LED常见分类--几种前沿领域的LED封装形式

济南大学理学院第4章LED的封装形式12020/6/24济南大学理学院第4章LED的封装形式22020/6/24§4.1LED常见分类LED应用日渐普及的LED产品分类众多,根据LED发光颜色、发光管出光面特征、发光管结构、发光强度和工作电流、芯片材料、功能等标准有不同的分类方法。第1章中简单介绍了LED的封装分类，在此再介绍上述六种分类方法的前四种分类。一、根据发光管发光颜色分类根据发光管发光颜色不同，可分成红光、橙光、绿光(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含2种或3种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极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。济南大学理学院第4章LED的封装形式32020/6/24二、根据发光管出光面特征分类根据发光管出光面特征的不同,可分为圆灯、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。国外分类标识：φ3mm的发光二极管记作T-1；φ5mm的记作T-1(3/4)；φ4.4mm的记作T-1(1/4)。济南大学理学院第4章LED的封装形式42020/6/24一般为尖头环氧封装，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，或与光检测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。1.高指向性从发光强度角(半值角)分布图来分有三类：济南大学理学院第4章LED的封装形式52020/6/24三、根据发光二极管的结构分类根据发光二极管的结构，可分为全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等。四、根据发光强度和工作电流分类根据发光强度和工作电流，可分为普通亮度LED(发光强度10mcd)、高亮度LED(10～100mcd)和超高亮度LED(发光强度100mcd)。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)。上面对LED分类中与LED封装形式有关的属于二、三分类,下面我们对LED的封装形式进行简单分类。济南大学理学院第4章LED的封装形式62020/6/24§4.3几种常用LED的典型封装形式§4.3.1引脚式LED（lamp-LED）封装一、引脚封装形式概述lamp-LED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。典型的传统LED安置在能承受0.1W输入功率的包封内，其90％的热量是由负极的引脚架散发至PCB板，再散发到空气中，如何降低工作时pn结的温升是封装与应用必须考虑的。环氧树脂包封，其光性能优良，工艺适应性好，产品可靠性高，可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透镜封装，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸。济南大学理学院第4章LED的封装形式72020/6/24例如:圆形按直径分为φ2mm、φ3mm、φ4.4mm、φ5mm、φ7mm等数种，环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果。引脚封装的几种封装样品弯曲成所需形状作电源指灯示用产生较强视觉冲击的闪烁光封装成双色和三色显示器件特点：济南大学理学院第4章LED的封装形式82020/6/24二、引脚式封装结构支架和芯片在前边我们一介绍过，在此不再重复，引脚式支架一般是20只一排，上下均有连接筋。金线环氧树脂透镜芯片支架负极支架正极反光杯引脚式封装结构图引脚式封装支架1.支架济南大学理学院第4章LED的封装形式92020/6/24在此给出常用晶片列表：697GaP高红H574AIGaInP最亮绿色UG660GaAlAs最亮红色UR565GaP较亮绿色VG660GaAlAs超亮红色HR565GaP绿色G660GaAlAs较亮红色SR560GaP标准绿SG655GaAsP红色R555GaP纯绿PG635GaAsP/GaP桔红E523lnGaN较亮青绿色DGM630AlGaInP最亮桔色UEF505LnGaN/GaN较亮青绿色DGL620AlGaInP最亮桔色UE502lnGaN/SiC青绿色SGL620AlGaInP超亮桔色HE470InGaN/GaN较亮蓝色DBK610GaAsP/GaP高亮桔色SE468lnGaN/SiC较亮蓝色SBK595AlGaInP超亮黄色HY430lnGaN/SiC蓝色SBI波长/nm组成元素发光颜色晶片型号波长/nm组成元素发光颜色晶片型号表4.2LED晶片特性表2.晶片济南大学理学院第4章LED的封装形式102020/6/24940GaAs红外线IR595AlGaInP最亮黄色UY940GaAlAs红外线VIR587AlGaInP最亮黄色UYS880GaAlAs红外线SIR585GaAsP/GaP较亮黄色VY850GaAlAs红外线HIR585GaAsP/GaP黄色Y3.金线和铝线（略）4.反光杯制作反光杯时，都是制作在支架的大头端，它的作用就是把芯片发出的光能通过反光杯的反射最大限度地提高LED的出光率。反光杯的形状有圆锥状、球面状和非球面状（如抛物面状），如下图示。济南大学理学院第4章LED的封装形式112020/6/24(a)圆锥反光杯(b)球面反光杯(c)抛物面反光杯反光杯结构5.环氧树脂或硅胶透镜圆顶形透镜nnsos(a)单球面透镜rr(b)非球面透镜济南大学理学院第4章LED的封装形式122020/6/24设环氧树脂的折射率为n（n=1.52左右），空气的折射率为n’(n’=1.0)，单球面光学折射系统的焦距为像方焦距为，芯片发光面距球面定点的距离为（根据笛卡尔符号法则），则芯片所成像的位置满足物象关系式：nnnnssr（3.1）式中，r为环氧树脂球面的曲率半径。