LED常见分类--几种前沿领域的LED封装形式

1、第第4章章 LED的封装形式的封装形式 12021-12-19第第4章章 LED的封装形式的封装形式 22021-12-194.1 LED常见常见分类分类 LED应用日渐普及的应用日渐普及的LED产品分类众多产品分类众多, 根据根据LED发光颜色发光颜色、发光管出光面特征、发光管结构、发光强度和工作电流、芯片、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。材料、功能等标准有不同的分类方法。第第1章中简单介绍了章中简单介绍了LED的的封装分类，在此再封装分类，在此再介绍介绍上述六种分类方法的上述六种分类方法的前四种分类。前四种分类。一、根据发光管发光颜色

2、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、绿光根据发光管发光颜色不同，可分成红光、橙光、绿光(又细分又细分黄绿、标准绿和纯绿黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。、蓝光等。 另外另外，有的发光二极管中包含有的发光二极管中包含2种或种或3种颜色的芯片。根据发种颜色的芯片。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。射四种类型。 第第4章章 LED的封装形式的封装形式 32021

3、-12-19二、根据发光管出光面特征分类二、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根据发光管出光面特征的不同, 可分为圆灯、方灯、矩形、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。圆形灯按直径分为面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及及20mm等。等。国外国外分类标识：分类标识： 3mm的发光二极管记作的发光二极管记作T-1； 5mm的记作的记作T-1(3/4)； 4.4mm的记作的记作T-1(1/4)。第第4章章 LED的封装形式的封装形式 42021-12-19 一般为尖头环氧封装，或是带金属反射

4、腔封装，且不加散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。半值角为射剂。半值角为5 20 或更小，具有很高的指向性，可作局或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检部照明光源用，或与光检测测器联用以组成自动检测系统。器联用以组成自动检测系统。2. 标准型标准型 通常作指示灯用，其半值角为通常作指示灯用，其半值角为20 45 。3. 散射型散射型 这是视角较大的指示灯，半值角为这是视角较大的指示灯，半值角为45 90 或更大，散射或更大，散射剂的量较大。剂的量较大。1. 高指向性高指向性从发光强度角从发光强度角(半值角半值角)分布图来分有三类：分布图来分有三类：第第4章

5、章 LED的封装形式的封装形式 52021-12-19三、根据发光二极管的结构分类三、根据发光二极管的结构分类 根据发光二极管的结构根据发光二极管的结构，可分为全环氧包封、金属底座环可分为全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等。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，可分为普通亮度根据发光强度和工作电流，可分为普通亮度LED(发光强度发光强度100mcd)。 一般一般LED的工作电流在十几的工作电流在十几mA至几十至几十mA, 而低电而低电流流LED的工作电流在的工作电流在2mA以下以下(亮

6、度与普通发光管相同亮度与普通发光管相同)。 上面对上面对LED分类中与分类中与LED封装形式有关的属于二、三分类封装形式有关的属于二、三分类,下面我们对下面我们对LED的封装形式进行简单分类。的封装形式进行简单分类。第第4章章 LED的封装形式的封装形式 62021-12-194.3 几种常用几种常用LED的典型封装形式的典型封装形式 4.3.1 引脚式引脚式LED（lamp-LED）封装）封装一、引脚封装形式概述一、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。繁多，技术

7、成熟度较高，封装内结构与反射层仍在不断改进。 典型的传统典型的传统LED安置在能承受安置在能承受0.1W输入功率的包封内，其输入功率的包封内，其90的热量是由负极的引脚架散发至的热量是由负极的引脚架散发至PCB板，再散发到空气中板，再散发到空气中，如何降低工作时，如何降低工作时pn结的温升是封装与应用必须考虑的。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，产品可环氧树脂包封，其光性能优良，工艺适应性好，产品可靠靠性高，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镜封

8、装，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸。第第4章章 LED的封装形式的封装形式 72021-12-19例如例如: 圆形按直径分为圆形按直径分为2mm、3mm、4.4mm、5mm、7mm等数种，环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果等数种，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弯曲成所需形状作电源指作电源指灯灯示用示用 产生较强视觉冲击的闪烁光产生较强视觉冲击的闪烁光 封装成双色封装成双色和三色和三色显示器件显示器件 特点：特点：第第4章章 LED的封装形式的封装形式 82021-12-19二、引脚式封装结构二、引脚式封装结构 支架和芯片在前边我们一介绍过，在

