中心議題：

• LED封裝的特殊性
• 產品封裝結構類型　

解決方案：

• 引腳式封裝　
• 表麵貼裝封裝
• 功率型封裝

LED是一種可直接將電能轉化為可見光和輻射能的發光器件

，由於具有工作電壓低、耗電量小
、發光效率高
、發光響應時間極短
、光色純
、結構牢固
、抗衝擊、耐振動
、性能穩定可靠、重量輕、體積小

、成本低等一係列特性，其發展突飛猛進，現已能批量生產整個可見光譜段各種顏色的高亮度、高性能產品。國產紅、綠、橙、黃的LED產量約占世界總量的12％
，“十五”期間的產業目標是達到年產300億隻的生產水平，實現超高亮度AlGsInP的LED外延片和芯片的大批量生產，年產10億隻以上紅、橙

、黃超高亮度LED管芯，突破GaN材料的關鍵技術

，實現藍
、綠
、白LED的中批量生產。

在LED產業鏈接中，上遊是LED襯底晶片及襯底生產，中遊的產業化為LED芯片設計及製造生產，下遊歸LED封裝與測試，研發低熱阻、優異光學特性、高可靠的封裝技術是新型LED走向實用、走向市場，實現產業化的必經之路，從某種意義上講是連接產業與市場的紐帶
，隻有封裝好的LED才能成為終端產品
，才能投入市場實際應用，才能為顧客提供服務，使產業鏈環環相扣，無縫暢通。　

LED封裝的特殊性

LEDfengzhuangjishudadoushicongfenliqijianfengzhuangjishujichushangfazhanerlaide
，danyeyouhendadeteshuxing。yibanqingkuangxia，fenliqijiandeguanxinbeimifengzaifengzhuangtinei，fengzhuangdezuoyongzhuyaoshibaohuguanxinhewanchengdianqihulian。erLED封裝則是完成輸出電信號，保護管芯正常工作
，輸出：可見光的功能，既有電參數

，又有光參數的設計及技術要求
，無法簡單地將分立器件的封裝用於LED。

LED的核心發光部分是由ｐ型和ｎ型半導體構成的PN結管芯
，當注入PN結的少數載流子與多數載流子複合時，就會發出可見光
，紫外光或近紅外光。但PN結jie區qu發fa出chu的de光guang子zi是shi非fei定ding向xiang的de，即ji向xiang各ge個ge方fang向xiang發fa射she有you相xiang同tong的de幾ji率lv，因yin此ci
，並bing不bu是shi管guan芯xin產chan生sheng的de所suo有you光guang都dou可ke以yi釋shi放fang出chu來lai，這zhe主zhu要yao取qu決jue於yu半ban導dao體ti材cai料liao質zhi量liang、管芯結構及幾何形狀
、封裝內部結構與包封材料
，應用要求提高LED的內、外部量子效率。常規Φ5mm型LED封裝是將邊長為0.25mm的(de)正(zheng)方(fang)形(xing)管(guan)芯(xin)粘(zhan)結(jie)或(huo)燒(shao)結(jie)在(zai)引(yin)線(xian)架(jia)上(shang)，管(guan)芯(xin)的(de)正(zheng)極(ji)通(tong)過(guo)球(qiu)形(xing)接(jie)觸(chu)點(dian)與(yu)金(jin)絲(si)鍵(jian)合(he)為(wei)內(nei)引(yin)線(xian)並(bing)與(yu)一(yi)條(tiao)管(guan)腳(jiao)相(xiang)連(lian)，負(fu)極(ji)通(tong)過(guo)反(fan)射(she)杯(bei)和(he)引(yin)線(xian)架(jia)的(de)另(ling)一(yi)管(guan)腳(jiao)相(xiang)連(lian)，然(ran)後(hou)其(qi)頂(ding)部(bu)用(yong)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)包(bao)封(feng)。反(fan)射(she)杯(bei)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)收(shou)集(ji)管(guan)芯(xin)側(ce)麵(mian)、界麵發出的光，向期望的方向角內發射。頂部包封的環氧樹脂做成一定形狀，有這樣幾種作用：保護管芯等不受外界侵蝕；

采用不同的形狀和材料性質（摻或不摻散色劑）
，有透鏡或漫射透鏡功能，控製光的發散角；guanxinzheshelvyukongqizheshelvxiangguantaida，zhishiguanxinneibudequanfanshelinjiejiaojiaoxiao
，qiyouyuancengchanshengdeguangzhiyouxiaobufenbeiquchu，dabufenliuzaiguanxinneibujingduocifansheerbeixishou