n’=1.0时,物方焦距和像方焦距分别是：（3.2）1nrfsn1rfsn（3.3）济南大学理学院第4章LED的封装形式132020/6/24()srssnrs由（3.1）式可求得芯片的像距s’为（3.4）sr因为，所以对于发光器件LED芯片的像距为负值，即芯片成虚像。虚像像距的大小就决定了光束发散角的大小。§4.3.2平面封装一、平面封装概述下页图是平面封装的各种类型:济南大学理学院第4章LED的封装形式142020/6/24平面器件封装光柱点阵数码管面光源SMD贴装单位数码管多位数码管双色数码管单色点阵双色点阵各种字符字体单色光柱多色光柱环形光柱多芯片集成白光大功率芯片组合食人鱼封装硬片软片光带平面封装的各种类型济南大学理学院第4章LED的封装形式152020/6/24LED发光显示器可由数码管或米字管、符号管、矩阵管组成各种多位产品，由实际需求设计成各种形状与结构。以数码管为例，有反射罩式、单片集成式、单条七段式等三种封装结构，连接方式有共阳极和共阴极两种，一位就是通常说的数码管，两位以上的一般称作显示器。数码管矩阵管和米字管(a)七段数码管(b)数码管和矩阵管(c)米字管济南大学理学院第4章LED的封装形式162020/6/24二、典型平面封装器件结构原理R5011和LG5011七段数码管的封装结构和共阴共阳内部连线图。5011A为共阴数码管内部连线，5011B为共阳数码管内部连线。其他型号的数码管封装结构和内部连线都大同小异。LED数码管封装结构图济南大学理学院第4章LED的封装形式172020/6/24下图（a）给出的是LDM-8188双色点阵管封装结构，(b)给出了LDM-8188AHK和LDM-8188BHK内部连线图，LDM-8188AHK属于行共阴、列共阳内部连接,而LDM-8188BHK则属于行共阳、列共阴内部连接。a()b()其他点阵管内部结构也都大同小异济南大学理学院第4章LED的封装形式182020/6/24光柱显示器的基本结构:阴极干道1X2XRX1Y3Y5Y7Y9Y2Y4Y6Y8Y10YLED芯片(a)(b)LED光柱显示器的基本结构济南大学理学院第4章LED的封装形式192020/6/24§4.3.3SMD(贴片式)封装在2002年，贴片式封装的LED(SMDLED)逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向SMD符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。一、SMD封装的工艺SMD的封装流程芯片安放银浆固化金丝键合封装划片测试分选编带出货检查烘干固化济南大学理学院第4章LED的封装形式202020/6/24下图是几款顶端发光的SMD发光二极管。顶端发光的SMD发光二极管济南大学理学院第4章LED的封装形式212020/6/24§4.3.4食人鱼封装食人鱼LED很受用户的欢迎。它的形状很像亚马孙河中的食人鱼。食人鱼LED产品有很多优点，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。一般情况下，食人鱼LED的热阻会比φ3mm、φ5mm管子的热阻小一半，所以很受用户的欢迎。一、食人鱼LED的封装工艺食人鱼LED的封装有其特殊性，首先要选定食人鱼LED的支架，如下页图示。根据每一个食人鱼管子要放几个LED芯片，需要确定食人鱼支架中冲凹下去的杯形、大小及深浅.济南大学理学院第4章LED的封装形式222020/6/24食人鱼LED的封装结构(a)(b)(c)(d)济南大学理学院第4章LED的封装形式232020/6/24食人鱼LED的封装有其特殊性，首先要选定食人鱼LED的支架，如下图示。根据每一个食人鱼管子要放几个LED芯片，需要确定食人鱼支架中冲凹下去的杯形、大小及深浅。食人鱼封装支架二、食人鱼LED的应用城市高层建筑物的轮廓灯，汽车的刹车灯、转向灯、倒车灯。济南大学理学院第4章LED的封装形式242020/6/24§4.3.5功率型封装进入21世纪后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红光、橙光LED的光效已达到100lm/W，绿光LED为50lm/W，单只LED的光通量也达到数十流明。目前实验室水平208lm/W。实用化的也达到了130lm/W。LED芯片和封装不再沿袭传统的设计理念与制造生产模式。在增加芯片的光输出方面，不仅限于通过改变材料内的杂质数量、晶格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，增强LED内部产生光子出射的几率，提高光效，解决散热问题，进行取光和热衬优化设计，改进光学性能，加速贴片式装化进程，更是LED研发的主流方向。大功率LED到底5章详述。济南大学理学院第4章LED的封装形式252020/6/24§4.4几种前沿领域的LED封装形式LED器件的封装已经有40年的历史，近几年，随着LED产业的迅速发展，LED的应用领域不断扩大，对LED器件的封装形式及性能提出了更高、更特别的要求。为适应各种LED应用领域的不同要求，各LED封装企业推出了各种性能先进可靠的LED器件，满足了应用端的要求，同时也推动了LED封装技术的进步。§4.4.1高亮度低衰减完美配光的红绿蓝直插式椭圆封装户外大型彩色LED显示屏度部分属于直插式椭圆形LED。每块上百平米的彩色显示屏包含有上百万只LED，椭圆形LED属于高端LED领域，需具备如下主要优异特性：济南大学理学院第4章LED的封装形式262020/6/24⑥红绿蓝配光一致性①高亮度②高抗静电③一致性（波长、高亮、角度）④低衰减⑤低失效率具备的主要优异特性椭圆形LED器件在一段时间内被国外品牌所垄断。可喜的是，这两年，国内封装技术已有很大的进步，在上述六个方面已有赶超的可能。济南大学理学院第4章LED的封装形式272020/6/24（1）高亮度方面随着芯片制造工艺的进步，目前国产最高亮度的芯片已能接近或达到国外水平，从而达到高效节能的目的。（2）高抗静电方面目前的椭圆形LED抗静电能力已达4000V（人体模式），能满足应用端苛刻的生产和应用环境。（3）高一致性方面波