9、此不再重复，引脚式支支架和芯片在前边我们一介绍过，在此不再重复，引脚式支架一般是架一般是20只一排，上下均有连接筋。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1.1.支架支架第第4章章 LED的封装形式的封装形式 92021-12-19在此给出常用晶片列表：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

10、/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4.2 LED晶片特性表2. 晶片晶片第第4章章 LED的封装形式的封装形式 102021-12-19940GaAs红外线IR5

11、95AlGaInP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. 金线和铝线金线和铝线 （略）（略）4. 反光杯反光杯 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），

12、如下图示。状），如下图示。 第第4章章 LED的封装形式的封装形式 112021-12-19(a) 圆锥反光杯 (b) 球面反光杯 (c) 抛物面反光杯 反光杯结构 5.5.环氧树脂或硅胶透镜环氧树脂或硅胶透镜圆顶形透镜nnsos(a) 单球面透镜rr(b) 非球面透镜第第4章章 LED的封装形式的封装形式 122021-12-19设环氧树脂的折射率为设环氧树脂的折射率为n（n=1.52左右），空气的折射率为左右），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，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

13、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：成像的位置满足物象关系式： nnnnssr（3.1）式中，式中，r为环氧树脂球面的曲率半径。为环氧树脂球面的曲率半径。 n =1.0时时, 物方焦距和物方焦距和像方焦距分别是：像方焦距分别是： （3.2）1nrfsn 1rfsn（3.3）第第4章章 LED的封装形式的封装形式 132021-12-19()srssn rs 由（由（3.1）式可求得芯片的像距）式可求得芯片的像距s 为（3.4）sr 因为因为 ，所以对于发光器件，所以对于发光器件LEDLED芯片的像距为负值，即芯片的像距为负值，即芯片成虚像。虚像像距的

14、大小就决定了光束发散角的大小。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 平面封装平面封装一、平面封装概述一、平面封装概述下页图是平面封装的各种类型下页图是平面封装的各种类型: : 第第4章章 LED的封装形式的封装形式 142021-12-19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第第4章章 LED的封装形式的封装形式 152021-12-19 LED发光显示器可由数码管或米字管、符号管、发光显示器可由数码管或米字管、符

15、号管、矩阵矩阵管组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。管，两位以上的一般称作显示器。 数码管矩阵管和米字管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 第第4章章 LED的封装形式的封装形式 162021-12-19二、典型平面封装器件结构原

16、理二、典型平面封装器件结构原理 R5011和和LG5011七段数码管的封装结构和共阴共阳内部连七段数码管的封装结构和共阴共阳内部连线图。线图。5011A为共阴数码管内部连线，为共阴数码管内部连线，5011B为共阳数码管内部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。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数码管封装结构图第第4章章 LED的封装形式的封装形式 172021-12-19下图（下图（a）给出的是）给出的是LDM-8188双色点阵管封装结构，双色点阵管封装结构，(b)给出了给出了LDM-8188AHK和和LDM-8188BHK内部连线图，内

17、部连线图，LDM-8188AHK属于行共阴、列共阳内部连接属于行共阴、列共阳内部连接, 而而LDM-8188BHK则属于行共阳、则属于行共阳、列共阴内部连接。列共阴内部连接。a( )b( )其他点其他点阵管内阵管内部结构部结构也都大也都大同小异同小异第第4章章 LED的封装形式的封装形式 182021-12-19光柱显示器的基本结构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第第4章章 LED的封装形式的封装形式 192021-12-194.3.3 SMD(贴片式贴片式)封装封装 在在2002年，年，

18、贴片式贴片式封装的封装的LED(SMD LED)逐渐被市场所接逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向受，并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向SMD符合整个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。电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。 一、一、SMD封装的工艺封装的工艺SMD的封装流程第第4章章 LED的封装形式的封装形式 202021-12-19下图是几款顶端发光的下图是几款顶端发光的SMD发光二极管。发光二极管。顶端发光的SMD发光二极管第第4章章 LED的封装形式的封装形式 212021-12-194.3.4 食人鱼封装食人鱼封装 食人鱼食人鱼LE

