【LED小課堂】快速了解LED封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

LED封裝技術(shù)和結(jié)構(gòu)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(gè)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(chǎng)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(jìn)。常 用3~5mm封裝結(jié)構(gòu),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(shí)也可作為顯示 屏。其缺點(diǎn)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(wèn)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封裝已出現(xiàn)。5W系列白、綠、藍(lán)綠、藍(lán)的功率型LED從2003年初開(kāi)始供貨,白光LED光輸出達(dá) 1871m,光效44.31 lm/W綠光衰問(wèn)題,開(kāi)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(dá)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(chǎng)所接受,并獲得一定的市場(chǎng)份額從引腳式封裝轉(zhuǎn)向SMD符合整個(gè)電子行業(yè)發(fā)展大趨勢(shì),很多生產(chǎn)廠商推出此類(lèi)產(chǎn)品。

SMDLED是目前LED市場(chǎng)占有率最高的封裝結(jié)構(gòu),這種LED封裝結(jié)構(gòu)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(cè)面,通過(guò)向外平展或向內(nèi)折彎形成器件管腳。改進(jìn)型的SMDLED結(jié)構(gòu)是伴隨著白光LED照明技術(shù)出現(xiàn)的,為了增大單個(gè) LED器件的使用功率以提高器件的亮度,工程師開(kāi)始尋找降低SMDLED熱阻的辦法,并引入了熱沉的概念。這種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)降低了最初SMDLED結(jié)構(gòu)的高 度,金屬引線框架直接置于LED器件底部,通過(guò)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(guò)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(shù)的發(fā)展,SMD封裝技術(shù)已經(jīng)克服了散熱、使用壽命等早期存在的問(wèn)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(guò)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(shì)。PCB 板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂),也可以是高熱導(dǎo)的金屬基或陶瓷基復(fù)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(shù)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(yīng)用角度來(lái)看,COB將成為未來(lái)燈具化設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)LED芯片的合理配置,降低單個(gè)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(kuò)大封裝的散熱面積,使熱量更容易傳導(dǎo)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(méi)有適用的核心光源組件而采取的做法,不但耗工費(fèi)時(shí),而且 成本較高。實(shí)際上,如果走“COB光源模塊—LED燈具”的路線,不但可以省工省時(shí),而且可以節(jié)省器件封裝的成本。


總之,無(wú)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(kāi)的。