)外通常把Φ3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把Φ5mm的記作T-1(3/4)；把Φ4.4mm的記作T-1(1/4)。由半值角大小

87、可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。</p><p>　　從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來(lái)分</p><p>　　高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°~20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為20°~45&#

88、176;。</p><p>　　散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45°~90°或更大，散射劑的量較大。</p><p>　　(4) 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分 </p><p>　　按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(5) 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分

89、</p><p>　　按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度100mcd），把發(fā)光強(qiáng)度在10~100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA，而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。</p><p>　　1.2.4 LED的應(yīng)用</p><p>　　LED的應(yīng)用主要可分為三大類：LCD屏背光、LED照

90、明、LED顯示。</p><p>　　小尺寸1.5寸到3.5寸LCD屏的背光：例如手機(jī)、PDA、MP3/4等便攜設(shè)備的LCD屏都需要LED來(lái)背光。</p><p>　　7寸LCD屏的背光：如數(shù)碼相框。</p><p>　　大尺寸LCD屏的背光：如LCD TV/Monitor、筆記本電腦。</p><p>　　LED手電筒：小功率LED手電筒、

91、強(qiáng)光LED手電筒、LED礦燈。 </p><p>　　LED照明：照明經(jīng)過(guò)白熾燈、日光燈，到現(xiàn)在比較普遍的節(jié)能燈，再下個(gè)階段應(yīng)該就是LED照明燈的普及了，這里需要超高亮度的LED，超長(zhǎng)壽命、極低功耗將是LED燈很大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)成本考慮也是一個(gè)關(guān)鍵。</p><p>　　LED顯示：我們?cè)诠卉嚒⒌罔F里都能看到各樣的LED字幕顯示屏，并且在戶外也有不少大屏幕LED點(diǎn)陣顯示屏幕，從遠(yuǎn)處看就是一

92、個(gè)比較清晰的超大屏幕電視機(jī)。這里需要用到專用的LED顯示控制芯片。</p><p>　　1.3 LED封裝的基本問(wèn)題</p><p>　　LED燈封裝解釋：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)LED封裝就是把LED封裝材料封裝成LED燈的過(guò)程；</p><p>　　LED燈封裝流程：一般LED封裝必須經(jīng)過(guò)擴(kuò)晶-固晶-焊線-灌膠-切腳-分光分色等流程；</p><p>

93、　　LED燈封裝材料：主要封裝材料有芯片、金線、支架、膠水等；</p><p>　　LED燈封裝設(shè)備：擴(kuò)晶設(shè)備、固晶機(jī)、焊線機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、烘烤箱等，一般分為全自動(dòng)封裝設(shè)備手工封裝設(shè)備兩種。</p><p>　　LED燈封裝的必要性：半導(dǎo)體封裝使諸如二極管、晶體管、IC等為了維護(hù)本身的氣密性，并保護(hù)不受周圍環(huán)境中濕度與溫度的影響，以及防止電子組件受到機(jī)械振動(dòng)、沖擊產(chǎn)生破損而造成組件特性的變化。

94、因此，封裝的目的有下列幾點(diǎn)：(1)防止?jié)駳獾扔赏獠壳秩耄?2)以機(jī)械方式支持導(dǎo)線；(3)有效地將內(nèi)部產(chǎn)生的熱排出；(4)提供能夠手持的形體。以陶瓷、金屬材料封裝的半導(dǎo)體組件的氣密性較佳，成本較高，適用于可行性要求較高的使用場(chǎng)合。以塑料封裝的半導(dǎo)體組件的氣密性較差，但是成本低，因此成為電視機(jī)、電話機(jī)、計(jì)算機(jī)、收音機(jī)等民用品的主流。</p><p>　　LED封裝質(zhì)量評(píng)判：LED燈封裝好壞的幾個(gè)指標(biāo)是角度、亮度、顏色

95、(波長(zhǎng))一致性、抗靜電能力、抗衰減能力等。</p><p>　　LED燈的封裝技術(shù)：一般全自動(dòng)設(shè)備封裝要比手工封裝的要好，封裝的技術(shù)水平也是LED燈封裝的好壞的主要因素，同樣的材料不同的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品有很大的差別。</p><p>　　LED封裝技術(shù)的關(guān)鍵：大功率LED封裝主要涉及光、熱、電、結(jié)構(gòu)與工藝等方面，如圖1.5所示。這些因素彼此既相互獨(dú)立，又相互影響。其中，光是LED封裝

