LED是發(fā)光二極體( Light Emitting Diode, LED)的簡稱,也被稱作發(fā)光二極體,這種半導體元件一般是作為指示燈、顯示板,它不但能夠高效率地直接將電能轉(zhuǎn)化為光能,而且擁有最長達數(shù)萬小時~10 萬小時的使用壽命,同時具備不若傳統(tǒng)燈泡易碎,并能省電等優(yōu)點。
但是,無論何種LED都需要針對不同類型設計合理的封裝形式,因為只有封裝好的才能成為終端產(chǎn)品,才能投入實際應用。
1.為什麼要對LED進行封裝?
LED封裝的作用是將外引線連接到LED芯片的電極上,不但可以保護LED芯片,而且起到提高發(fā)光效率的作用。所以LED封裝不僅僅只是完成輸出電信號,更重要的是保護管芯正常工作,輸出可見光的功能。可見LED封裝既有電參數(shù),又有光參數(shù)的設計及技術要求,并不是一項簡單的工作。
2.LED封裝設備
由于LED封裝要求較高,因此,無論是直插LED或貼片LED,都必須使用具有高精度的固晶機,因為LED芯片放入封裝的位置是否精確,將直接影響整件封裝器件發(fā)光效率。如果芯片在反射杯內(nèi)的位置有所偏差,光線不能被完全反射出來,直接影響LED的光亮度。但是,用一部具有先進的PR System(預先圖像辨識系統(tǒng))固晶機,不論引線框架的品質(zhì)差別,仍然可以將LED芯片精確地焊接于預定位置上。
3.LED封裝形式
根據(jù)不同的應用場合、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
Lamp-LED(垂直LED)
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。由于制造工藝相對簡單、成本低,有著較高的市場佔有率。
SMD-LED(表面黏著LED)
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、一致性等問題,采用了更輕的PCB板和反射層材料,改進后去掉了直插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,最終使應用更加完美。
Side-LED(側(cè)發(fā)光LED)
目前,LED封裝的另一個重點便側(cè)面發(fā)光封裝。如果想使用LED當LCD(液晶顯示器)的背光光源,那麼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。雖然使用導線架的設計,也可以達到側(cè)面發(fā)光的目的,但是散熱效果不好。不過,Lumileds公司發(fā)明反射鏡的設計,將表面發(fā)光的LED,利用反射鏡原理來發(fā)成側(cè)光,成功的將高功率LED應用在大尺寸LCD背光模組上。
TOP-LED(頂部發(fā)光LED)
頂部發(fā)光LED是比較常見的貼片式發(fā)光二極體。主要應用于多功能超薄手機和PDA中的背光和狀態(tài)指示燈。
High-Power-LED(高功率LED)
為了獲得高功率、高亮度的LED光源,廠商們在LED芯片及封裝設計方面向大功率方向發(fā)展。目前,能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn)。比如Norlux系列大功率LED的封裝結(jié)構為六角形鋁板作底座(使其不導電)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(0.375×25.4)mm,可容納40只LED管芯,鋁板同時作為熱沉。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,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、使用壽命等,因此,對功率型LED芯片的封裝設計、制造技術顯得更加重要。
Flip Chip-LED(覆晶LED)
LED覆晶封裝結(jié)構是在PCB基本上制有復數(shù)個穿孔,該基板的一側(cè)的每個穿孔處都設有兩個不同區(qū)域且互為開路的導電材質(zhì),并且該導電材質(zhì)是平鋪于基板的表面上,有復數(shù)個未經(jīng)封裝的LED芯片放置于具有導電材質(zhì)的一側(cè)的每個穿孔處,單一LED芯片的正極與負極接點是利用錫球分別與基板表面上的導電材質(zhì)連結(jié),且于復數(shù)個LED芯片面向穿孔的一側(cè)的表面皆點著有透明材質(zhì)的封膠,該封膠是呈一半球體的形狀位于各個穿孔處。屬于倒裝焊結(jié)構發(fā)光二極體。
結(jié)語
按固體發(fā)光物理學原理,LED的發(fā)光效能近似100%,因此,LED被譽為21世紀新光源,有望成為繼白熾燈、螢光燈、高強度氣體放電燈之后的第四代光源。展望未來,廠商必將把大功率、高亮度LED放在突出發(fā)展位置。LED產(chǎn)業(yè)鏈中的襯底、外延、芯片、封裝、應用需共同發(fā)展,多方互動培植,而封裝是產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下部分,需要大家極大地關注與重視。