第二章第二章 LED封装封装LED的封装的封装属属LED的中游产业的中游产业靠设备靠设备关于关于关于关于LEDLED封装封装封装封装关于关于LED封装封装l2.1 引脚式封装引脚式封装l2.2 平面发光器件封装平面发光器件封装l2.3 SMD的封装的封装l2.4 食人鱼食人鱼LED的封装的封装l2.5 大功率大功率LED的封装的封装关于关于关于关于LEDLED封装封装封装封装关于关于LED封装封装关于关于关于关于LEDLED封装封装封装封装LED封装解决的问题封装解决的问题l电学：电极连接保护电学：电极连接保护l光学：光束整形光学：光束整形l热学：散热热学：散热关于关于关于关于LEDLED封装封装封装封装LED封装的电学问题封装的电学问题l封装的对象是芯片，芯片的尺寸小从封装的对象是芯片，芯片的尺寸小从200200m到到1.6661.666mm，其上的，其上的电电极更极更小，要将内部小，要将内部电电极引到外部极引到外部电电极，同极，同时时要要对电对电极极进进行保行保护护。关于关于关于关于LEDLED封装封装封装封装LED封装的光学问题封装的光学问题lLED的的pn结电子和空穴的复合产生可见、紫外、结电子和空穴的复合产生可见、紫外、红外光。红外光。lpn结发出的光向各个方向的几率相同。结发出的光向各个方向的几率相同。l为了使光尽可能发射到感兴趣的方向上，为了使光尽可能发射到感兴趣的方向上，LED封装要考虑封装结构对光的变换作用，即一次封装要考虑封装结构对光的变换作用，即一次光学设计。光学设计。关于关于关于关于LEDLED封装封装封装封装2.1 引脚式封装引脚式封装引脚式封装内容引脚式封装内容l一、引脚式封装引言一、引脚式封装引言l二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备l三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境l四、四、LED点亮时的热量导出点亮时的热量导出l五、一次光学设计五、一次光学设计引脚式封装引脚式封装引脚式封装引脚式封装引脚式封装引脚式封装一、引脚式封装引言一、引脚式封装引言引脚式封装引脚式封装一、引脚式封装引言一、引脚式封装引言l引脚式引脚式LED封装方式是最普通、最常用的一种封装方式是最普通、最常用的一种封装形式。封装形式。引脚式封装引脚式封装一、引脚式封装引言一、引脚式封装引言引脚式封装引脚式封装引脚式封装引脚式封装lLEDLED芯片：粘接在引线架（也称支架）上。芯片：粘接在引线架（也称支架）上。l正极：用金丝连接在一个支架上。正极：用金丝连接在一个支架上。l负极：用金丝连接在支架反射杯内，或用银浆负极：用金丝连接在支架反射杯内，或用银浆粘接在支架反射杯内。（根据粘接在支架反射杯内。（根据L L型还是型还是V V型电极型电极来确定）。来确定）。l顶部：用环氧树脂包封，做成圆柱顶部：用环氧树脂包封，做成圆柱+ +半球型，半球型，根据圆柱直径命名根据圆柱直径命名3 3、5 5、8 8、1010的的LEDLED一、引脚式封装引言一、引脚式封装引言引脚式封装作用引脚式封装作用l电学：保护芯片、焊线金丝不受侵蚀。电学：保护芯片、焊线金丝不受侵蚀。l光学：光学：l环氧树脂的形状起到透镜的作用，控制光束发散角。环氧树脂的形状起到透镜的作用，控制光束发散角。l环氧树脂的折射率起到芯片与空气的过渡，提高芯环氧树脂的折射率起到芯片与空气的过渡，提高芯片的出光效率，芯片的折射率高，对空气全反射角片的出光效率，芯片的折射率高，对空气全反射角度小，而对环氧树脂，全反射角度增大，使更多的度小，而对环氧树脂，全反射角度增大，使更多的光输出。光输出。l热学：没有特殊散热，因此适用于小功率。热学：没有特殊散热，因此适用于小功率。一、引脚式封装引言一、引脚式封装引言引脚式封装的总体要求引脚式封装的总体要求l出光效率高，选择好的芯片和封装材料进行一出光效率高，选择好的芯片和封装材料进行一次光学设计。次光学设计。l均匀性好，合格率高，黑灯率控制在万分之三。均匀性好，合格率高，黑灯率控制在万分之三。l光斑均匀，色温一致，引脚干净无污点光斑均匀，色温一致，引脚干净无污点一、引脚式封装引言一、引脚式封装引言引脚式封装工艺流程及设备引脚式封装工艺流程及设备l1、划片机、划片机划片划片二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备2、芯片分选机、芯片分选机芯片分选芯片分选二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备3、芯片扩张机、芯片扩张机芯片扩张芯片扩张二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备4、背胶机、背胶机背胶背胶二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备5、自动固晶机、自动固晶机固晶固晶二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备6、烘干箱、烘干箱烘干烘干二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备7、超声波焊线机、超声波焊线机焊线焊线二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备8、显微镜、显微镜检验检验二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备9、灌胶机、灌胶机二