§41LED常見分類--§44幾種前沿領(lǐng)域的LED封裝形式.ppt

1、1,2020/8/12,蘇永道 教授,濟南大學(xué) 理學(xué)院,2,2020/8/12,4.1 LED常見分類,LED應(yīng)用日漸普及的LED產(chǎn)品分類眾多, 根據(jù)LED發(fā)光顏色、發(fā)光管出光面特征、發(fā)光管結(jié)構(gòu)、發(fā)光強度和工作電流、芯片材料、功能等標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法。第1章中簡單介紹了LED的封裝分類，在此再介紹上述六種分類方法的前四種分類。,一、根據(jù)發(fā)光管發(fā)光顏色分類,根據(jù)發(fā)光管發(fā)光顏色不同，可分成紅光、橙光、綠光(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2種或3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、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色

2、散射和無色散射四種類型。,3,2020/8/12,二、根據(jù)發(fā)光管出光面特征分類,根據(jù)發(fā)光管出光面特征的不同, 可分為圓燈、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2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。 國外分類標(biāo)識： 3mm的發(fā)光二極管記作T-1； 5mm的記作T-1(3/4)； 4.4mm的記作T-1(1/4)。,4,2020/8/12,一般為尖頭環(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，或與光檢測器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。,2. 標(biāo)準(zhǔn)型 通常作指示燈用，其半值角為20 45。 3

3、. 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。,1. 高指向性,從發(fā)光強度角(半值角)分布圖來分有三類：,5,2020/8/12,三、根據(jù)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分類 根據(jù)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，可分為全環(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。 四、根據(jù)發(fā)光強度和工作電流分類 根據(jù)發(fā)光強度和工作電流，可分為普通亮度LED(發(fā)光強度100mcd)。 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)。 上面對LED分類中與LED封裝形式有關(guān)的屬于二、三分類,下面我們對LED的封裝形式進(jìn)行簡單分類。,6,202

4、0/8/12,4.3 幾種常用LED的典型封裝形式,4.3.1 引腳式LED（lamp-LED）封裝,一、引腳封裝形式概述,lamp-LED最先研發(fā)成功投放市場的封裝結(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)。 典型的傳統(tǒng)LED安置在能承受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pn結(jié)的溫升是封裝與應(yīng)用必須考慮的。 環(huán)氧樹脂包封，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色透明和有色散射或無色散射的透鏡封裝，不同的透鏡形狀構(gòu)成多種外形及尺寸。,7,2020/8/12,例如: 圓形按直徑分為2m

5、m、3mm、4.4mm、5mm、7mm等數(shù)種，環(huán)氧樹脂的不同組份可產(chǎn)生不同的發(fā)光效果。,彎曲成所需形狀,作電源指燈示用,產(chǎn)生較強視覺沖擊的閃爍光,封裝成雙色和三色顯示器件,特點：,8,2020/8/12,二、引腳式封裝結(jié)構(gòu),支架和芯片在前邊我們一介紹過，在此不再重復(fù)，引腳式支架一般是20只一排，上下均有連接筋。,1.支架,9,2020/8/12,在此給出常用晶片列表：,2. 晶片,10,2020/8/12,3. 金線和鋁線 （略）,4. 反光杯,制作反光杯時，都是制作在支架的大頭端，它的作用就是把芯片發(fā)出的光能通過反光杯的反射最大限度地提高LED的出光率。反光杯的形狀有圓錐狀、球面狀和非球面狀

6、（如拋物面狀），如下圖示。,11,2020/8/12,5.環(huán)氧樹脂或硅膠透鏡,12,2020/8/12,設(shè)環(huán)氧樹脂的折射率為n（n=1.52左右），空氣的折射率為n (n =1.0)，單球面光學(xué)折射系統(tǒng)的焦距為像方焦距為，芯片發(fā)光面距球面定點的距離為（根據(jù)笛卡爾符號法則），則芯片所成像的位置滿足物象關(guān)系式：,（3.1）,式中，r為環(huán)氧樹脂球面的曲率半徑。 n =1.0時, 物方焦距和像方焦距分別是：,（3.2）,（3.3）,13,2020/8/12,由（3.1）式可求得芯片的像距s 為,（3.4）,因為 ，所以對于發(fā)光器件LED芯片的像距為負(fù)值，即芯片成虛像。虛像像距的大小就決定了光束發(fā)散角的