，yifashengquanfanshecongerdaozhiguoduoguangsunshi，yingxuanyongxiangyingzheshelvdehuanyangshuzhizuoguodu，tigaoguanxindeguangchushexiaolv。yongzuogouchengguankedehuanyangshuzhixujuyounaishixing、絕緣性、機ji械xie強qiang度du，對dui管guan芯xin發fa出chu光guang的de折zhe射she率lv和he透tou射she率lv較jiao高gao。選xuan擇ze不bu同tong折zhe射she率lv的de封feng裝zhuang材cai料liao和he不bu同tong封feng裝zhuang幾ji何he形xing狀zhuang對dui光guang子zi逸yi出chu效xiao率lv的de影ying響xiang是shi不bu同tong的de
，發fa光guang強qiang度du的de角jiao分fen布bu也ye與yu管guan芯xin結jie構gou、光輸出方式、封裝透鏡所用材質和形狀有關。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED的軸線方向，相應的視角較小；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平麵型，其相應視角將增大。

一般情況下
，LED的發光波長隨溫度變化為0.2~0.3ｎm/℃
，光譜寬度隨之增加
，影響顏色鮮豔度。另外
，當正向電流流經PN結
，發熱性損耗使結區產生溫升
，在室溫附近，溫度每升高1℃，LED的發光強度會相應地減少1％左右。封裝散熱時保持色純度與發光強度非常重要，以往多采用減少其驅動電流的辦法，降低結溫，多數LED的驅動電流限製在20ｍＡ左右。但是
，LED的光輸出會隨電流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驅動電流可以達到70ｍＡ、100ｍＡ甚至1Ａ級
，這就需要改進封裝結構，采用全新的LED封裝設計理念和低熱阻封裝結構及技術、改gai善shan熱re特te性xing。例li如ru
，采cai用yong大da麵mian積ji芯xin片pian倒dao裝zhuang結jie構gou，選xuan用yong導dao熱re性xing能neng好hao的de銀yin膠jiao
，增zeng大da金jin屬shu支zhi架jia的de表biao麵mian積ji，焊han料liao凸tu點dian的de矽gui載zai體ti直zhi接jie裝zhuang在zai熱re沉chen上shang等deng方fang法fa。此ci外wai
，在zai應ying用yong設she計ji中zhong，PCB線路板等的熱設計、導熱性能也十分重要。

進入21世紀後，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發展創新


，紅、橙LED光效已達到100lm/W，綠LED為501m/W，單隻LED的光通量也達到數十lm。LED芯片和封裝不再沿襲傳統的設計理念與製造生產模式，在增加芯片的光輸出方麵，研發不僅僅限於改變材料內雜質數量

、晶格缺陷和位錯來提高內部效率，同時，如何改善管芯及封裝內部結構，增強LED內部產生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優化設計
，改進光學性能
，加速表麵貼裝化SMD進程更是產業界研發的主流方向。

產品封裝結構類型　

自上世紀90年代以來，LED芯片及材料製作技術的研發取得多項突破，透明襯底梯形結構
、紋理表麵結構、芯片倒裝結構

，商品化的超高亮度（1cd以上）紅、橙
、黃、綠、藍的LED產品相繼問市，2000年開始在低、中光通量的特殊照明中獲得應用。LED的上
、中遊產業受到前所未有的重視
，進一步推動下遊的封裝技術及產業發展，采用不同封裝結構形式與尺寸、不同發光顏色的管芯及其雙色或三色組合方式，可生產出多種係列、品種
、規格的產品。　

LED產品封裝結構的類型是根據發光顏色、芯片材料
、發光亮度、尺寸大小等情況特征來分類的。單個管芯一般構成點光源，多個管芯組裝一般可構成麵光源和線光源，作信息、狀態指示及顯示用，發光顯示器也是用多個管芯，通過管芯的適當連接（包括串聯和並聯）與合適的光學結構組合而成的，構成發光顯示器的發光段和發光點。表麵貼裝LED可逐漸替代引腳式LED

，應用設計更靈活，已在LED顯示市場中占有一定的份額
，有加速發展的趨勢。固體照明光源有部分產品上市
，成為今後LED中
、長期發展的方向。
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引腳式封裝　

