封装中的光学问题解析
兆龙互连 共封装光学-概述说明以及解释
兆龙互连共封装光学-概述说明以及解释1.引言1.1 概述兆龙互连是一种高速、高带宽的数据传输技术，它通过共封装光学技术实现数据的传输和通信。
共封装光学技术则是指将光学元件集成到封装器件中，与电子器件共同封装，以实现高速、低功耗、低延迟的数据传输。
在现代通信和计算领域，传统的电子互连技术已经遇到了瓶颈。
随着数据量和速度的不断增加，电子互连所面临的问题也日益突出，例如信号衰减、串扰、功耗和延迟等。
兆龙互连采用光学元件作为传输媒介，通过光信号的传输和处理，能够克服传统电子互连存在的问题，实现更高速、更稳定的数据传输。
共封装光学技术是兆龙互连的重要组成部分，它将光学元件与电子封装器件相结合，实现了光学和电子的紧密集成。
共封装光学技术具有尺寸小、功耗低、带宽高等优势，可以有效解决电子互连面临的瓶颈问题。
同时，共封装光学技术还能够提高系统的可靠性和稳定性，具有很高的应用前景。
本文将重点介绍兆龙互连和共封装光学技术的原理、优势以及在通信和计算领域的应用。
同时，还将对兆龙互连的重要性进行总结，并展望共封装光学技术的未来发展趋势。
最后，结论部分将对兆龙互连和共封装光学技术进行综合评价，并提出相关建议。
通过本文的阐述，读者将能够深入了解兆龙互连和共封装光学技术的重要性和优势，为其在实际应用中发挥作用提供参考和借鉴。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以考虑如下编写：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行介绍和讨论兆龙互连共封装光学技术相关内容：2.1 兆龙互连的定义和原理：在本部分，我们将详细介绍兆龙互连的概念和基本原理。
我们将解释什么是兆龙互连技术，包括其核心概念、工作原理和基本组成部分等内容。
通过深入理解兆龙互连的定义和原理，读者可以更好地理解后续部分的共封装光学技术介绍以及兆龙互连的优势。
2.2 共封装光学技术的介绍：在这一节，我们将详细介绍共封装光学技术。
我们将解释共封装光学技术的基本概念和原理，包括其在封装层次中的应用、光学器件的封装方式和相关技术等。
LED封装的一次光学系统优化设计
万方数据《半导体光电））２００８年１０月第２９卷第５期张鉴等：ＬＥＤ封装的一次光学系统优化设计的结构进行非序列光线追迹，来模拟得到不同封装参数条件下的光能接收面的光亮度分布。
最后，本文还将对模拟的结果做较为详细的对比分析，得到该一次光学系统的一组优化结果。
２ＬＥＤ环氧封装的一次光学系统设计２．１ＬＥＤ发光芯片的实体简化建模光源的实体模型又称为光源几何造型，它是光源大小、形状、位置、方向、材料的综合表示，还反映光源的反射、折射、吸收等相关特性。
ＬＥＤ内部的发光芯片是ＬＥＤ一次光学系统的光源，因此ＬＥＤ发光芯片的模型是ＬＥＤ整体光学建模的基础。
通常，ＬＥＤ芯片内部包括限制层、有源层、基底、电极等几个部分。
从有源层出射的光子是随机的，即光子在空间各个方向都有可能出射。
光子离开ＬＥＤ芯片表面时的出射点在芯片表面上随机分布，且在芯片６个面均有不同程度出射。
但芯片外围的反光碗会改变从ＬＥＤ芯片边缘出射的光子路径，同时芯片底部的电极也会吸收部分光子，因而我们用一个立方体来表示ＬＥＤ芯片，该立方体的上表面为主要发光源。
由于芯片的厚度相对于主要发光面非常小，芯片侧面的发光可以忽略不计。
发光点在主要发光面上随机分布，也就是将六个面的发光特性集中定义在其一个面上，而这个面也同时向反射碗底出射光子。
这样可提高光线追迹效率，并保证足够的准确度。
定义该发光面出射的光线角度分布ｊ（口）符合朗伯余弦定律：Ｊ（口）＝ｊｏＣＯＳ０（１）式中，日为该方向与平面法向的夹角，Ｊ。
为法向光强。
该面的发光特性如图１所示。
甥謦图１发光面光线分布示意图２．２反光碗的模型设计由于ＬＥＤ发光芯片已构成标准的体光源，反射碗的面积相对来说非常小，因此本文采用目前通用的分段直线反光碗模型。
反光碗的材料应有较高的反射率，将由其对应的反射和漫射指数，以及它作为高斯散射体的参数盯值来定义。
ＬＥＤ封装的一次光学系统设计还必须确定反光碗的大小和位置参数，我们用底部直径、顶部直径、外径、台基厚度和碗深来表示其形状和大小，如图２所示。
光器件封装工艺
光器件封装工艺1. 引言光器件封装工艺是指将光学元件（如激光二极管、光纤等）与电子元件（如芯片、电路板等）相结合，形成完整的光电子系统的过程。
在光通信、激光加工、医疗设备等领域中，光器件封装工艺起到至关重要的作用。
本文将详细介绍光器件封装工艺的流程、材料选择、常见问题及解决方案。
2. 光器件封装工艺流程2.1 设计和制造基板在进行光器件封装之前，首先需要设计和制造基板。
基板的设计应考虑到电路布局、信号传输和散热等因素。
常用的基板材料有陶瓷基板和有机基板，选择合适的材料可以提高整个系统的性能。
