LED燈珠是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能的發(fā)光器件，具有工作電壓低，耗電量小，發(fā)光效率高，發(fā)光響應(yīng)時間極短，光色純，結(jié)構(gòu)牢固，抗沖擊，耐振動，性能穩(wěn)定可靠，重量輕，體積小，成本低等一系列特性，發(fā)展突飛猛進，現(xiàn)已能批量生產(chǎn)整個可見光譜段各種顏色的高亮度、高性能產(chǎn)品。

　　在LED燈珠產(chǎn)業(yè)鏈接中，上游是LED燈珠襯底晶片及襯底生產(chǎn)，中游的產(chǎn)業(yè)化為LED燈珠芯片設(shè)計及制造生產(chǎn)，下游歸LED燈珠封裝與測試，研發(fā)低熱阻、優(yōu)異光學(xué)特性、高可靠的封裝技術(shù)是新型LED燈珠走向?qū)嵱谩⒆呦蚴袌龅漠a(chǎn)業(yè)化必經(jīng)之路，從某種意義上講是鏈接產(chǎn)業(yè)與市場的紐帶，只有封裝好的才能成為終端產(chǎn)品，才能投入實際應(yīng)用，才能為顧客提供服務(wù)，使產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)環(huán)相扣，無縫暢通。 LED燈珠封裝的特殊性 LED燈珠封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來的，但卻有很大的特殊性。

　　一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi)，封裝的作用主要是保護管芯和完成電氣互連。而LED燈珠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(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計及技術(shù)要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于LED燈珠。

　　發(fā)光二極管

　　LED燈珠的發(fā)光部分是由p型和n型半導(dǎo)體構(gòu)成的pn結(jié)管芯，當注入pn結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時，就會發(fā)出可見光，紫外光或近紅外光。但pn結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個方向發(fā)射有相同的幾率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料，應(yīng)用要求提高LED燈珠的內(nèi)、外部量子效率。常規(guī)Φ5mm型LED燈珠封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上，管芯的正極通過球形接觸點與金絲，鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相連，負極通過反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封。

　　反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光，向期望的方向角內(nèi)發(fā)射。頂部包封的環(huán)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(zhì)（摻或不摻散色劑），起透鏡或漫射透鏡功能，控制光的發(fā)散角；管芯折射率與空氣折射率相關(guān)太大，致使管芯內(nèi)部的全反射臨界角很小，其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失，選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹脂作過渡，提高管芯的光出射效率。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性，絕緣性，機械強度，對管芯發(fā)出光的折射率和透射率高。

　　選擇不同折射率的封裝材料，封裝幾何形狀對光子逸出效率的影響是不同的，發(fā)光強度的角分布也與管芯結(jié)構(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用材質(zhì)和形狀有關(guān)。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED燈珠的軸線方向，相應(yīng)的視角較小；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型，其相應(yīng)視角將增大。 一般情況下，LED燈珠的發(fā)光波長隨溫度變化為0．2-0．3nm／℃，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。

　　另外，當正向電流流經(jīng)pn結(jié)，發(fā)熱性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升，在室溫附近，溫度每升高1℃，LED燈珠的發(fā)光強度會相應(yīng)地減少1％左右，封裝散熱；時保持色純度與發(fā)光強度非常重要，以往多采用減少其驅(qū)動電流的辦法，降低結(jié)溫，多數(shù)LED燈珠的驅(qū)動電流限制在20mA左右。

　　但是，LED燈珠的光輸出會隨電流的增大而增加，目前，很多功率型LED燈珠的驅(qū)動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，需要改進封裝結(jié)構(gòu)，全新的LED燈珠封裝設(shè)計理念和低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)，改善熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu)，選用導(dǎo)熱性能好的銀膠，增大金屬支架的表面積，焊料凸點的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此外，在應(yīng)用設(shè)計中，PCB線路板等的熱設(shè)計、導(dǎo)熱性能也十分重要。 進入21世紀后，LED燈珠的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅、橙LED燈珠光效已達到100Im／W，綠LED燈珠為501m／W，單只LED燈珠的光通量也達到數(shù)十Im。

　　LED燈珠芯片和封裝不再沿龔傳統(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，研發(fā)不僅僅限于改變材料內(nèi)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燈珠內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優(yōu)化設(shè)計，改進光學(xué)性能，加速表面貼裝化SMD進程更是產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的主流方向。