7、大小。,4.3.2 平面封裝,一、平面封裝概述,下頁圖是平面封裝的各種類型:,14,2020/8/12,15,2020/8/12,LED發(fā)光顯示器可由數(shù)碼管或米字管、符號管、矩陣管組成各種多位產(chǎn)品，由實際需求設(shè)計成各種形狀與結(jié)構(gòu)。以數(shù)碼管為例，有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結(jié)構(gòu)，連接方式有共陽極和共陰極兩種，一位就是通常說的數(shù)碼管，兩位以上的一般稱作顯示器。,16,2020/8/12,二、典型平面封裝器件結(jié)構(gòu)原理,R5011和LG5011七段數(shù)碼管的封裝結(jié)構(gòu)和共陰共陽內(nèi)部連線圖。5011A為共陰數(shù)碼管內(nèi)部連線，5011B為共陽數(shù)碼管內(nèi)部連線。其他型號的數(shù)碼管封裝結(jié)構(gòu)和內(nèi)部連線都大

8、同小異。,17,2020/8/12,下圖（a）給出的是LDM-8188雙色點陣管封裝結(jié)構(gòu)，(b)給出了LDM-8188AHK和LDM-8188BHK內(nèi)部連線圖，LDM-8188AHK屬于行共陰、列共陽內(nèi)部連接, 而LDM-8188BHK則屬于行共陽、列共陰內(nèi)部連接。,其他點陣管內(nèi)部結(jié)構(gòu)也都大同小異,18,2020/8/12,光柱顯示器的基本結(jié)構(gòu):,19,2020/8/12,4.3.3 SMD(貼片式)封裝,在2002年，貼片式封裝的LED(SMD LED)逐漸被市場所接受，并獲得一定的市場份額，從引腳式封裝轉(zhuǎn)向SMD符合整個電子行業(yè)發(fā)展大趨勢，很多生產(chǎn)廠商推出此類產(chǎn)品。,一、SMD封裝的工藝,

9、20,2020/8/12,下圖是幾款頂端發(fā)光的SMD發(fā)光二極管。,21,2020/8/12,4.3.4 食人魚封裝,食人魚LED很受用戶的歡迎。它的形狀很像亞馬孫河中的食人魚。 食人魚LED產(chǎn)品有很多優(yōu)點，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。,一般情況下，食人魚LED的熱阻會比3mm、5mm管子的熱阻小一半，所以很受用戶的歡迎。,、食人魚LED的封裝工藝,食人魚LED的封裝有其特殊性，首先要選定食人魚LED的支架，如下頁圖示。根據(jù)每一個食人魚管子要放幾個LED芯片，需要確定食人魚支架中沖凹下去的杯形、大小及深淺.,22,2020/8/12,23,2020/8/12,

10、食人魚LED的封裝有其特殊性，首先要選定食人魚LED的支架，如下圖示。根據(jù)每一個食人魚管子要放幾個LED芯片，需要確定食人魚支架中沖凹下去的杯形、大小及深淺。,二、食人魚LED的應(yīng)用,城市高層建筑物的輪廓燈，,汽車的剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈。,24,2020/8/12,4.3.5 功率型封裝,進(jìn)入21世紀(jì)后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅光、橙光LED的光效已達(dá)到100lm/W，綠光LED為50lm/W，單只LED的光通量也達(dá)到數(shù)十流明。目前實驗室水平208lm/W。實用化的也達(dá)到了130lm/W。 LED芯片和封裝不再沿襲傳統(tǒng)的設(shè)計理念與制造生產(chǎn)模式。在增加芯片的光輸出方面

11、，不僅限于通過改變材料內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量、晶格缺陷和位錯來提高內(nèi)部效率，同時，如何改善管芯及封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強LED內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱問題，進(jìn)行取光和熱襯優(yōu)化設(shè)計，改進(jìn)光學(xué)性能，加速貼片式裝化進(jìn)程，更是LED研發(fā)的主流方向。,大功率LED到底5章詳述。,25,2020/8/12,4.4 幾種前沿領(lǐng)域的LED封裝形式,LED器件的封裝已經(jīng)有40年的歷史，近幾年，隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，LED的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，對LED器件的封裝形式及性能提出了更高、更特別的要求。為適應(yīng)各種LED應(yīng)用領(lǐng)域的不同要求，各LED封裝企業(yè)推出了各種性能先進(jìn)可靠的LED器件，滿足了應(yīng)用端的要求，同時也