96、的目的，熱是關(guān)鍵，電、結(jié)構(gòu)與工藝是手段，而性能是封裝水平的具體體現(xiàn)。從工藝兼容性及降低生產(chǎn)成本而言，LED封裝設(shè)計(jì)應(yīng)與芯片設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，即芯片設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮到封裝結(jié)構(gòu)和工藝。否則，等芯片制造完成后，可能由于封裝的需要對(duì)芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而延長(zhǎng)了產(chǎn)品研發(fā)周期和工藝成本，有時(shí)甚至不可能取得成功。</p><p>　　圖1.5 LED封裝技術(shù)涉及的各方面</p><p>　　2 LED封

97、裝技術(shù)的研究現(xiàn)狀</p><p><b>　　2.1 引言</b></p><p>　　國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)中有20余家上、中游研制及生產(chǎn)單位和150余家后道封裝企業(yè)，高端封裝產(chǎn)品還未見(jiàn)推向市場(chǎng)。目前，完成GaN基藍(lán)綠光LED中游工藝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究[3]，力爭(zhēng)在短期內(nèi)使產(chǎn)品的性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同時(shí)期同類產(chǎn)品的水平，力爭(zhēng)在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到月產(chǎn)10萬(wàn)的生產(chǎn)能力，開(kāi)發(fā)白光照明光源用的

98、功率型LED芯片等新產(chǎn)品。科技部將投入8000萬(wàn)元資金，啟動(dòng)國(guó)家半導(dǎo)體照明工程，注意終端產(chǎn)品，先從特種產(chǎn)品做起，以汽車、城市景觀照明作為市場(chǎng)突破口，把大功率、高亮度LED放在突出位置，它的成果將要服務(wù)于北京奧運(yùn)會(huì)和上海世博會(huì)。無(wú)庸質(zhì)疑，產(chǎn)業(yè)鏈中的襯底、外延、芯片、封裝、應(yīng)用需共同發(fā)展，多方互動(dòng)培植，封裝是產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下部分，需要關(guān)注與重視。</p><p>　　2.2 LED封裝形式的演變、封裝工藝流程、封裝

99、材料</p><p>　　2.2.1 LED封裝形式的演變</p><p>　　如圖2.1所示，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合、不同的外形尺寸、散熱方案和發(fā)光效果，LED封裝形式多種多樣。目前，LED按封裝形式分類主要有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED、Flip Chip-LED等。</p><p>　　圖2.1

100、 LED封裝形式的演變</p><p>　　(1) Lamp-LED（垂直LED）</p><p>　　Lamp-LED早期出現(xiàn)的是直插LED，它的封裝采用灌封的形式。灌封的過(guò)程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧樹脂，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱中讓環(huán)氧樹脂固化后，將LED從模腔中脫離出即成型。由于制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低，有著較高的市場(chǎng)占有率。</p><p

101、>　　SMD-LED（表面貼裝LED）</p><p>　　貼片LED是貼于線路板表面的，適合SMT加工，可回流焊，很好地解決了亮度、視角、平整度、可靠性、一致性等問(wèn)題，采用了更輕的PCB板和反射層材料，改進(jìn)后去掉了直插LED較重的碳鋼材料引腳，使顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少，目的是縮小尺寸，降低重量。這樣，表面貼裝LED可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，最終使應(yīng)用更加完美。</p><p

102、>　　Side-LED（側(cè)發(fā)光LED）</p><p>　　目前，LED封裝的另一個(gè)重點(diǎn)便側(cè)面發(fā)光封裝。如果想使用LED當(dāng)LCD（液晶顯示器）的背光光源，那么LED的側(cè)面發(fā)光需與表面發(fā)光相同，才能使LCD背光發(fā)光均勻。雖然使用導(dǎo)線架的設(shè)計(jì)，也可以達(dá)到側(cè)面發(fā)光的目的，但是散熱效果不好。不過(guò)，Lumin LEDS公司發(fā)明反射鏡的設(shè)計(jì)，將表面發(fā)光的LED，利用反射鏡原理來(lái)發(fā)成側(cè)光，成功的將高功率LED應(yīng)用在大尺寸

