1、LED 封装技术大都是从分立器件封装技术基础上发展而来的，但也有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而 LED 封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于 LED。 LED 的核心发光部分是由型和型半导体构成的 PN 结管芯，当注入 PN 结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但 PN 结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管
2、芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高 LED 的内、外部量子效率。常规 5mm 型LED 封装是将边长为 0.25mm 的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝键合为内引线并与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质（掺或不掺散色剂），有透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角较小，其有源层产生的光只有小
3、部分被取出，大部分留在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射从而导致过多光损失，应选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性、绝缘性、机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率较高。选择不同折射率的封装材料和不同封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到 LED 的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。 一般情况下，LED 的发光波长随 温度变化为 0.20.3m/，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正
4、向电流流经 PN 结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每 升高 1，LED 的发光强度会相应地减少 1左右。封装散热时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数 LED 的驱动电流限制在 20左右。但是，LED 的光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型 LED 的驱动电流可以达到70、100甚至 1级，这就需要改进封装结构，采用全新的 LED 封装设计理念和低热阻封装结构及技术、改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的表面积，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，PCB 线路板等的热设计
5、、导热性能也十分重要。 进入 21 世纪后，LED 的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红、橙LED 光效已达到 100lm/W，绿 LED 为 501m/W，单只 LED 的光通量也达到数十lm。LED 芯片和封装不再沿袭传统的设计理念与制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限于改变材料内杂质数量、晶格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，增强 LED 内部产生光子出射的几率，提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能，加速表面贴装化 SMD 进程更是产业界研发的主流方向。2、产品封装结构类型 自上世纪 90 年代以来，LED 芯片及材料制作技
6、术的研发取得多项突破，透明衬底梯形结构、纹理表面结构、芯片倒装结构，商品化的超高亮度（1cd 以上）红、橙、黄、绿、蓝的 LED 产品相继问市，2000 年开始在低、中光通量的特殊照明中获得应用。LED 的上、中游产业受到前所未有的重视，进一步推动下游的封装技术及产业发展，采用不同封装结构形式与尺寸、不同发光颜色的管芯及其双色或三色组合方式，可生产出多种系列、品种、规格的产品。 LED 产品封装结构的类型是根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等情况特征来分类的。单个管芯一般构成点光源，多个管芯组装一般可构成面光源和线光源，作信息、状态指示及显示用，发光显示器也是用多个管芯，通过管芯的适当
7、连接（包括串联和并联）与合适的光学结构组合而成的，构成发光显示器的发光段和发光点。表面贴装 LED 可逐渐替代引脚式 LED，应用设计更灵活，已在 LED 显示市场中占有一定的份额，有加速发展的趋势。固体照明光源有部分产品上市，成为今后 LED 中、长期发展的方向。3、引脚式封装 LED 引脚式封装采用引线架作各种封装外型的引脚，是最先研发成功投放市场的封装结构，品种数量繁多，技术成熟度较高，封装内结构与反射层仍在不断改进。标准 LED 被大多数客户认为是目前显示行业中最方便、最经济的解决方案，典型的传统 LED 安置在能承受 0.1W 输入功率的包封内，其0的热量是由负极的引脚架散发至 PC
8、B 板，再散发到空气中，如何降低工作时 PN 结的温升是封装与应用必须考虑的。包封材料多采用高温固化环氧树脂，其光性能优良，工艺适应性好，产品可靠性高，可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透镜封装，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸，例如，圆形按直径分为 2mm、3mm、4.4mm、5mm、7mm 等数种，环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果。花色点光源有多种不同的封装结构：陶瓷底座环氧树脂封装具有较好的工作温度性能，引脚可弯曲成所需形状，体积小；金属底座塑料反射罩式封装是一种节能指示灯，适合作电源指示用；闪烁式将振荡电路芯片与 LED 管芯组合封装，可自行产生较强视觉冲击的闪烁光；
9、双色型由两种不同发光颜色的管芯组成，封装在同一环氧树脂透镜中，除双色外还可获得第三种的混合色，在大屏幕显示系统中的应用极为广泛，并可封装组成双色显示器件；电压型将恒流源芯片与 LED 管芯组合封装，可直接替代 524的各种电压指示灯。面光源是多个 LED 管芯粘结在微型 PCB 板的规定位置上，采用塑料反射框罩并灌封环氧树脂而形成，PCB 板的不同设计确定外引线排列和连接方式，有双列直插与单列直插等结构形式。点、面光源现已开发出数百种封装外形及尺寸，供市场及客户选用。LED 发光显示器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各种多位产品，由实际需求设计成各种形状与结构。以数码管为例，有反射罩式、