19、D很受用户的欢迎。它的形状很像亚马孙河中很受用户的欢迎。它的形状很像亚马孙河中的食人鱼的食人鱼。 食人鱼食人鱼LED产品有很多优点，由于食人鱼产品有很多优点，由于食人鱼LED所用的支所用的支架是铜制的，面积较大，因此传热和散热快。架是铜制的，面积较大，因此传热和散热快。 一般情况下，食人鱼一般情况下，食人鱼LED的热阻会比的热阻会比3mm、5mm管子管子的热阻小一半，所以很受用户的欢迎。的热阻小一半，所以很受用户的欢迎。 食人鱼食人鱼LED的封装有其特殊性，首先要选定食人鱼的封装有其特殊性，首先要选定食人鱼LED的支架的支架，如如下页下页图示。根据每一个食人鱼管子要放几个图示。根据每一个食人鱼

20、管子要放几个LED芯片，需要确定食人鱼支架中冲凹下去的芯片，需要确定食人鱼支架中冲凹下去的杯杯形形、大小及深浅大小及深浅.第第4章章 LED的封装形式的封装形式 222021-12-19食人鱼LED的封装结构(a)(b)(c)(d)第第4章章 LED的封装形式的封装形式 232021-12-19 食人鱼食人鱼LED的封装有其特殊性，首先要选定食人鱼的封装有其特殊性，首先要选定食人鱼LED的的支架支架，如如下下图示。根据每一个食人鱼管子要放几个图示。根据每一个食人鱼管子要放几个LED芯片，芯片，需要确定食人鱼支架中冲凹下去的需要确定食人鱼支架中冲凹下去的杯杯形形、大小及深浅。大小及深浅。 食人鱼

21、封装支架二、二、食人鱼食人鱼LED的应用的应用 城市高层建筑物的轮廓灯城市高层建筑物的轮廓灯， 汽车的刹车灯、转向灯、倒车灯汽车的刹车灯、转向灯、倒车灯。 第第4章章 LED的封装形式的封装形式 242021-12-194.3.5 功率型封装功率型封装 进入进入21世纪后，世纪后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不断的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红光、橙光发展创新，红光、橙光LED的光效已达到的光效已达到100lm/W，绿光，绿光LED为为50lm/W，单只，单只LED的光通量也达到数十流明。的光通量也达到数十流明。目前实验室水目前实验室水平平208lm/W。实用化的也达到了。实

22、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。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，增强及封装内部结构，增强LED内部产生光子出射的几率，提高光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，加速贴片式贴片式装化进程，更是装

23、化进程，更是LED研发的主流方向。研发的主流方向。大功率大功率LED到底到底5章详述。章详述。第第4章章 LED的封装形式的封装形式 252021-12-194.4 几种前沿领域的几种前沿领域的LED封装封装形式形式 LED器件的封装已经有器件的封装已经有40年的历史，近几年，随着年的历史，近几年，随着LED产产业的迅速发展，业的迅速发展，LED的应用领域不断扩大，对的应用领域不断扩大，对LED器件的封装器件的封装形式及性能提出了更高、更特别的要求。为适应各种形式及性能提出了更高、更特别的要求。为适应各种LED应用应用领域的不同要求，各领域的不同要求，各LED封装企业推出了各种性能先进可靠的封

24、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，同时也推动了器件，满足了应用端的要求，同时也推动了LED封装技术封装技术的进步。的进步。4.4.1 高亮度高亮度 低衰减低衰减 完美配光的红绿蓝直插式椭圆完美配光的红绿蓝直插式椭圆封装封装 户外大型彩色户外大型彩色LED显示屏显示屏度部分属于度部分属于直插式椭圆形直插式椭圆形LED。每块上百平米的彩色显示屏包含有上百万只每块上百平米的彩色显示屏包含有上百万只LED，椭圆形，椭圆形LED属于高端属于高端LED领域领域，需具备如下主要优异特性：需具备如下主要优异特性：第第4章章 LED的封装形式的封装形式 262021-12-19红绿蓝

