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LED封裝技術(shù)是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的，但是卻有很大的特殊性。一般情況下而言，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封裝則要完成輸出電信號，保護管芯正常工作，輸出可見光的功能。它既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計及技術(shù)要求，因此無法簡單地將分立器件的封裝應(yīng)用到LED上面。 LED的核心發(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、紫外光和近紅外光。但PN結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個方向進行的發(fā)射有相同的概率，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)體材料半導(dǎo)體質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包裝材料。 常規(guī)直徑為5mm型LED封裝是先將邊長0.25mm的正方形管芯黏結(jié)或燒結(jié)在引線架上，其中管芯的正極通過球行接觸點與金絲、鍵合為內(nèi)引線與一條引腳相連，負極通過反射杯和引線架的另一引腳相連，然后將其頂部用環(huán)氧樹脂包裝起來。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。 頂部包裝的環(huán)氧樹脂做成一定形狀，有以下幾種作用：保護管芯不受外界侵蝕；采用不同的形狀和材質(zhì)，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太大時，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，而選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹脂做過渡，可提高管芯的光出射效率。 用于構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂必須具有一定的耐濕性、絕緣性和機械強度，且對管芯發(fā)出光的折射率和透射率要高。因此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)。若是采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED軸線方向，使相應(yīng)的視角較小；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型，則其相應(yīng)視角將增大。 一般情況下，LED的發(fā)光波長隨溫度變化，光譜寬度也隨之增加，從而影響顏色鮮亮度。另外，當正向電流流經(jīng)PN結(jié)時，發(fā)熱性損耗會使得PN結(jié)產(chǎn)生升溫。在室溫附近，溫度每升高1℃，LED的發(fā)光強度會相應(yīng)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，以往多采用減少驅(qū)動電流的辦法來降低結(jié)溫，多數(shù)的LED驅(qū)動電流限制在20mA左右。LED的光輸出會隨著電流的增大而增加，目前很多功率型LED的驅(qū)動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，因此需要改進封裝結(jié)構(gòu)。采用全新的LED封裝設(shè)計理念，運用低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)，可以改善熱特性。例如，可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，將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)熱性能十分重要。 |
