【LED小課堂】快速了解LED燈珠的封裝結構形式

LED封裝技術和結構先后擁有了引腳式、功率型封裝、貼片式(SMD)、板上芯片直裝式(COB)四個階段。

(1)引腳式(Lamp)LED封裝

  LED腳式封裝采用引線架作各種封裝外型的引腳,是最先研發(fā)成功投放市場的封裝結構,品種數(shù)量繁多,技術成熟度較高,封裝內(nèi)結構與反射層仍在不斷改進。常 用3~5mm封裝結構,一般用于電流較小(20~30mA),功率較低(小于0.1W)的LED封裝。主要用于儀表顯示或指示,大規(guī)模集成時也可作為顯示 屏。其缺點在于封裝熱阻較大(一般高于100K/W),壽命較短。

  
(2)功率型LED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鍵技術,能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn)。5W系列白、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44.31 lm/W綠光衰問題,開發(fā)出可承受10W功率的LED,大面積管;尺寸為2.5mm X2.5mm,可在5A電流下工作,光輸出達2001 lm,作為固體照明光源有很大發(fā)展空間。

  
(3)表面組裝(貼片)式(SMD)LED封裝

  早在2002年,表面貼裝封裝的LED(SMDLED)逐漸被市場所接受,并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(yè)發(fā)展大趨勢,很多生產(chǎn)廠商推出此類產(chǎn)品。

  SMDLED是目前LED市場占有率最高的封裝結構,這種LED封裝結構利用注塑工藝將金屬引線框架包裹在PPA塑料之中,并形成特定形狀的反射杯,金屬 引線框架從反射杯底部延伸至器件側面,通過向外平展或向內(nèi)折彎形成器件管腳。改進型的SMDLED結構是伴隨著白光LED照明技術出現(xiàn)的,為了增大單個 LED器件的使用功率以提高器件的亮度,工程師開始尋找降低SMDLED熱阻的辦法,并引入了熱沉的概念。這種改進的結構降低了最初SMDLED結構的高 度,金屬引線框架直接置于LED器件底部,通過注入塑料圍繞金屬框架形成反射杯,芯片置于金屬框架之上,金屬框架通過錫膏,直接焊接于線路板上,形成垂直 散熱通道。由于材料技術的發(fā)展,SMD封裝技術已經(jīng)克服了散熱、使用壽命等早期存在的問題,可以用于封裝1~3W的大功率白光LED芯片。

  
(4)COB-LED封裝

  COB封裝可將多顆芯片直接封裝在金屬基印刷電路板MCPCB,通過基板直接散熱,不僅能減少支架的制造工藝及其成本,還具有減少熱阻的散熱優(yōu)勢。PCB 板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂),也可以是高熱導的金屬基或陶瓷基復合材料(如鋁基板或覆銅陶瓷基板等)。而引線鍵合可采用高溫 下的熱超聲鍵合(金絲球焊)和常溫下的超聲波鍵合(鋁劈刀焊接)。COB技術主要用于大功率多芯片陣列的LED封裝,同SMD相比,不僅大大提高了封裝功 率密度,而且降低了封裝熱阻(一般為6-12W/m·K)。

  
從成本和應用角度來看,COB將成為未來燈具化設計的主流方向。COB封裝的
LED模塊在底板上安裝了多枚LED芯片,使用多枚芯片不僅能夠提高亮度,還 有助于實現(xiàn)LED芯片的合理配置,降低單個LED芯片的輸人電流量以確保高效率。而且這種面光源能在很大程度上擴大封裝的散熱面積,使熱量更容易傳導至外 殼。傳統(tǒng)的LED燈具做法是:LED光源分立器件—MCPCB光源模組—LED燈具,主要是基于沒有適用的核心光源組件而采取的做法,不但耗工費時,而且 成本較高。實際上,如果走“COB光源模塊—LED燈具”的路線,不但可以省工省時,而且可以節(jié)省器件封裝的成本。

  
總之,無論是單器件封裝還是模組化COB封裝,從小功率到大功率,LED封裝結構的設計均圍繞著如何降低器件熱阻,改善出光效果以及提高可靠性而展開的。