LED引yin腳jiao式shi封feng裝zhuang采cai用yong引yin線xian架jia作zuo各ge種zhong封feng裝zhuang外wai型xing的de引yin腳jiao
，是shi最zui先xian研yan發fa成cheng功gong投tou放fang市shi場chang的de封feng裝zhuang結jie構gou，品pin種zhong數shu量liang繁fan多duo，技ji術shu成cheng熟shu度du較jiao高gao，封feng裝zhuang內nei結jie構gou與yu反fan射she層ceng仍reng在zai不bu斷duan改gai進jin。標biao準zhunLED被大多數客戶認為是目前顯示行業中最方便、最經濟的解決方案，典型的傳統LED安置在能承受0.1W輸入功率的包封內，其９0％的熱量是由負極的引腳架散發至PCB板
，再散發到空氣中，如何降低工作時PN結的溫升是封裝與應用必須考慮的。

baofengcailiaoduocaiyonggaowenguhuahuanyangshuzhi
，qiguangxingnengyouliang，gongyishiyingxinghao

，chanpinkekaoxinggao，kezuochengyousetouminghuowusetoumingheyousesanshehuowusesanshedetoujingfengzhuang，butongdetoujingxingzhuanggouchengduozhongwaixingjichicun，liru，yuanxinganzhijingfenweiΦ2mm、Φ3mm、Φ4.4mm、Φ5mm、Φ7mm等數種
，環氧樹脂的不同組份可產生不同的發光效果。花色點光源有多種不同的封裝結構：陶瓷底座環氧樹脂封裝具有較好的工作溫度性能，引腳可彎曲成所需形狀
，體積小；金屬底座塑料反射罩式封裝是一種節能指示燈
，適合作電源指示用；閃爍式將ＣＭＯＳ振蕩電路芯片與LED管芯組合封裝，可自行產生較強視覺衝擊的閃爍光
；

shuangsexingyouliangzhongbutongfaguangyansedeguanxinzucheng，fengzhuangzaitongyihuanyangshuzhitoujingzhong，chushuangsewaihaikehuodedisanzhongdehunhese，zaidapingmuxianshixitongzhongdeyingyongjiweiguangfan
，bingkefengzhuangzuchengshuangsexianshiqijian

；電壓型將恒流源芯片與LED管芯組合封裝，可直接替代5~24Ｖ的各種電壓指示燈。麵光源是多個LED管芯粘結在微型PCB板的規定位置上，采用塑料反射框罩並灌封環氧樹脂而形成，PCB板的不同設計確定外引線排列和連接方式，有雙列直插與單列直插等結構形式。點、麵光源現已開發出數百種封裝外形及尺寸，供市場及客戶選用。

LED發光顯示器可由數碼管或米字管、符號管、矩陳管組成各種多位產品，由實際需求設計成各種形狀與結構。以數碼管為例
，有反射罩式、單片集成式、dantiaoqiduanshidengsanzhongfengzhuangjiegou

，lianjiefangshiyougongyangjihegongyinjiliangzhong，yizhongjiushitongchangshuodeshumaguan，liangweiyishangdeyibanchengzuoxianshiqi。fanshezhaoshijuyouzixingda，yongliaosheng，zuzhuanglinghuodehunhefengzhuangtedian，yibanyongbaisesuliaozhizuochengdaifansheqiangdeqiduanxingwaike

，jiangdangeLED管芯粘結在與反射罩的七個反射腔互相對位的PCB板上，每個反射腔底部的中心位置是管芯形成的發光區

，用壓焊方法鍵合引線，在反射罩內滴入環氧樹脂
，與粘好管芯的PCB板對位粘合

，然後固化即成。

反射罩式又分為空封和實封兩種，前者采用散射劑與染料的環氧樹脂，多用於單位、雙位器件；後hou者zhe上shang蓋gai濾lv色se片pian與yu勻yun光guang膜mo
，並bing在zai管guan芯xin與yu底di板ban上shang塗tu透tou明ming絕jue緣yuan膠jiao，提ti高gao出chu光guang效xiao率lv，一yi般ban用yong於yu四si位wei以yi上shang的de數shu字zi顯xian示shi。單dan片pian集ji成cheng式shi是shi在zai發fa光guang材cai料liao晶jing片pian上shang製zhi作zuo大da量liang七qi段duan數shu碼ma顯xian示shi器qi圖tu形xing管guan芯xin，然ran後hou劃hua片pian分fen割ge成cheng單dan片pian圖tu形xing管guan芯xin，粘zhan結jie
、壓焊、封裝帶透鏡（俗稱“魚眼”透鏡）的外殼。單條七段式將已製作好的大麵積LED芯片，劃割成內含一隻或多隻管芯的發光條
，如此同樣的七條粘結在數碼字形的可伐架上，經壓焊、環氧樹脂封裝構成。單片式、單條式的特點是微小型化
，可采用雙列直插式封裝
，大多是專用產品。LED光柱顯示器在106mm長度的線路板上，安置101隻管芯（最多可達201隻管芯），屬於高密度封裝，利用光學的折射原理
，使點光源通過透明罩殼的13~15條光柵成像，完成每隻管芯由點到線的顯示，封裝技術較為複雜。