2.2 焊接焊接是将光学元件与电子元件相连接的关键步骤。
常见的焊接方法包括手工焊接和自动化焊接。
手工焊接适用于小批量生产，而自动化焊接适用于大规模生产。
在焊接过程中，需要注意温度控制、焊接时间和焊接质量的检测。
2.3 封装封装是将光学元件和电子元件放置在封装盒中，并固定在基板上的过程。
封装盒的选择应考虑到光学元件的保护、信号传输和散热等因素。
常见的封装盒材料有金属、陶瓷和塑料等。
不同的封装方式适用于不同的应用场景，如TO-Can、SMD等。
2.4 测试与质量控制完成光器件封装后，需要进行测试与质量控制。
测试包括光学性能测试、电气性能测试和可靠性测试等。
通过测试可以评估光器件封装的质量，并对不合格产品进行筛选和修复。
3. 光器件封装工艺材料选择3.1 基板材料选择基板材料在光器件封装中起到承载电子元件和传输信号的作用。
常见的基板材料有陶瓷基板（如铝氮化铝）和有机基板（如FR-4）。
陶瓷基板具有优异的导热性能和耐高温性能，适用于高功率应用；而有机基板成本较低，适用于一般应用。
3.2 封装盒材料选择封装盒的材料选择与光学元件的保护、信号传输和散热等因素密切相关。
金属封装盒具有良好的散热性能和电磁屏蔽性能，适用于高功率应用；陶瓷封装盒具有优异的耐高温性能和机械强度，适用于特殊环境下的应用；塑料封装盒成本较低，适用于一般应用。
LED的封装、检测与应用和LED的一次光学设计
LED的一次光学设计
1、模粒材料的种类
（1） 硅胶透镜 a. 因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用直接封装 在LED芯片上。 b. 一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。 （2）PMMA透镜 a. 光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），俗称亚克力。 b . 塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完 成）；透光率高（3mm 厚度时穿透率93% 左右）；缺点：温度不能 超过80°（热变形温度92度）。
LED的封装、检测与应用
LED的一次光学设计
LED的一次光学设计
• LED的一次光学设计与二次光学设计 概述 • 引脚式LED的一次光学设计 • 提高芯片发光强度与出光效率的方 式
LED的一次光学设计
• LED的一次光学设计与二次光学设 计概述
1、一次光学设计
把LED 芯片封装成LED光电零组件时，要先进行一次光学设计 。故一次光学设计主要是针对芯片、支架、模粒这三要素的设计 。
LED的一次光学设计
（2）反射式
背向反射 正向反射
•反射面为一镀有反射膜的抛物面，管 芯位于抛物面焦点。 •优点：集光效率高，可以达到80%以上 。 •缺点：芯片对光线有遮挡。 •要求芯片的纵横比小，横向尺寸：纵 向尺寸>4
•正向反射式使用的是抛物面侧面区 域。 •优点：工艺简单，纵横比适中。光 束发散小，集光效80%以上，光线无 遮挡。
光学设计结构图
LED光学设计基本元件 透镜 非球面反射镜 一次光学设计 抛物面 椭球面 折光板 曲形折光板 梯形折光板 柱形折光板 柱球形折光板 双曲面
芯片
模粒
支架
折射式
反射式
折反射式
背向反射式 正向反射式
LED的一次光学设计
LED环氧树脂封装的光学设计与模拟
第31卷第10期 2008年10月合肥工业大学学报(自然科学版)JOURNAL OF H EFEI UNIVERSITY OF TECH NOLOGYV ol.31No.10 Oct.2008收稿日期:2007211202;修改日期:2007212220基金项目:合肥工业大学博士学位专项基金资助项目(1082035026)作者简介:张 鉴(1977-),男,浙江慈溪人,博士,合肥工业大学讲师,硕士生导师;杨明武(1958-),男,安徽滁州人,合肥工业大学教授,硕士生导师.LED 环氧树脂封装的光学设计与模拟张 鉴1, 杨明武1, 胡智文2(1.合肥工业大学应用物理系,安徽合肥 230009; 2.温州大学计算机科学与工程学院,浙江温州 325035)摘 要:环氧树脂封装结构的光学系统设计是提高该类LED 光学性能、降低试验成本的必经之路。
文章基于照明光学系统的非成像特点,利用光学建模和非序列光线追迹方法,对LED 封装进行设计与模拟;通过改变光学封装的形状和材料参数,对封装后的LED 发光亮度特性进行探讨,并对设计进行了原理性验证;得到了影响LED 光学性能的主要封装参数与照明特性的相关变化规律,对LED 封装的参数设计具有参考和指导作用。