　　產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)類型 自上世紀九十年代以來，LED燈珠芯片及材料制作技術(shù)的研發(fā)取得多項突破，透明襯底梯形結(jié)構(gòu)、紋理表面結(jié)構(gòu)、芯片倒裝結(jié)構(gòu)，商品化的超高亮度（1cd以上）紅、橙、黃、綠、藍的LED燈珠產(chǎn)品相繼問市，如表1所示，2000年開始在低、中光通量的特殊照明中獲得應(yīng)用。LED燈珠的上、中游產(chǎn)業(yè)受到前所未有的重視，進一步推動下游的封裝技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展，采用不同封裝結(jié)構(gòu)形式與尺寸，不同發(fā)光顏色的管芯及其雙色、或三色組合方式，可生產(chǎn)出多種系列，品種、規(guī)格的產(chǎn)品。

　　也有根據(jù)發(fā)光顏色、芯片材料、發(fā)光亮度、尺寸大小等情況特征來分類的。單個管芯一般構(gòu)成點光源，多個管芯組裝一般可構(gòu)成面光源和線光源，作信息、狀態(tài)指示及顯示用，發(fā)光顯示器也是用多個管芯，通過管芯的適當連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）與合適的光學(xué)結(jié)構(gòu)組合而成的，構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段和發(fā)光點。表面貼裝LED燈珠可逐漸替代引腳式LED燈珠，應(yīng)用設(shè)計更靈活，已在LED燈珠顯示市場中占有一定的份額，有加速發(fā)展趨勢。

　　固體照明光源有部分產(chǎn)品上市，成為今后LED燈珠的中、長期發(fā)展方向。 引腳式封裝 LED燈珠腳式封裝采用引線架作各種封裝外型的引腳，是研發(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。

　　標準LED燈珠被大多數(shù)客戶認為是目前顯示行業(yè)中方便、經(jīng)濟的解決方案，典型的傳統(tǒng)LED燈珠安置在能承受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。包封材料多采用高溫固化環(huán)氧樹脂，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，例如，圓形按直徑分為Φ2mm、Φ3mm、Φ4．4mm、Φ5mm、Φ7mm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。

　　花色點光源有多種不同的封裝結(jié)構(gòu)：陶瓷底座環(huán)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(jié)能指示燈，適作電源指示用；閃爍式將CMOS振蕩電路芯片與LED燈珠管芯組合封裝，可自行產(chǎn)生較強視覺沖擊的閃爍光；雙色型由兩種不同發(fā)光顏色的管芯組成，封裝在同一環(huán)氧樹脂透鏡中，除雙色外還可獲得第三種的混合色，在大屏幕顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，并可封裝組成雙色顯示器件；電壓型將恒流源芯片與LED燈珠管芯組合封裝，可直接替代5—24V的各種電壓指示燈。

　　面光源是多個LED燈珠管芯粘結(jié)在微型PCB板的規(guī)定位置上，采用塑料反射框罩并灌封環(huán)氧樹脂而形成，PCB板的不同設(shè)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(jié)構(gòu)形式。點、面光源現(xiàn)已開發(fā)出數(shù)百種封裝外形及尺寸，供市場及客戶適用。

　　F5燈珠

　　LED燈珠發(fā)光顯示器可由數(shù)碼管或米字管、符號管、矩陳管組成各種多位產(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。

　　反射罩式具有字型大，用料省，組裝靈活的混合封裝特點，一般用白色塑料制作成帶反射腔的七段形外殼，將單個LED燈珠管芯粘結(jié)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(fā)光區(qū)，用壓焊方法鍵合引線，在反射罩內(nèi)滴人環(huán)氧樹脂，與粘好管芯的PCB板對位粘合，然后固化即成。

　　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(huán)氧樹脂，多用于單位、雙位器件；后者上蓋濾色片與勻光膜，并在管芯與底板上涂透明絕緣膠，提高出光效率，一般用于四位以上的數(shù)字顯示。單片集成式是在發(fā)光材料晶片上制作大量七段數(shù)碼顯示器圖形管芯，然后劃片分割成單片圖形管芯，粘結(jié)、壓焊、封裝帶透鏡（俗稱魚眼透鏡）的外殼。單條七段式將已制作好的大面積LED燈珠芯片，劃割成內(nèi)含一只或多只管芯的發(fā)光條，如此同樣的七條粘結(jié)在數(shù)碼字形的可伐架上，經(jīng)壓焊、環(huán)氧樹脂封裝構(gòu)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(chǎn)品。