10、单片集成式、单条七段式等三种封装结构，连接方式有共阳极和共阴极两种，一种就是通常说的数码管，两位以上的一般称作显示器。反射罩式具有字型大，用料省，组装灵活的混合封装特点，一般用白色塑料制作成带反射腔的七段形外壳，将单个 LED 管芯粘结在与反射罩的七个反射腔互相对位的 PCB 板上，每个反射腔底部的中心位置是管芯形成的发光区，用压焊方法键合引线，在反射罩内滴入环氧树脂，与粘好管芯的 PCB 板对位粘合，然后固化即成。反射罩式又分为空封和实封两种，前者采用散射剂与染料的环氧树脂，多用于单位、双位器件；后者上盖滤色片与匀光膜，并在管芯与底板上涂透明绝缘胶，提高出光效率，一般用于四位以上的数字显示。
11、单片集成式是在发光材料晶片上制作大量七段数码显示器图形管芯，然后划片分割成单片图形管芯，粘结、压焊、封装带透镜（俗称“鱼眼”透镜）的外壳。单条七段式将已制作好的大面积 LED 芯片，划割成内含一只或多只管芯的发光条，如此同样的七条粘结在数码字形的可伐架上，经压焊、环氧树脂封装构成。单片式、单条式的特点是微小型化，可采用双列直插式封装，大多是专用产品。LED 光柱显示器在 106mm 长度的线路板上，安置 101 只管芯（最多可达 201 只管芯），属于高密度封装，利用光学的折射原理，使点光源通过透明罩壳的 1315 条光栅成像，完成每只管芯由点到线的显示，封装技术较为复杂。半导体 PN 结的电
12、致发光机理决定 LED 不可能产生具有连续光谱的白光，同时单只 LED 也不可能产生两种以上的高亮度单色光，只能在封装时借助荧光物质，蓝或紫外 LED 管芯上涂敷荧光粉，间接产生宽带光谱，合成白光；或采用几种（两种或三种、多种）发不同色光的管芯封装在一个组件外壳内，通过色光的混合构成白光 LED。这两种方法都取得实用化，日本 2000 年生产白光 LED 达 1亿只，发展成一类稳定的发白光的产品，并将多只白光 LED 设计组装成对光通量要求不高，以局部装饰作用为主，追求新潮的电光源。4、表面贴装封装 在 2002 年，表面贴装封装的 LED（SMD LED）逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份
13、额，从引脚式封装转向 SMD 符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商相继推出此类产品。 早期的 SMD LED 大多采用带透明塑料体的 SOT23 改进型，外形尺寸3.041.11mm，卷盘式容器编带包装。在 SOT23 基础上，研发出带透镜的高亮度 SMD 的 SLM125 系列、SLM245 系列 LED，前者为单色发光，后者为双色或三色发光。近些年，SMD LED 成为一个发展热点，很好地解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题，采用更轻的 PCB 板和反射层材料，在显示反射层需要填充的环氧树脂更少，并去除较重的碳钢材料引脚，通过缩小尺寸，降低重量，可轻易地将产品重量减轻一半，最
14、终使应用更趋完美，尤其适合户内，半户外全彩显示屏应用。焊盘是 SMD LED 散热的重要渠道，厂商提供的 SMD LED 的数据都是以4.0mm4.0mm 的焊盘为基础，采用回流焊可设计成焊盘与引脚相等。超高亮度LED 产品可采用 P（塑封带引线片式载体）2 封装，外形尺寸为3.0mm2.8mm，通过独特方法装配高亮度管芯，产品热阻为 400/W，可按方式焊接，其发光强度在 50驱动电流下达 1250cd。七段式的一位、两位、三位和四位数码 SMD LED 显示器件的字符高度为 5.0812.7mm，显示尺寸选择范围宽。P封装避免了引脚七段数码显示器所需的手工插入与引脚对齐工序，符合自动拾取贴
15、装设备的生产要求，应用设计空间灵活，显示鲜艳清晰。多色 P封装带有一个外部反射器，可简便地与发光管或光导相结合，用反射型替代目前的透射型光学设计，为大范围区域提供统一的照明，研发在 3.5、1驱动条件下工作的功率型 SMD LED 封装提供有利条件。5、功率型封装 LED 芯片及封装向大功率方向发展，在大电流下产生比 5mmLED 大 1020 倍的光通量，必须采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光衰问题，因此，管壳及封装也是其关键技术，能承受数瓦功率的 LED 封装已出现。5W 系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型 LED 从 2003 年初开始供货，白光 LED 光输出达 1871，光效 44.3
16、1m/W，就光衰问题，开发出可承受 10W 功率的 LED 大面积管；其尺寸为2.5mm2.5mm，可在 5电流下工作，光输出达 2001，作为固体照明光源有很大发展空间。 系列功率 LED 是将 AlGaInN 功率型倒装管芯，倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上，然后把完成倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中，键合引线进行封装。这种封装对于取光效率，散热性能，加大工作电流密度的设计都是最佳的。其主要特点：热阻低，一般仅为 14/W，只有常规 LED 的 1/10；可靠性高，封装内部填充稳定的柔性胶凝体，在40120范围，不会因温度骤变产生的内应力，使金丝与引线框架断开，并防止环氧树脂透镜变黄，引线
17、框架也不会因氧化而玷污；反射杯和透镜的最佳设计使辐射图样可控和光学效率最高。另外，其输出光功率、外量子效率等性能优异，将 LED 固体光源发展到一个崭新水平。N系列功率 LED 的封装结构为六角形铝板做底座（使其不导电）的多芯片组合，底座直径 31.75mm，发光区位于其中心部位，直径约0.37525.4mm，可容纳 40 只 LED 管芯，铝板同时作为热沉。管芯的键合引线通过底座上制作的两个接触点与正、负极连接，根据所需输出光功率的大小来确定底座上排列管芯的数目，可组合封装的超高亮度的 AlGaInN 和 AlGaInP 管芯，其发射光分别为单色、彩色或合成的白色，最后用高折射率的材料按光学
18、设计形状进行包封。这种封装采用常规管芯高密度组合封装，其光效率高、热阻低，能较好地保护管芯与键合引线，在大电流下有较高的光输出功率，也是一种有发展前景的 LED 固体光源。在应用中，可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯 PCB 板上，形成功率密度 LED，PCB 板作为器件电极连接的布线之用，铝芯夹层则可作热沉使用，获得较高的发光通量和光电转换效率。此外，封装好的 SMD LED 体积很小，可灵活地组合起来，构成模块型、导光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。功率型 LED 的热特性直接影响到 LED 的工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等，因此，对功率型 LED 芯片的封装设计、制造技术更显得尤为重要。