103、LCD背光模組上。</p><p>　　TOP-LED（頂部發(fā)光LED）</p><p>　　頂部發(fā)光LED是比較常見(jiàn)的貼片式發(fā)光二極管，主要應(yīng)用于多功能超薄手機(jī)和PDA中的背光和狀態(tài)指示燈。</p><p>　　High-Power-LED（高功率LED）</p><p>　　為了獲得高功率、高亮度的LED光源，廠商們?cè)贚ED芯片及封裝設(shè)計(jì)

104、方面向大功率方向發(fā)展。目前，能承受數(shù)瓦功率的LED封裝已出現(xiàn)。比如Norlux系列大功率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0.375mm×25.4mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時(shí)作為熱沉。這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝，發(fā)光效率高，熱阻低，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。可見(jiàn)，功率型LED的熱特性直接影響

105、到LED的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長(zhǎng)、使用壽命等，因此，對(duì)功率型LED芯片的封裝設(shè)計(jì)、制造技術(shù)顯得更加重要。</p><p>　　Flip Chip-LED（覆晶LED）</p><p>　　LED覆晶封裝結(jié)構(gòu)是在PCB基板上制有復(fù)數(shù)個(gè)穿孔，該基板的一側(cè)的每個(gè)穿孔處都設(shè)有兩個(gè)不同區(qū)域且互為開(kāi)路的導(dǎo)電材質(zhì)，并且該導(dǎo)電材質(zhì)是平鋪于基板的表面上，有復(fù)數(shù)個(gè)未經(jīng)封裝的LED芯片放置于具有導(dǎo)電材質(zhì)的

106、一側(cè)的每個(gè)穿孔處，單一LED芯片的正極與負(fù)極接點(diǎn)是利用錫球分別與基板表面上的導(dǎo)電材質(zhì)連結(jié)，且于復(fù)數(shù)個(gè)LED芯片面向穿孔的一側(cè)的表面皆點(diǎn)著有透明材質(zhì)的封膠，該封膠是呈一半球體的形狀位于各個(gè)穿孔處，屬于倒裝焊結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管[4]?！?lt;/p><p>　　2.2.2 LED封裝工藝流程</p><p><b>　　(1) 芯片檢驗(yàn)</b></p><p

107、>　　鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)麻坑（lockhill）芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整。</p><p><b>　　(2) 擴(kuò)片</b></p><p>　　由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很?。s0.1mm），不利于后工序的操作。我們采用擴(kuò)片機(jī)對(duì)黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張，是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm，也可以采用手工擴(kuò)張，

108、但很容易造成芯片掉落浪費(fèi)等不良問(wèn)題。</p><p><b>　　(3) 點(diǎn)膠</b></p><p>　　在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠（對(duì)于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對(duì)于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來(lái)固定芯片）。</p><p>　　工藝難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的控制，在膠體高

109、度、點(diǎn)膠位置均有詳細(xì)的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時(shí)間都是工藝上必須注意的事項(xiàng)。</p><p><b>　　(4) 備膠</b></p><p>　　和點(diǎn)膠相反，備膠是用備膠機(jī)先把銀膠涂在LED背面電極上，然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上，備膠的效率遠(yuǎn)高于點(diǎn)膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝。</p>

110、;<p><b>　　(5) 手工刺片</b></p><p>　　將擴(kuò)張后LED芯片（備膠或未備膠）安置在刺片臺(tái)的夾具上，LED支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將LED芯片一個(gè)一個(gè)刺到相應(yīng)的位置上，手工刺片和自動(dòng)裝架相比有一個(gè)好處，便于隨時(shí)更換不同的芯片，適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品。</p><p><b>　　(6) 自動(dòng)裝架</b

111、></p><p>　　自動(dòng)裝架其實(shí)是結(jié)合了沾膠（點(diǎn)膠）和安裝芯片兩大步驟，先在LED支架上點(diǎn)上銀膠（絕緣膠），然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動(dòng)位置，再安置在相應(yīng)的支架位置上。</p><p>　　自動(dòng)裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程，同時(shí)對(duì)設(shè)備的沾膠及安裝精度進(jìn)行調(diào)整，在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對(duì)LED芯片表面的損傷，特別是藍(lán)、綠色芯片必須用膠木的，因?yàn)殇撟鞎?huì)劃傷芯片

