§41LED常见分类--§44几种前沿领域的LED封装形式.ppt

1、1,2020/8/12,苏永道 教授,济南大学 理学院,2,2020/8/12,4.1 LED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

2、散射和无色散射四种类型。,3,2020/8/12,二、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2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。 国外分类标识： 3mm的发光二极管记作T-1； 5mm的记作T-1(3/4)； 4.4mm的记作T-1(1/4)。,4,2020/8/12,一般为尖头环氧封装，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

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：,5,2020/8/12,三、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。,6,202

4、0/8/12,4.3 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。,7,2020/8/12,例如: 圆形按直径分为2m

5、m、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。,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：,8,2020/8/12,二、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。,1.支架,9,2020/8/12,在此给出常用晶片列表：,2. 晶片,10,2020/8/12,3. 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

6、（如抛物面状），如下图示。,11,2020/8/12,5.环氧树脂或硅胶透镜,12,2020/8/12,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：,（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）,（3.3）,13,2020/8/12,由（3.1）式可求得芯片的像距s 为,（3.4）,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

7、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:,14,2020/8/12,15,2020/8/12,LED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。,16,2020/8/12,二、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

8、同小异。,17,2020/8/12,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。,其他点阵管内部结构也都大同小异,18,2020/8/12,光柱显示器的基本结构:,19,2020/8/12,4.3.3 SMD(贴片式)封装,在2002年，贴片式封装的LED(SMD LED)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,

9、20,2020/8/12,下图是几款顶端发光的SMD发光二极管。,21,2020/8/12,4.3.4 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3mm、5mm管子的热阻小一半，所以很受用户的欢迎。,、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.,22,2020/8/12,23,2020/8/12,

10、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。,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。,24,2020/8/12,4.3.5 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

11、，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。,25,2020/8/12,4.4 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

12、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：,26,2020/8/12,红绿蓝配光一致性,高亮度,高抗静电,一致性（波长、高亮、角度）,低衰减,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。,27,2020/8/12,（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

13、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致性，角度的离散性能控制在有效规格范围之内。,28,2020/8/12,（4）低衰减方面 通过选用高抗UV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LED的衰减，使红、绿、蓝的衰减保持一致或相差很小，使彩色LED显示屏长时间使用不至于出现亮

14、度下降、色彩失真的现象。 （5）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品质管控，使得LED器件的失效率在正常工作3000h内小于30 ppm，达到国际同类水平。,29,2020/8/12,（6）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，设计出高度配光一致性的红绿蓝椭圆透镜模具，使得LED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LED彩色显示屏的色彩还原性和逼真性。 以上六项性能的完美结合，才能符合高端全彩LED显示屏的需求。国产LED已占居半壁江山，其中的高端产品已能与国外产品抗衡。,30,2020/8/12,4.4.2 高防

15、护等级的户外型SMD,户外高防护等级SMD足耐高温、耐高湿、耐紫外线的苛刻条件，故在金属支架与PPA材料的粘合性能、外封胶水的抗UV性能、PPA材料抗UV性能、外封胶水与PPA的粘合性能、外封胶水的渗透性能等关键要素上需全面通过选材、试验工艺和管控来解决。,目前具备高防护等级户外型SMD的公司不多。预计此种类型SMD出将极大地推动SMD外显示照明的应用，减少以前因加装防水设计而额外支出的成本，并能简化设计。,31,2020/8/12,4.4.3 广色域 低衰减 高色温稳定性白色SMD,LED器件的一个重要应用领域将是大尺寸液晶显示屏背光源，尤其是大尺寸液晶电视。 目前手机液晶显示屏背光源，计算机液晶显示器背光源、大屏幕液晶电视背光源占LED总应用的51%。白色SMD是目前液晶LED背光的主流方案。,广色域白色SMD减水平是一项重要指标，除与常规白色SMD减因素相关外，还主要与广色域荧光粉的