关键词:发光二极管;环氧树脂封装;光线追迹;计算机辅助设计;模拟中图分类号:T N202 文献标识码:A 文章编号:100325060(2008)1021695204Design and simulation of LED epoxy resin packagesZH ANG Jian 1, YA NG Ming 2wu 1, H U Zhi 2wen 2(1.Dept.of Applied Ph ysics,H efei University of Technology,H efei 230009,China;2.School of Computer Science and Engineerin g,Wen zhou University,Wen zhou 325035,Ch ina)Abstr act:An excellent design of epoxy resin str ucture is very important to improve the LED device op 2tical performance and reduce the experiment cost.The designing and simulating of LED packages are completed based on the non 2sequence ray tracking theory.Some cor relative parameters of the epoxy resin structure and material are changed and analyzed so as to obtain the regular ity of the intensity dis 2tribution.The simulated results will provide some useful referrence for LED packaging computer 2ai 2ded design.Key words:light emitting diode(LED);epoxy resin package;r ay tracking;computer 2aided design;simulation发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件。
LED封装技术与失效分析
LED封装技术与失效分析LED（Light Emitting Diode，发光二极管）封装技术及其失效分析是一个非常重要的领域，对于提高LED灯的可靠性和性能具有关键影响。
本文将对LED封装技术和失效分析进行详细介绍，以期增进读者对该领域的了解。
一、LED封装技术1. 芯片分离：将大面积的芯片切割成小芯片，通常为1mm x 1mm或大于1mm x 1mm的尺寸。
切割后的芯片通常需要进行光电特性的测试来筛选出良好的品质。
2.载箱：将分离的芯片粘贴到一个或多个电极载体上，形成一个小的光电晶体芯片。
载体通常由陶瓷、铝基板、硅基板等材料制成，以提供良好的导热性能和机械强度。
3.焊接：使用金属焊料将芯片连接到载体上的电极上，实现电流和信号的传输。
4.封装：将载体和焊接的芯片套入塑料封装材料中，形成完整的LED封装体。
5.温度循环老化：通过在特定温度范围内循环加热和降温，以模拟LED在使用过程中的温度变化情况，检验封装的可靠性和耐受性。
LED封装技术的目标是提供良好的热传导、电气连接和物理保护。
适当的封装技术可以提高LED的光电效率、光照强度和颜色稳定性。
常见的LED封装技术包括DIP（插装封装）、SMD（面贴封装）、COB（晶片封装）等，每种技术都有其特定的适用场景和优势。
二、LED失效分析虽然LED具有长寿命和高可靠性的特点，但仍然存在一些常见的失效模式和原因需要进行分析和解决。
以下是几种常见的LED失效模式及其分析：1.热失效：温度是影响LED寿命和性能的重要因素之一、高温容易导致LED芯片的电子结构损坏和荧光粉材料的老化。
因此，合理的散热设计和电流控制非常重要。
2.电子损坏：LED芯片中的PN结构易受静电放电、过电流等电子性失效的影响。
一个常见的解决方法是在制造过程中引入防静电措施和电流保护电路。
3.湿度和环境腐蚀：潮湿的环境和腐蚀性气体可能导致LED元件内部金属接触部分的腐蚀，甚至引起短路。
因此，密封技术和材料在应对这类环境挑战方面发挥着重要作用。
led封装原理
led封装原理
LED（LightEmittingDiode，中文称为发光二极管）是一种半导体器件，它可以将电能转化为光能，并能够发出单色或多色的光。
LED封装是将LED芯片封装在塑料或金属外壳内，以保护芯片并更好地控制光的发光方向和强度。
LED封装的原理主要包括以下几个方面：
1.光学设计：LED封装的外壳要具备一定的光学设计，以确保LED发出的光能够满足特定的应用要求。
例如，有些LED需要发出特定的光谱，需要采用适合的光学材料和设计方式。