112、表面的電流擴(kuò)散層。</p><p><b>　　(7) 燒結(jié)</b></p><p>　　燒結(jié)的目的是使銀膠固化，燒結(jié)要求對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，防止批次性不良，銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150℃，燒結(jié)時(shí)間2h，根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整到170℃，1h，.絕緣膠一般150℃，1h。</p><p>　　銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2h（或1h）打開(kāi)更換燒結(jié)

113、的產(chǎn)品，中間不得隨意打開(kāi)，燒結(jié)烘箱不得再其他用途，防止污染。</p><p><b>　　(8) 壓焊</b></p><p>　　壓焊的目的將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作。LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種，鋁絲壓焊的過(guò)程，先在LED芯片電極上壓上第一點(diǎn)，再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方，壓上第二點(diǎn)后扯斷鋁絲。金絲球焊過(guò)程則在壓第一點(diǎn)前先燒個(gè)球，

114、其余過(guò)程類似。</p><p>　　壓焊是LED封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲（鋁絲）拱絲形狀，焊點(diǎn)形狀，拉力。</p><p>　　對(duì)壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問(wèn)題，如金（鋁）絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈刀（鋼嘴）選用、劈刀（鋼嘴）運(yùn)動(dòng)軌跡等等。</p><p><b>　　(9) 點(diǎn)膠封裝 </b></p

115、><p>　　LED的封裝主要有點(diǎn)膠、灌封、模壓三種，基本上工藝控制的難點(diǎn)是氣泡、多缺料、黑點(diǎn)，設(shè)計(jì)上主要是對(duì)材料的選型，選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架（一般的LED無(wú)法通過(guò)氣密性試驗(yàn)），手動(dòng)點(diǎn)膠封裝對(duì)操作水平要求很高（特別是白光LED），主要難點(diǎn)是對(duì)點(diǎn)膠量的控制，因?yàn)榄h(huán)氧在使用過(guò)程中會(huì)變稠，白光LED的點(diǎn)膠還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致出光色差的問(wèn)題。</p><p><b>　　(10) 灌膠封

116、裝</b></p><p>　　Lamp-LED的封裝采用灌封的形式，灌封的過(guò)程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱讓環(huán)氧固化后，將LED從模腔中脫出即成型。</p><p><b>　　(11) 模壓封裝</b></p><p>　　將壓焊好的LED支架放入模具中，將上下兩副模具用液壓機(jī)合模并抽

117、真空，將固態(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中，環(huán)氧順著膠道進(jìn)入各個(gè)LED成型槽中并固化。</p><p>　　(12) 固化與后固化</p><p>　　固化是指封裝環(huán)氧的固化，一般環(huán)氧固化條件在135℃，1h，模壓封裝一般在150℃，4min。</p><p><b>　　(13) 后固化</b></p><

118、;p>　　固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時(shí)對(duì)LED進(jìn)行熱老化，后固化對(duì)于提高環(huán)氧與支架（PCB）的粘接強(qiáng)度非常重要，一般條件為120℃，4h。</p><p>　　(14) 切筋和劃片 </p><p>　　由于LED在生產(chǎn)中是連在一起的（不是單個(gè)），Lamp封裝LED采用切筋切斷LED支架的連筋。SMD-LED則是在一片PCB板上，需要?jiǎng)澠瑱C(jī)來(lái)完成分離工作。</p&g

119、t;<p><b>　　(15) 測(cè)試 </b></p><p>　　測(cè)試LED的光電參數(shù)、檢驗(yàn)外形尺寸，同時(shí)根據(jù)客戶要求對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行分選。</p><p><b>　　(16) 包裝</b></p><p>　　將成品進(jìn)行計(jì)數(shù)包裝，超高亮LED需要防靜電包裝。</p><p

120、>　　2.2.3 LED封裝材料(1) 主劑材料　?、?環(huán)氧樹脂：以透明無(wú)色、雜質(zhì)含量低、黏度低為原則。高檔產(chǎn)品應(yīng)選用道化學(xué)的331J、南亞的127、++三井的139、大++油墨的EP4000系列環(huán)氧樹脂，中低檔產(chǎn)品可采用宏昌的127系列環(huán)氧樹脂?！　、?活性稀釋劑：一般采用脂環(huán)族的雙官度活性稀釋劑比較好，但國(guó)內(nèi)基本上不能生產(chǎn)；中低檔產(chǎn)品可用南亞的AGE代替，但AGE對(duì)固化后的強(qiáng)度有影響，交聯(lián)度也不夠。如果樹脂的黏度較低，