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备10、烘干箱、烘干箱烘干烘干二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备11、脱模机、脱模机脱模脱模二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备12、冲压机及半切机、冲压机及半切机半切半切二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备13、LED测试机测试机二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备14、冲压机及全切机、冲压机及全切机全切全切二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备15、烘干箱、烘干箱烘干烘干二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备16、LED分选机分选机分选分选二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备17、打包机（手动）、打包机（手动）打包打包二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备17、打包机（自动）、打包机（自动）打包打包二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备工艺流程及选用设备工艺流程及选用设备l17个步骤繁多，使用设备进行操作个步骤繁多，使用设备进行操作l因此说因此说LDE封装是熟练设备操作的过程封装是熟练设备操作的过程l好的设备、优秀的操作人员、合理的生产环境，好的设备、优秀的操作人员、合理的生产环境，一定可以生产出合格的产品。一定可以生产出合格的产品。二、工艺流程及选用设备二、工艺流程及选用设备三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境做好做好LED的四大重要因素的四大重要因素l人、物、设备、生产环境人、物、设备、生产环境l说明：说明：l只是从生产的角度只是从生产的角度l公司企业：物料采购、生产、销售、人事、财务、公司企业：物料采购、生产、销售、人事、财务、信息信息企业六管企业六管三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境管理机制管理机制lISO9000质量体系质量体系l国际标准化组织国际标准化组织(International Organization for Standardization)的缩写的缩写 l需要认证需要认证三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境管理机制管理机制l物料：物料：l现场物料一定要标识清楚。现场物料一定要标识清楚。l存放位置固定，不能随意乱放。存放位置固定，不能随意乱放。l防止物料混杂。防止物料混杂。l严禁物料取错、配错、过期、受潮。严禁物料取错、配错、过期、受潮。l任何的小错误都会使整批产品报废。任何的小错误都会使整批产品报废。l设备：定期检修、核对。设备：定期检修、核对。l工艺：制定工艺合理，不能随意改变工艺。工艺：制定工艺合理，不能随意改变工艺。三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境LED封装环境封装环境l净化厂房：整体净化厂房：整体10万级，局部万级，局部1万级。万级。l10万级的洁净度是指万级的洁净度是指(按照美国联邦标准按照美国联邦标准209E)在一在一立方英尺的空间内颗粒尺寸大于等于立方英尺的空间内颗粒尺寸大于等于0.5微米的粒微米的粒子数为子数为10万个。万个。 l1英尺（英尺（ft）=0.3048米（米（m） 1英寸（英寸（in）=25.4毫毫米（米（mm） 1英尺英尺=12英寸英寸l温度、湿度可控。温度、湿度可控。l相对湿度：可以表示为在相同温度下样品空气的水相对湿度：可以表示为在相同温度下样品空气的水蒸气压和饱和的蒸气压的比率（百分率）。蒸气压和饱和的蒸气压的比率（百分率）。l有效防静电：电脑里面的显卡（第五章详细介有效防静电：电脑里面的显卡（第五章详细介绍）绍） 三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境三、管理机制和生产环境洁净空间单位体积空气中，以大于或等于被考虑粒径的洁净空间单位体积空气中，以大于或等于被考虑粒径的粒子最大浓度限值进行划分的等级标准。粒子最大浓度限值进行划分的等级标准。 四、四、LED点亮时的热量导出点亮时的热量导出 引脚封装的引脚封装的LED中，中，90%的热量是由负极引脚的热量是由负极引脚散发到印制电路板上的。散发到印制电路板上的。l封装角度：引脚有铜支架和铁支架（我们平时封装角度：引脚有铜支架和铁支架（我们平时使用的一般是铁支架）使用的一般是铁支架）l使用角度：印制电路板上的薄铜板面积留大，使用角度：印制电路板上的薄铜板面积留大，以便于散热。较大功率加风扇，再大功率，如以便于散热。较大功率加风扇，再大功率，如大屏幕显示加空调。大屏幕显示加空调。五、一次光学设计五、一次光学设计一、一次光学设计的概念一、一次光学设计的概念l一次光学设计概念：将一次光学设计概念：将LED芯片封装成芯片封装成LED器器件，必须进行光学设计，这种设计在业内称为件，必须进行光学设计，这种设计在业内称为一次光学设计。