半導體PN結的電致發光機理決定LED不可能產生具有連續光譜的白光，同時單隻LED也不可能產生兩種以上的高亮度單色光，隻能在封裝時借助熒光物質
，藍或紫外LED管芯上塗敷熒光粉，間接產生寬帶光譜，合成白光；或采用幾種（兩種或三種、多種）發不同色光的管芯封裝在一個組件外殼內，通過色光的混合構成白光LED。這兩種方法都取得實用化，日本2000年生產白光LED達1億隻，發展成一類穩定的發白光的產品
，並將多隻白光LED設計組裝成對光通量要求不高
，以局部裝飾作用為主，追求新潮的電光源。

表麵貼裝封裝　

在2002年，表麵貼裝封裝的LED（SMD　LED）逐漸被市場所接受，並獲得一定的市場份額
，從引腳式封裝轉向SMD符合整個電子行業發展大趨勢，很多生產廠商相繼推出此類產品。　

早期的SMD　LED大多采用帶透明塑料體的SOT－23改進型，外形尺寸3.04×1.11mm，卷盤式容器編帶包裝。在SOT－23基礎上
，研發出帶透鏡的高亮度SMD的SLM－125係列

、SLM－245係列LED，前者為單色發光，後者為雙色或三色發光。近些年
，SMD　LED成為一個發展熱點，很好地解決了亮度、視角、平整度、可靠性
、一致性等問題
，采用更輕的PCBbanhefanshecengcailiao，zaixianshifanshecengxuyaotianchongdehuanyangshuzhigengshao，bingquchujiaozhongdetangangcailiaoyinjiao，tongguosuoxiaochicun，jiangdizhongliang
，keqingyidijiangchanpinzhongliangjianqingyiban，zuizhongshiyingyonggengquwanmei，youqishihehunei，banhuwaiquancaixianshipingyingyong。

焊盤是SMDLED散熱的重要渠道，廠商提供的SMD　LED的數據都是以4.0mm×4.0mm的焊盤為基礎，采用回流焊可設計成焊盤與引腳相等。超高亮度LED產品可采用PＬＣＣ（塑封帶引線片式載體）－2封裝，外形尺寸為3.0mm×2.8mm
，通過獨特方法裝配高亮度管芯，產品熱阻為400℃/W，可按ＣＥＣＣ方式焊接，其發光強度在50ｍＡ驅動電流下達1250ｍcd。七段式的一位、兩位、三位和四位數碼SMD　LED顯示器件的字符高度為5.08~12.7mm
，顯示尺寸選擇範圍寬。PＬＣＣ封裝避免了引腳七段數碼顯示器所需的手工插入與引腳對齊工序，符合自動拾取—貼裝設備的生產要求，應用設計空間靈活
，顯示鮮豔清晰。多色PＬＣＣ封feng裝zhuang帶dai有you一yi個ge外wai部bu反fan射she器qi，可ke簡jian便bian地di與yu發fa光guang管guan或huo光guang導dao相xiang結jie合he，用yong反fan射she型xing替ti代dai目mu前qian的de透tou射she型xing光guang學xue設she計ji，為wei大da範fan圍wei區qu域yu提ti供gong統tong一yi的de照zhao明ming，研yan發fa在zai3.5Ｖ、1Ａ驅動條件下工作的功率型SMD　LED封裝提供有利條件。

功率型封裝

LED芯片及封裝向大功率方向發展，在大電流下產生比Φ5mmLED大10~20倍的光通量

，必須采用有效的散熱與不劣化的封裝材料解決光衰問題，因此，管殼及封裝也是其關鍵技術，能承受數瓦功率的LED封裝已出現。5W係列白
、綠、藍綠、藍的功率型LED從2003年初開始供貨，白光LED光輸出達1871ｍ
，光效44.31m/W，就光衰問題