121、可以不添加稀釋劑?！　、?消泡劑：以相容較好、消泡性好、低沸點(diǎn)溶劑為準(zhǔn)則，可選用BYK-A530、BYK-066、BYK-141、德謙6500等消泡劑?！　、?調(diào)色劑：一般以20%的透明油容性染料添加80%的主體環(huán)氧樹脂后，加溫?cái)嚢杌烊芎蠹纯缮倭刻砑?，可消除樹脂及其他材料添加造成的微黃色，并可保證固化后顏色的純正。透明油容性染料的選擇，需具備至少150~180℃的耐溫條件，以防止加溫固化時(shí)變色[5]，可選用拜爾PEG-400系列調(diào)色

122、劑?！　、?脫模劑：以脫模效果好、相容性好、顏色淺為原則，可選用廣州科拉司公司(BYK代理商)的FINT-900、無(wú)錫三山電子材料</p><p>　　2.3 產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)類型 </p><p>　　自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，LED芯片及材料制作技術(shù)的研發(fā)取得多項(xiàng)突破[6]，透明襯底梯形結(jié)構(gòu)、紋理表面結(jié)構(gòu)、芯片倒裝結(jié)構(gòu)，商品化的超高亮度(1cd以上)紅、橙、黃、綠、藍(lán)的LED產(chǎn)品相繼問(wèn)市，如

123、表2.1所示，2000年開(kāi)始在低、中光通量的特殊照明中獲得應(yīng)用。LED的上、中游產(chǎn)業(yè)受到前所未有的重視，進(jìn)一步推動(dòng)下游的封裝技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展，采用不同封裝結(jié)構(gòu)形式與尺寸，不同發(fā)光顏色的管芯及其雙色、或三色組合方式，可生產(chǎn)出多種系列，品種、規(guī)格的產(chǎn)品。</p><p>　　表2.1 超高亮度LED商品化</p><p>　　LED產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)的類型如表2.2所示，現(xiàn)有根據(jù)發(fā)光顏色、芯片材料、

124、發(fā)光亮度、尺寸大小等情況特征來(lái)分類的。單個(gè)管芯一般構(gòu)成點(diǎn)光源，多個(gè)管芯組裝一般可構(gòu)成面光源和線光源，作信息、狀態(tài)指示及顯示用，發(fā)光顯示器也是用多個(gè)管芯，通過(guò)管芯的適當(dāng)連接(包括串聯(lián)和并聯(lián))與合適的光學(xué)結(jié)構(gòu)組合而成的，構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段和發(fā)光點(diǎn)。表面貼裝LED可逐漸替代引腳式LED，應(yīng)用設(shè)計(jì)更靈活，已在LED顯示市場(chǎng)中占有一定的份額，有加速發(fā)展趨勢(shì)。固體照明光源有部分產(chǎn)品上市，成為今后LED的中、長(zhǎng)期發(fā)展方向。</p>

125、<p>　　2.3.1 引腳式封裝</p><p>　　LED引腳式封裝采用引線架作各種封裝外型的引腳，是最先研發(fā)成功投放市場(chǎng)的封裝結(jié)構(gòu)，品種數(shù)量繁多，技術(shù)成熟度較高，封裝內(nèi)結(jié)構(gòu)與反射層仍在不斷改進(jìn)[7]。標(biāo)準(zhǔn)LED被大多數(shù)客戶認(rèn)為是目前顯示行業(yè)中最方便、最經(jīng)濟(jì)的解決方案，典型的傳統(tǒng)LED安置在</p><p>　　表2.2 LED產(chǎn)品封裝類別</p><p