12、推動了LED封裝技術(shù)的進(jìn)步。,4.4.1 高亮度 低衰減 完美配光的紅綠藍(lán)直插式橢圓封裝,戶外大型彩色LED顯示屏度部分屬于直插式橢圓形LED。每塊上百平米的彩色顯示屏包含有上百萬只LED，橢圓形LED屬于高端LED領(lǐng)域，需具備如下主要優(yōu)異特性：,26,2020/8/12,紅綠藍(lán)配光一致性,高亮度,高抗靜電,一致性（波長、高亮、角度）,低衰減,低失效率,具備的主要優(yōu)異特性,橢圓形LED器件在一段時間內(nèi)被國外品牌所壟斷?？上驳氖牵@兩年，國內(nèi)封裝技術(shù)已有很大的進(jìn)步，在上述六個方面已有趕超的可能。,27,2020/8/12,（1）高亮度方面 隨著芯片制造工藝的進(jìn)步，目前國產(chǎn)最高亮度的芯片已能接近或

13、達(dá)到國外水平，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的。 （2）高抗靜電方面 目前的橢圓形LED抗靜電能力已達(dá)4000V（人體模式），能滿足應(yīng)用端苛刻的生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)境。 （3）高一致性方面 波長、亮度通過分光分色機能有效篩分。角度的一致性方面通過精密的固晶、封膠設(shè)備和良好的工藝管控，再加上優(yōu)異的橢圓透鏡設(shè)計，能夠很好的達(dá)到同一機種不同批次角度的一致性，角度的離散性能控制在有效規(guī)格范圍之內(nèi)。,28,2020/8/12,（4）低衰減方面 通過選用高抗UV性能的外封膠水、性能優(yōu)異的固晶低膠及低熱阻的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)已能有效控制LED的衰減，使紅、綠、藍(lán)的衰減保持一致或相差很小，使彩色LED顯示屏長時間使用不至于出現(xiàn)亮

14、度下降、色彩失真的現(xiàn)象。 （5）低失效率方面 通過選用高匹配性的封裝物料、先進(jìn)的封裝工藝和嚴(yán)格的品質(zhì)管控，使得LED器件的失效率在正常工作3000h內(nèi)小于30 ppm，達(dá)到國際同類水平。,29,2020/8/12,（6）紅綠藍(lán)配光一致性方面 通過優(yōu)異的電腦光學(xué)設(shè)計軟件及對封裝特性的透徹了解，設(shè)計出高度配光一致性的紅綠藍(lán)橢圓透鏡模具，使得LED全彩顯示屏在任意角度的白平衡具有相對一致性，從而保證LED彩色顯示屏的色彩還原性和逼真性。 以上六項性能的完美結(jié)合，才能符合高端全彩LED顯示屏的需求。國產(chǎn)LED已占居半壁江山，其中的高端產(chǎn)品已能與國外產(chǎn)品抗衡。,30,2020/8/12,4.4.2 高防

15、護等級的戶外型SMD,戶外高防護等級SMD足耐高溫、耐高濕、耐紫外線的苛刻條件，故在金屬支架與PPA材料的粘合性能、外封膠水的抗UV性能、PPA材料抗UV性能、外封膠水與PPA的粘合性能、外封膠水的滲透性能等關(guān)鍵要素上需全面通過選材、試驗工藝和管控來解決。,目前具備高防護等級戶外型SMD的公司不多。預(yù)計此種類型SMD出將極大地推動SMD外顯示照明的應(yīng)用，減少以前因加裝防水設(shè)計而額外支出的成本，并能簡化設(shè)計。,31,2020/8/12,4.4.3 廣色域 低衰減 高色溫穩(wěn)定性白色SMD,LED器件的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹谴蟪叽缫壕э@示屏背光源，尤其是大尺寸液晶電視。 目前手機液晶顯示屏背光源，計算機液晶顯示器背光源、大屏幕液晶電視背光源占LED總應(yīng)用的51%。白色SMD是目前液晶LED背光的主流方案。,廣色域白色SMD減水平是一項重要指標(biāo)，除與常規(guī)白色SMD減因素相關(guān)外，還主要與廣色域熒光粉的