一次光学设计。 决定出光角度、光通量大小（光强大小）光强决定出光角度、光通量大小（光强大小）光强分布、色温范围（色温分布）。分布、色温范围（色温分布）。l二次光学设计概念：使用二次光学设计概念：使用LED器件时，整个系器件时，整个系统的出光效果、光强、色温的分布等光学参数统的出光效果、光强、色温的分布等光学参数也需要设计，称为二次光学设计也需要设计，称为二次光学设计一、二次光学设计一、二次光学设计l一次光学设计的对象：是封装时一次光学设计的对象：是封装时LED的芯片。的芯片。l二次光学设计的对象：封装好的二次光学设计的对象：封装好的LED器件。器件。（第五章介绍）（第五章介绍）五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计一次光学设计的三要素一次光学设计的三要素l芯片：芯片：LED放光的主体，在芯片尺寸面积一定放光的主体，在芯片尺寸面积一定的情况下，发光多少直接与芯片的质量有关。的情况下，发光多少直接与芯片的质量有关。l支架：承载芯片，起到固定芯片的作用。支架支架：承载芯片，起到固定芯片的作用。支架碗的形状大小，以及与芯片的匹配程度对光效碗的形状大小，以及与芯片的匹配程度对光效率起重要的作用。率起重要的作用。l模粒：灌满环氧树脂后形成透镜，出光的角度模粒：灌满环氧树脂后形成透镜，出光的角度和光斑质量与模粒形成的透镜有密切关系。和光斑质量与模粒形成的透镜有密切关系。五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计一次光学设计的分类一次光学设计的分类依据：三要素芯片、支架、模粒的相互作用。依据：三要素芯片、支架、模粒的相互作用。l折射式折射式l反射式反射式l折反射式折反射式五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计折射式折射式五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计折射式折射式l聚光面形状：球面或非球面。聚光面形状：球面或非球面。l缺点：聚光面的确定立体角小，约缺点：聚光面的确定立体角小，约70%80%的光从封装的侧面漏出。的光从封装的侧面漏出。五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计l在管芯处增加反光杯，可以将管芯侧面发出的光线收集，在一定程度上可以提高集光效率，但相应会增大发光面的尺寸，从而增大发散角。l如果要求光束很窄、近似为平行光时，必须增大LED的封装尺寸，相当于加长焦距，因而限制了应用范围，因此，增加反光杯不能从根本上解决集光效率低的问题。反射式反射式背向背向五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计反射式反射式前向前向五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计背向反射式和正向反射式异同背向反射式和正向反射式异同背向背向正向正向反射面反射面抛物面抛物面抛物面抛物面镀膜镀膜镀镀不镀不镀芯片有无遮光芯片有无遮光有有无无光束发散角光束发散角大大小小聚光效率聚光效率80%80%结构结构复杂复杂简单简单比较结果选择正向反射式更好比较结果选择正向反射式更好五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计折反射式折反射式五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计折反射式折反射式l是综合了折射式和反射式两种结构的优点。是综合了折射式和反射式两种结构的优点。l在反射式正向反射的基础上增加一个折射面起在反射式正向反射的基础上增加一个折射面起到聚光的作用。到聚光的作用。l具有更高的聚光能力。具有更高的聚光能力。五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计一次光学系统的选择一次光学系统的选择l正向反射和折反射式的立体角分别为正向反射和折反射式的立体角分别为4.7和和5.0，后者结构要复杂些。，后者结构要复杂些。l两种结构的集光效率高和光束质量好，都是封两种结构的集光效率高和光束质量好，都是封装结构的优选。装结构的优选。五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计封装的折射率匹配封装的折射率匹配l类似：单层减反膜的折射率为两边介质折射率类似：单层减反膜的折射率为两边介质折射率之积开根号。之积开根号。lLED芯片和衬底的折射率为芯片和衬底的折射率为2.53，空气折射，空气折射率为率为1，则中间的环氧树脂的折射率取，则中间的环氧树脂的折射率取1.581.7，实际使用最高的为，实际使用最高的为1.5。l折射率高的同时要有好的透光率。折射率高的同时要有好的透光率。五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计五、一次光学设计小结小结l封装解决的是光学、电学、热学方面的问题。封装解决的是光学、电学、热学方面的问题。l对于引脚式封装，一次光学设计可以获得大于对于引脚式封装，一次光学设计可以获得大于80%的聚光效率，的聚光效率，pn电极得到保护，但散热仅电极得到保护，但散热仅靠支架导出，散热性能不理想。靠支架导出，散热性能不理想。l尽管如此，这种尽管如此，这种LED的寿命有的可以达到数万的寿命有的可以达到数万小时以上。小时以上。