，開發出可承受10W功率的LED大麵積管
；其尺寸為2.5mm×2.5mm
，可在5Ａ電流下工作，光輸出達2001ｍ，作為固體照明光源有很大發展空間。　

Ｌｕｘｅｏｎ係列功率LED是將AlGaInN功gong率lv型xing倒dao裝zhuang管guan芯xin，倒dao裝zhuang焊han接jie在zai具ju有you焊han料liao凸tu點dian的de矽gui載zai體ti上shang，然ran後hou把ba完wan成cheng倒dao裝zhuang焊han接jie的de矽gui載zai體ti裝zhuang入ru熱re沉chen與yu管guan殼ke中zhong
，鍵jian合he引yin線xian進jin行xing封feng裝zhuang。這zhe種zhong封feng裝zhuang對dui於yu取qu光guang效xiao率lv，散san熱re性xing能neng，加jia大da工gong作zuo電dian流liu密mi度du的de設she計ji都dou是shi最zui佳jia的de。其qi主zhu要yao特te點dian：熱阻低，一般僅為14℃/W
，隻有常規LED的1/10
；可靠性高

，封裝內部填充穩定的柔性膠凝體，在－40~120℃範圍，不會因溫度驟變產生的內應力，使金絲與引線框架斷開
，並防止環氧樹脂透鏡變黃，引線框架也不會因氧化而玷汙；反射杯和透鏡的最佳設計使輻射圖樣可控和光學效率最高。另外，其輸出光功率、外量子效率等性能優異，將LED固體光源發展到一個嶄新水平。

Nｏｒｌｕｘ係列功率LED的封裝結構為六角形鋁板做底座（使其不導電）的多芯片組合，底座直徑31.75mm，發光區位於其中心部位，直徑約0.375×25.4mm
，可容納40隻LED管芯，鋁板同時作為熱沉。管芯的鍵合引線通過底座上製作的兩個接觸點與正、負極連接，根據所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數目，可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其發射光分別為單色
、彩色或合成的白色，最後用高折射率的材料按光學設計形狀進行包封。這種封裝采用常規管芯高密度組合封裝
，其光效率高、熱阻低，能較好地保護管芯與鍵合引線，在大電流下有較高的光輸出功率
，也是一種有發展前景的LED固體光源。

在應用中，可將已封裝產品組裝在一個帶有鋁夾層的金屬芯PCB板上，形成功率密度LED，PCB板作為器件電極連接的布線之用，鋁芯夾層則可作熱沉使用，獲得較高的發光通量和光電轉換效率。此外，封裝好的SMD　LED體積很小，可靈活地組合起來
，構成模塊型
、導光板型、聚光型
、反射型等多姿多彩的照明光源。

功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發光效率、發光波長、使用壽命等，因此，對功率型LED芯片的封裝設計
、製造技術更顯得尤為重要。

LED發展及應用前景　

近幾年，LED的發光效率增長100倍，成本下降到原來的十分之一
，廣泛用於大麵積圖文顯示全彩屏、狀態指示

、標誌照明、信號顯示、液晶顯示器的背光源、汽車組合尾燈及車內照明等方麵，其發展前景吸引全球照明大廠家先後加入其光源及市場開發中。極具發展與應用前景的是白光LED，用作固體照明器件的經濟性顯著，且有利環保
，正逐步取代傳統的白熾燈，世界年增長率在20％以上，中、美、日及歐洲部分國家均推出了半導體照明計劃。目前，普通白光LED發光效率25lm/W。功率型LED優異的散熱特性與光學特性更能適應普通照明領域
，被學術界和產業界認為是LED進入照明市場的必由之路。為替代熒光燈
，白光LED必須具有150~200lm/W的光效，且每lm價格應明顯低於0.015＄/lm（現價約0.25＄/lm，紅LED為0.065＄/lm），要實現這一目標仍有很多技術問題需要解決
，但克服這些問題並不是十分遙遠的事。按固體發光物理學原理

，LED的發光效率能近似100％，因此，LED被譽為“21世紀的新光源”，有望成為繼白熾燈、熒光燈


、高強度氣體放電燈之後的第四代光源。

國內LED產業中有20餘家上
、中遊研製及生產單位和150餘家封裝企業，高端封裝產品還未見推向市場。目前，完成GaN基藍綠光LED中遊工藝技術產業化研究

，力爭在短期內使產品的性能指標達到國外同時期同類產品的水平，力爭在較短時間內達到月產10kk的生產能力

，開發白光照明光源用的功率型LED芯片等新產品。科技部將投入8000萬元資金
，啟動國家半導體照明工程，注意終端產品，先從特種產品做起，以汽車、城市景觀照明作為市場突破口，把大功率、高亮度LED放在突出位置
，它的成果將要服務於北京奧運會和上海世博會。無庸質疑，產業鏈中的襯底
、外延
、芯片、封裝、應用需共同發展，多方互動培植，封裝是產業鏈中承上啟下部分，需要關注與重視。