　　LED燈珠光柱顯示器在106mm長度的線路板上，安置101只管芯（多可達201只管芯），屬于高密度封裝，利用光學(xué)的折射原理，使點光源通過透明罩殼的13-15條光柵成像，完成每只管芯由點到線的顯示，封裝技術(shù)較為復(fù)雜。 半導(dǎo)體pn結(jié)的電致發(fā)光機理決定LED燈珠不可能產(chǎn)生具有連續(xù)光譜的白光，同時單只LED燈珠也不可能產(chǎn)生兩種以上的高亮度單色光，只能在封裝時借助熒光物質(zhì)，藍或紫外LED燈珠管芯上涂敷熒光粉，間接產(chǎn)生寬帶光譜，合成白光；或采用幾種（兩種或三種、多種）發(fā)不同色光的管芯封裝在一個組件外殼內(nèi)，通過色光的混合構(gòu)成白光LED燈珠。這兩種方法都取得實用化，日本2000年生產(chǎn)白光LED燈珠達1億只，發(fā)展成一類穩(wěn)定地發(fā)白光的產(chǎn)品，并將多只白光LED燈珠設(shè)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。

　　表面貼裝封裝 在2002年，表面貼裝封裝的LED燈珠（SMD）逐漸被市場所接受，并獲得一定的市場份額，從直插式（LAMP)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。 早期的SMD LED燈珠大多采用透明環(huán)氧樹脂膠的3528燈珠改進型，外形尺寸3.5×2.8×1.8mm，卷盤式容器編帶包裝。在3528燈珠基礎(chǔ)上，研發(fā)高亮度3528rgb全彩燈珠系列，3528rgb燈珠系列，前者為單色發(fā)光，后者為雙色或三色發(fā)光。

　　近些年，SMD LED燈珠成為一個發(fā)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PCB板和反射層材料，在顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少，并去除較重的碳鋼材料引腳，通過縮小尺寸，降低重量，可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，終使應(yīng)用更趨完美，尤其適合戶內(nèi)，半戶外全彩顯示屏應(yīng)用。 焊盤是其散熱的重要渠道，廠商提供的SMD LED燈珠的數(shù)據(jù)都是以3.5×2.8mm的焊盤為基礎(chǔ)的，采用回流焊可設(shè)計成焊盤與引腳相等。

　　2835燈珠

　　超高亮度LED燈珠產(chǎn)品可采用PCT，外形尺寸為2.8×3.5mm，通過獨特方法裝配高亮度管芯，產(chǎn)品熱阻為400K／W，可按CECC方式焊接，其發(fā)光強度在150mA驅(qū)動電流下達80Lm。七段式的一位、兩位、三位和四位數(shù)碼SMD LED燈珠顯示器件的字符高度為5．08-12．7mm，顯示尺寸選擇范圍寬。PLCC封裝避免了引腳七段數(shù)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(shè)備的生產(chǎn)要求，應(yīng)用設(shè)計空間靈活，顯示鮮艷清晰。2835rgb全彩燈珠封裝帶有一個外部反射器，可簡便地與發(fā)光管或光導(dǎo)相結(jié)合，用反射型替代目前的透射型光學(xué)設(shè)計，為大范圍區(qū)域提供統(tǒng)一的照明，研發(fā)在3.5V、1A驅(qū)動條件下工作的功率型SMD LED燈珠封裝

　　。

　　功率型封裝 LED燈珠芯片及封裝向大功率方向發(fā)展，在大電流下產(chǎn)生比Φ5mmLED燈珠大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(guān)鍵技術(shù)，能承受數(shù)W功率的LED燈珠封裝已出現(xiàn)。5W系列白、綠、藍綠、藍的功率型LED燈珠從2003年初開始供貨，白光LED燈珠光輸出達187Lm，光效44．31m／W綠光衰問題，開發(fā)出可承受10W功率的LED燈珠，大面積管；匕尺寸為2．5×2．5mm，可在5A電流下工作，光輸出達200Lm，作為固體照明光源有很大發(fā)展空間。

　　在應(yīng)用中，可將已封裝產(chǎn)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燈珠，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(fā)光通量和光電轉(zhuǎn)換效率。此外，封裝好的SMD LED燈珠體積很小，可靈活地組合起來，構(gòu)成模塊型、導(dǎo)光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。 功率型LED燈珠的熱特性直接影響到LED燈珠的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長、使用壽命等，因此，對功率型LED燈珠芯片的封裝設(shè)計、制造技術(shù)更顯得尤為重要。

? ? ? ? ymf