126、>　　能承受0.1W輸入功率的包封內(nèi)，其90％的熱量是由負(fù)極的引腳架散發(fā)至PCB板，再散發(fā)到空氣中，如何降低工作時(shí)p-n結(jié)的升溫是封裝與應(yīng)用必須考慮的。包裝密封材料多采用高溫固化環(huán)氧樹脂，其光性能優(yōu)良，工藝適應(yīng)性好，產(chǎn)品可靠性高，可做成有色透明或無(wú)色透明和有色散射或無(wú)色散射的透鏡封裝，不同的透鏡形狀構(gòu)成多種外形及尺寸，例如，圓形按直徑分為Φ2mm、Φ3mm、Φ4.4mm、Φ5mm、Φ7mm等數(shù)種，環(huán)氧樹脂的不同組份可產(chǎn)生不同的發(fā)光

127、效果。 花色點(diǎn)光源有多種不同的封裝結(jié)構(gòu)：陶瓷底座環(huán)氧樹脂封裝具有較好的工作溫度性能，引腳可彎曲成所需形狀，體積?。唤饘俚鬃芰戏瓷湔质椒庋b是一種節(jié)能指示燈，適作電源指示用；閃爍式將CMOS振蕩電路芯片與LED管芯組合封裝，可自行產(chǎn)生較強(qiáng)視覺(jué)沖擊的閃爍光；雙色型由兩種不同發(fā)光顏色的管芯組成，封裝在同一環(huán)氧樹脂透鏡中，除雙色外還可獲得第三種的混合色，在大屏幕顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，并可封裝組成雙色顯示器件；電壓型將恒流源芯片與LE

128、D管芯組合封裝，可直接替代5~24V的各種電壓指示燈。面光源是多個(gè)LED管芯粘結(jié)在微型PCB板的規(guī)定位置上，采用塑料反射框罩并灌封環(huán)</p><p>　　2.3.2 表面貼裝封裝</p><p>　　為了利用自動(dòng)化組裝技術(shù)降低制造成本，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始在LED生產(chǎn)中逐漸推廣使用表面貼裝器件(SMD)，20世紀(jì)90年代這一技術(shù)得到了進(jìn)一步強(qiáng)化。最初的SMD-LED作為低功率器件主要用于

129、指示設(shè)備和移動(dòng)電話鍵盤的照明，后來(lái)開(kāi)發(fā)出的大功率SMD-LED器件用于汽車面板照明、剎車燈，并擴(kuò)展用于通用的照明設(shè)備。 SMT是蜂窩PCS電話機(jī)的主要技術(shù)要求，具有極大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿ΑＲ苿?dòng)電話功能的不斷升級(jí)也進(jìn)一步提出了對(duì)更高性能LED的需求，移動(dòng)電話設(shè)計(jì)中需要多種多樣的LED，包括更高亮度的單色LED器件、真彩LCD顯示屏(特別是第2.5代和第3代移動(dòng)電話的LCD)背景光源用的白色LED以及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化所需的藍(lán)色和紫羅蘭色等

130、特殊色LED。同時(shí)，移動(dòng)電話的復(fù)雜程度越來(lái)越高，體積越來(lái)越小，對(duì)LED提出了更薄、更小外形包裝的要求，特別是要求高性能 LED能提供芯片級(jí)的表貼封裝，即工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的1.6mm×0.8mm外形尺寸。　　在2002年，表面貼裝的LED(SMD-LED)逐漸被市場(chǎng)所接受，并獲得一定的市場(chǎng)份額，從引腳式封裝轉(zhuǎn)向SMD符合整個(gè)電子行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。早期的SMD-LED大多采用</p><p>　　表2.3 幾種常

131、見(jiàn)的SMD-LED的外形尺寸</p><p>　　2.3.3 功率型封裝</p><p>　　LED芯片及封裝向大功率方向發(fā)展，在大電流下產(chǎn)生比中5mm LED大10~20倍的光通量，必須采用有效的散熱與優(yōu)化的封裝材料解決光衰問(wèn)題[10]，因此，管殼及封裝也是其關(guān)鍵技術(shù)，能承受數(shù)瓦功率的LED封裝已出現(xiàn)。5W系列白、綠、藍(lán)綠、藍(lán)的功率型LED從2003年初開(kāi)始供貨，白光LED光輸出達(dá)187

132、lm，光效44.3lm/W綠光衰問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出可承受10W功率的LED，大面積管占尺寸為2.5mm×2.5mm．可在5A電流下工作，光輸出達(dá)200lm，作為固體照明光源有很大發(fā)展空間。</p><p>　　Luxeon系列功率LED是將AlGaInN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點(diǎn)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(jìn)行封裝。這種封裝對(duì)于取光效率，散熱性能，加大工作電流密度

