LED封裝技術(shù)大部是在分立器件封裝技術(shù)基礎上發(fā)展與演變而來的，但卻有很大的特殊性。—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封裝則完成輸出電信號、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)的設計及技術(shù)要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。LED的核心發(fā)光部分是由P型和N型半導體構(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)載流子復合時，就會發(fā)出可見光、紫外光或近紅外光。

PN結(jié)區(qū)發(fā)出的光是非定向的，即向各個方向發(fā)自有相同的概率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光部可以釋放出來，這主要取決于半導體材料的質(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。常規(guī)Φ5mm型LED封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯黏結(jié)或燒結(jié)在引線架上，管芯的正很通過球形接觸點與金絲鍵合為內(nèi)引線與—條引腳相連，負很通過反射杯和引線架的另引腳相連，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)f摻或幣I謄散色劑），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)部的全反射缶界角很小，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)生全反射導魏過多光損失，選用相應折射率的環(huán)氧樹脂作過渡，提高管芯的光出射效率。構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂需具有耐濕性、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~l斟，封裝幾伺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面型，其相應視角將增大。

—般情況下，LED的發(fā)光渡長隨溫度變化為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的發(fā)光強度會相應地減少1%左右，封裝散熱保持色純度與發(fā)光強度非常重要，以往多采用減少其驅(qū)動電流的辦法來降低結(jié)溫，多數(shù)LED的驅(qū)動電流限制在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(qū)動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，需要改進封裝結(jié)構(gòu)，采用全新的LED封裝設計理念和低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)，來改善熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu)，選用導熱性能好的銀膠，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，在應用設計中，PCB線路板等的熱設計、導熱性也十分重要。

進入21世紀后,LED的高效化、很高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅、橙LED光效已達到100lm/W，綠LED為50lm/W，單只LED的光逼量也達到數(shù)+lm。LED芯片和封裝不再沿襲傳統(tǒng)的設計理念與制造生產(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內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的概率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優(yōu)化設計，改進光學性能，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20世紀90年代以來，LED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)，商品化的很高亮度（1cd以上）紅、橙、黃、綠、藍的LED產(chǎn)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、中游產(chǎn)業(yè)受到前所未有的重視，進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)出多種系列的產(chǎn)品。

LED產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)的類型很多，可根據(jù)發(fā)光顏色、芯片材料、發(fā)光亮度、尺寸大小等特征來分類。單個管芯一般構(gòu)成點光源，多個管芯組裝一般構(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)）與臺適的光學結(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的中、長期發(fā)展方向。

引腳式封裝

LED引腳式封裝采用引線架作各種封裝外形的引腳，是較先研發(fā)成功并投放市場的封裝結(jié)構(gòu)。其品種數(shù)量繁多，技術(shù)成孰度較高，封裝內(nèi)結(jié)構(gòu)與反射層仍在不斷改進。標準LED大多數(shù)客戶認為是目前顯示行業(yè)中較方便、較經(jīng)濟的解決方案，典型的專統(tǒng)LED置在能承受0.1W輸入功率的包封內(nèi)，其90%的熱量由負很的引腳架散發(fā)至PCB。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，封裝在同環(huán)氧樹脂透鏡中，除雙色外還可獲得第三種混合色，在大屏幕顯示系統(tǒng)中的應用很為廣泛，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管芯黏結(jié)在微型PCR昀規(guī)定位置上，采用塑料反射框罩并灌封環(huán)氧樹脂而形成的，PCB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(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，供市場及窖戶適用。

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、單條七段式三種封裝結(jié)構(gòu)，連接方式有共陽很和共陰很兩種。一位就是通常說的數(shù)碼管，兩位以上的—般稱作顯示器。反射罩式具有字型大、用料省、組裝靈活的屁臺封裝特點，—般用白色塑料制作成帶反射腔的七段外殼，將單個LED管芯黏結(jié)在與反射罩的七個反射腔互相對位的PCB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)滴入環(huán)氧樹脂，與粘好管芯的PCB對位粘臺，然后固化即成。反射罩式又分為空封和實封兩種。前者采用散自蠐』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，—般用于四位以上的數(shù)字顯示。列于單片集膩，在發(fā)光材料晶片上制作大量七殷數(shù)碼顯示器圖形管芯，然后劃片分割成單片圖形管芯，黏結(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，如此同樣的七條黏結(jié)在數(shù)碼字形的支架上，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光柱顯示器在106mm長度的線路板上，安置101只管芯（較多可達201只管芯），屬于高密度封裝，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，完成每只管芯由點到線的顯示，封裝技術(shù)較為復雜。