25、配光一致性红绿蓝配光一致性高亮度高亮度高抗静电高抗静电一致性（波长、高亮、角度一致性（波长、高亮、角度）低衰减低衰减低失效率低失效率具具备备的的主主要要优优异异特特性性 椭圆形椭圆形LED器件在一段时间内被国外品牌所垄断。可喜的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。已有赶超的可能。 第第4章章 LED的封装形式的封装形式 272021-12-19 （1）高亮度方面高亮度方面 随着芯片制造工艺的进步，目前国产最高亮度的芯片已能随着芯片制造工艺的进步，目前国产最高亮度的芯片

26、已能接近或达到国外水平，从而达到高效节能的目的。接近或达到国外水平，从而达到高效节能的目的。 （2）高抗静电方面高抗静电方面 目前的椭圆形目前的椭圆形LED抗静电能力已达抗静电能力已达4000V（人体模式），能（人体模式），能满足应用端苛刻的生产和应用环境。满足应用端苛刻的生产和应用环境。 （3）高一致性方面高一致性方面 波长、亮度通过分光分色机能有效筛分。角度的一致性方波长、亮度通过分光分色机能有效筛分。角度的一致性方面通过精密的固晶、封胶设备和良好的工艺管控，再加上优异面通过精密的固晶、封胶设备和良好的工艺管控，再加上优异的椭圆透镜设计，能够很好的达到同一机种不同批次角度的一的椭圆透镜设计

27、，能够很好的达到同一机种不同批次角度的一致性，角度的离散性能控制在有效规格范围之内。致性，角度的离散性能控制在有效规格范围之内。第第4章章 LED的封装形式的封装形式 282021-12-19 （4）低衰减方面低衰减方面 通过选用高抗通过选用高抗UV性能的外封胶水、性能优异的固晶低胶及性能的外封胶水、性能优异的固晶低胶及低热阻的散热结构设计，现已能有效控制低热阻的散热结构设计，现已能有效控制LED的衰减的衰减，使红、使红、绿、蓝的衰减保持一致绿、蓝的衰减保持一致或相差很小或相差很小，使彩色，使彩色LED显示屏长时间显示屏长时间使用不至于出现亮度下降、色彩失真的现象。使用不至于出现亮度下降、色彩

28、失真的现象。 （5）低失效率方面低失效率方面 通过选用高匹配性的封装物料、先进的封装工艺和严格的通过选用高匹配性的封装物料、先进的封装工艺和严格的品质管控，使得品质管控，使得LED器件的失效率在正常工作器件的失效率在正常工作3000h内小于内小于30 ppm，达到国际同类水平。，达到国际同类水平。第第4章章 LED的封装形式的封装形式 292021-12-19 （6）红绿蓝配光一致性方面红绿蓝配光一致性方面 通过优异的电脑光学设计软件及对封装特性的透彻了解，通过优异的电脑光学设计软件及对封装特性的透彻了解，设计出高度配光一致性的红绿蓝椭圆透镜模具，使得设计出高度配光一致性的红绿蓝椭圆透镜模具，

29、使得LED全彩全彩显示屏在任意角度的白平衡具有相对一致性，从而保证显示屏在任意角度的白平衡具有相对一致性，从而保证LED彩彩色显示屏的色彩还原性和逼真性。色显示屏的色彩还原性和逼真性。 以上以上六六项性能的完美结合，才能符合高端全彩项性能的完美结合，才能符合高端全彩LED显示屏的显示屏的需求。需求。国产国产LED已占居半壁江山，其中的高端产品已能与国外已占居半壁江山，其中的高端产品已能与国外产品抗衡。产品抗衡。 第第4章章 LED的封装形式的封装形式 302021-12-194.4.2 高防护等级的户外型高防护等级的户外型SMD 户外高防护等级户外高防护等级SMD足耐高温、耐高湿、耐紫外线的苛刻足耐高温、耐高湿、耐紫外线的苛刻条件，故在金属支架与条件，故在金属支架与PPA材料的粘合性能、外封胶水的抗材料的粘合性能、外封胶水的抗UV性能、性能、PPA材料抗材料抗UV性能、外封胶水与性能、外封胶水与PPA的粘合性能、外封的粘合性