133、的設(shè)計(jì)都是最佳的。其主要特點(diǎn)：熱阻低，一般僅為14℃/W，只有常規(guī)LED的1/10；可靠性高，封裝內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體，在-40~120℃范圍，不會(huì)因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使金絲與引線框架斷開(kāi)，并防止環(huán)氧樹脂透鏡變黃，引線框架也不會(huì)因氧化而玷污；反射杯和透鏡的最佳設(shè)計(jì)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(gè)新水平。</p><p>　　Norlux系列

134、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0.375mm×25.4mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時(shí)作為熱沉。管芯的鍵合引線通過(guò)底座上制作的兩個(gè)接觸點(diǎn)與正、負(fù)極連接，根據(jù)所需輸出光功率的大小來(lái)確定底座上排列管芯的數(shù)目，可組合封裝的超高亮度的A1GaInN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(jì)形狀進(jìn)

135、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(hù)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(gè)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(lái)，構(gòu)成模塊型、導(dǎo)光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照

136、明光源[9]。</p><p>　　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(zhǎng)、使用壽命等，因此，對(duì)功率型LED芯片的封裝設(shè)計(jì)、制造技術(shù)更顯得尤為重要。</p><p>　　2.3.4 食人魚LED的封裝</p><p>　　食人魚LED產(chǎn)品有很多優(yōu)點(diǎn)，由于食人魚LED所用的支架是銅制的，面積較大，因此傳熱和散熱快。LED點(diǎn)亮后，p-n結(jié)產(chǎn)生

137、的熱量很快就可以由支架的四個(gè)支腳導(dǎo)出到PCB的銅帶上。這種LED食人魚管子比Φ3mm、Φ5mm引腳式的管子傳熱快，從而可以延長(zhǎng)器件的使用壽命。一般情況下，食人魚LED的熱阻會(huì)比Φ3mm、Φ5mm管子的熱阻小一半，所以很受用戶的歡迎。</p><p>　　食人魚LED的封裝工藝</p><p>　　食人魚LED的封裝有其特殊性，首先要選定食人魚LED的支架（如圖2.2所示）。根據(jù)每一個(gè)食人魚

138、管子要放幾個(gè)LED芯片，需要確定食人魚支架中沖凹下去的碗的形狀大小及深淺。在使用支架時(shí)要把它清洗干凈，并將LED芯片固定在支架碗中。經(jīng)過(guò)烘干后把LED芯片兩極焊好，然后根據(jù)芯片的多少和出光角度的大小，選用相應(yīng)的模粒[11]。在模粒中灌滿膠，把焊好LED芯片的食人魚支架對(duì)準(zhǔn)模粒倒插在模粒中，待膠干（用烘箱烘干）后，脫模即可。然后放到切筋模上把它切下來(lái)，接著進(jìn)行測(cè)試和分選[12]。食人魚LED的技術(shù)指標(biāo)與其他方式封裝的LED的技術(shù)指標(biāo)是一樣

139、的，對(duì)于多個(gè)芯片封裝在一個(gè)食人魚支架上時(shí) 應(yīng)考慮有關(guān)的熱阻，應(yīng)盡量減小熱阻，以延長(zhǎng)使用壽命。</p><p>　　圖2 .5 食人魚的支架</p><p>　　由于食人魚LED有四個(gè)支腳，因此為了把食人魚LED安裝在印制電路板上，應(yīng)在其上留有四個(gè)洞。因?yàn)長(zhǎng)ED的兩個(gè)電極連在四個(gè)支腳上，所以兩個(gè)支腳連通一個(gè)電極，在安裝時(shí)要確認(rèn)哪兩個(gè)支腳是正極，哪兩個(gè)支腳是負(fù)極，然后進(jìn)行P

140、CB的設(shè)計(jì)。</p><p>　　食人魚封裝模粒的形狀也是多種多樣的，有Φ3mm圓頭和Φ5mm圓頭，也有凹型形狀的平頭形狀。根據(jù)出光角度的要求[11]，可選擇各種封裝模粒。</p><p><b>　　食人魚LED的應(yīng)用</b></p><p>　　食人魚LED越來(lái)越受到人們重視，因?yàn)樗圈?mm的LED要散熱好、視角大、光衰小、壽命長(zhǎng)。食人魚