半導體PN結(jié)的電致發(fā)光機理決定LED不可能產(chǎn)生具有連續(xù)光譜的白光，同時單只LED不可自自產(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管芯上涂敷熒光粉，間接產(chǎn)生寬帶光譜，合成白光，或者采用幾種（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。這兩種方法都取得實用化，日本2000年生產(chǎn)白光LED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，追求新潮的光源。

表面貼裝封裝

表面貼裝封裝的LED（SMD LED）符臺整個電子行業(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大多采用帶透明塑料體的SOT-23改進型，外形尺寸為304mm×1.11mm．采用卷盤式容器犏帶包裝。在SOT-23基礎上，研發(fā)出了帶透鏡的高亮度SMD的SLM-125系列和SLM245系列LED。前者為單色發(fā)光，后者為雙色或三色發(fā)光。近些年，SMD LED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，較終使應用更趨完美，尤其適合戶內(nèi)和半戶外全彩顯示屏應用。廠商提供的SMD LED的數(shù)據(jù)都是以40mmx40mm的焊盤為基礎的，采用回流焊可設計成焊盤與引腳相等。很高亮度LED產(chǎn)品司采用PLCC（塑封帶引線片式載體）2封裝，外形尺寸為30mmx28mm，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50mA3K動電流下達1250mcd，七殷式的位、兩位、三位和四位數(shù)碼SMDLED顯示器件的字符高度為508-127mm，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備的生產(chǎn)要求，應用設計空間靈活，顯示鮮艷清晰。

多色PLCC封裝帶有個外部反射器，可簡便地與發(fā)光管或光導相結(jié)合，用反射型替代目前的透射型光學設計，為大范圍區(qū)域提供統(tǒng)一的照明。

功率型封裝

LED芯片及封裝向大功率方向發(fā)展，在大電流下產(chǎn)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(guān)鍵技術(shù)，能承受數(shù)瓦功率的LED封裝已出現(xiàn)。

Luxeon系列功率LED是將AIGalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點的硅載體上，然后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉與管殼中，鍵合引線進行封裝的。這種封裝對于取光效率、散熱性能、加大工作電流密度的設計都是較佳的。其主要特點熱陽低，—般僅為14℃/W，只有常規(guī)LED的1/10?？煽啃愿撸庋b內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體，在-40~120℃范圍，不會因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應力而使金絲與引線框架斷開，并防止環(huán)氧榭脂透鏡變黃，引線框架也不會因氧化而玷污j反射杯和透鏡的較佳設計使輻射圖樣可控和光學效率較高。

Norlux系列功率LED的封裝結(jié)構(gòu)為六角形鋁板作底座（使其不導電）的多芯片組合，底座直徑為31.75mm，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，可容納40只LED管芯，鋁板同時作為熱沉。管芯的鍵合引線通過底座上制作的兩葉接觸點與正、負很連接，根據(jù)所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數(shù)目，可組合封裝的很高亮度的AIGalnN和AIGalnP管芯，其發(fā)射光分別為單色、彩色或合成的白色，較后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(guī)管芯高密度組合封裝，取光效率高，熱陽低，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，也是種有發(fā)展前景的LED固體光源。在應用中，可將已封裝產(chǎn)品組裝在葉帶有鋁夾層的金屬OPCB上，形成功率密度LED。PCB作為器件電很連接的布線之用，鋁芯夾層則可作熱沉使用，獲得較高的發(fā)光逼量和光電轉(zhuǎn)換效率。此外，封裝好的SMDLED體積很小，可靈活地組合起來，構(gòu)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-眭直接影響到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(shù)更顯得尤為重要。