141、LED非常適合制成線條燈、背光源的燈箱和大字體槽中的光源。</p><p>　　因?yàn)榫€條燈一般用來(lái)作為城市高層建筑物的輪廓燈，并且背光源的燈箱廣告屏和大字體的亮燈都是放置高處，如果LED燈不亮或變暗，其維修十分困難。由于食人魚LED的散熱好，相對(duì)Φ5mm的普通LED，其光衰小、壽命長(zhǎng)，因此使用的時(shí)間也會(huì)長(zhǎng)，這樣可以節(jié)省可觀的維修費(fèi)用。</p><p>　　食人魚LED也可用做汽車的剎車燈、

142、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈。因?yàn)槭橙唆~LED的散熱方面有優(yōu)勢(shì)，所以可承受70~80mA的電流。在行使的汽車上，往往蓄電瓶的電壓高低波動(dòng)[13]較大，特別是使用剎車燈的時(shí)候，電流會(huì)突然增大，但是這種情況對(duì)食人魚LED沒(méi)有太大的影響，因此其廣泛用于汽車照明中。</p><p>　　2.4 LED封裝結(jié)構(gòu)的光學(xué)模擬與設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 雷曼某大功率LED 的模擬</p>&l

143、t;p>　　雷曼某款大功率LED 結(jié)構(gòu)如圖2.3 所示，其藍(lán)光燈仔的發(fā)光角度為120°。</p><p>　　根據(jù)其尺寸、結(jié)構(gòu)，分別繪制晶片、支架碗杯、膠體(填充碗杯，一般情況下為平杯)，并設(shè)定了0.02mm 的底膠高度(即長(zhǎng)方體底面與支架碗杯底的距離) ，如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.3 雷曼大功率LED結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2

144、.4 雷曼大功率LED的3D結(jié)構(gòu)</p><p>　　(2) 設(shè)定屬性： 碗杯表面均設(shè)定為70% 吸收的Table 類型表面屬性，膠體部分折射率1.54、透光率95%，晶片發(fā)光表面為Flux(Absorptance) 及140°的發(fā)光角度。</p><p>　　(3) 發(fā)光角度模擬結(jié)果：在距離燈仔正面300mm遠(yuǎn)處設(shè)一測(cè)試面，觀察Candela分布圖，見(jiàn)圖2.5，可以測(cè)算得到其2

145、θ1/2 發(fā)光角度約為120°，與雷曼實(shí)測(cè)的發(fā)光角度是比較一致的。</p><p>　　(4) 探討：若對(duì)材料的性質(zhì)不了解， 改變諸如碗杯的表面屬性、填充膠的折射率、晶片的發(fā)光面屬性都會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。見(jiàn)圖2.6，這是改變晶片表面發(fā)光屬性[14](發(fā)光角度變?yōu)?20°) 后所得到的矩形Candela 圖，模擬出來(lái)的發(fā)光角度約110°，已有較大的失真。</p><

146、;p>　　圖2.5 測(cè)試面的矩形Candela圖</p><p>　　圖2.6 晶片發(fā)光面改變后的測(cè)試面矩形Candela圖</p><p>　　2.4.2 LED的光學(xué)設(shè)計(jì)</p><p>　　LED 封裝的光學(xué)模擬中，晶片、支架碗杯、透鏡(或填充膠體)為三大要素。就封裝設(shè)計(jì)而言，晶片特性宜保持不變，改變碗杯結(jié)構(gòu)、透鏡結(jié)構(gòu)及屬性，通過(guò)模擬可以尋得所需的設(shè)計(jì)

147、結(jié)果。以下取雷曼大功率LED為樣本，通過(guò)改變碗杯結(jié)構(gòu)[15]、透鏡形狀來(lái)模擬尋求最佳的出光效率，并設(shè)計(jì)發(fā)光角度為60°的封裝產(chǎn)品。</p><p><b>　　(1) 出光效率</b></p><p>　　改變支架碗杯內(nèi)壁(反射錐母線)的形狀</p><p>　　a. 直線(即碗杯為圓錐臺(tái)模子的形狀)</p><p