2.导热设计：由于LED发光时会产生热量，而高温会影响LED 的寿命和性能，因此LED封装还需要具备导热设计。
常见的导热材料包括铝基板、陶瓷基板等。
3.电路设计：LED封装还需要具备相应的电路设计，以确保芯片能够正常工作。
常见的电路设计包括串联、并联等。
4.外壳材料选择：LED封装的外壳材料一般选择塑料或金属。
塑料外壳具备良好的防水、防震、防静电等特性，适合用于室内照明等场景；金属外壳则具备更好的散热性能，适合用于高功率LED 灯等场景。
总之，LED封装原理涉及到光学、导热、电路和外壳材料等多个方面，需要综合考虑以满足不同的应用需求。
- 1 -。
管芯封装与应用对半导体照明光源的影响
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
管芯封装与应用对半导体照明光源的影响
作为被普遍看好的第三代照明光源，以功率型LED 为核心的半导体照明与白炽灯、荧光灯相比，在器件封装上有很大不同：
1）温度对LED 材料的发光特性有较大的影响，因此，散热问题在LED 器件的封装中占有十分重要的地位；
2）从光学角度而言，功率型LED 器件发光面积小，其出光角为半球出光角，可以近似为朗伯光源。
这种类似点光源的发光特性使得特定的照度分布，并保持较高光能利用效率，但需采用特殊的光学系统；
3）功率LED 采用直流工作，工作电压仅为几伏，但工作电流较大，这对照明驱动电源也提出了新要求。
热量对功率型LED 的影响集中体现以下方面：
1）由于热量集中在尺寸很小的芯片内，结区温度容易升高，从而降低芯片的发光效率，降低芯片周围荧光粉的激射效率，严重影响器件的光学性能，同时热应力的非均匀分布也容易降低器件的寿命和稳定性；
2）在使用多个LED 密集排列的白光照明系统中，由于模块间相互影响，因此高热阻会导致器件失效等问题。
因此，散热是功率型LED 的重要研究课题。
对于LED 器件的热量处理，除了芯片层面减少管芯热阻之外，对封装而言，应采用高热导率的封装材料、设计合理热沉、采用多芯片封装、优化驱动电源等以降低封装后器件的热阻，提高器件性能。
从光学角度看，成像光学系统得到的光源影像，其光场分布只是发生了缩放，而LED 应用于照明时，要求获得具有特定照度分布的同时保持高光能利用率，因而光学系统与成像光学系统有本质区别，针对LED 封装的光。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
从图中我们可以清晰的看到 H=2.7时 I类光线的比例为55% 中心光强3.5W/sr的主峰几乎 都是由I类光线中心峰值为3.2 的主峰所贡献 中间部分两者相似度极高 这与前面所述结果吻合
距离（mm）
5.7 0
8.2
角度（R2.45 半球） 峰值强度（R2.45 半球）
角度拟合
5.6 9.4
5.5
10.5
5.4
5.3
5.2
5.1
5
4.9
4.8
4.7
4.6
4.5
4.4
4.3
4.2
4.1
4
3.9
3.8
3.7
3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
3
2.9
2.8
2.7 0
12.3
14.3
16.6
的两个指标之一。
4、辐射亮度 （Radiance) Le 面辐射源在单位体单位时间内从 表面的单位面积上辐射出的能量 单位 W/(sr*m2) 容易与辐射强度搞混
光学概念
5、辐射照度（Irradiance Flux density ) 单位时间内投射到单位面积上的辐射能量 单位 W/m2 mw/cm2 Ee
6、辐射出射度（Radiant exitance）Me
面辐射源在单位时间内从单位面积上辐射 出的辐射能量 单位W/m2
光学概念
7、配光曲线 用于表征光源在空间各个方向的强度分布 一条曲线只表征一个切面的光强分布；旋转对称结构 只需要一条配光曲线 8、光强角 光束角：
CIE 50%光强之间的角度 FWHM 半光强角 H
发射管模型分析——卡点对三类光线比例的影响
• 改变光源与环氧透镜的距离，同时会对I II III 三类光线产生影响 • 卡点距离改变 ， I 类 II类 光线的比例会随着距离不同而改变，Ⅱ类光线可能为0,Ⅰ 类取决于透镜的包络角
本案中III类光线的比例为23%,由反光碗的参数唯一确定，碗杯对芯片的包络角，杯深
Ⅲ类光线经球面后0.66mw/sr 55H（1.25mw/sr 42H) I+III =1.12ms/sr 65H
6、卡点移动后，Ⅲ类光线的角度范围在50~80度 强度在0.3~0.7mw/sr 之间。
I类光线的角度范围在6~140度，强度范围在0.3~28mw/sr（2.4 mw） Ⅱ类光线呈圆环分布，强度范围在0.2mw/sr 以下 角度110度 7、当Ⅰ 类光线的峰值强度＞10倍左右的其他光线时，此时属于小角度应用 其他因素可以被忽略。
不同波长的电磁波（光） 有不同的特性与用途
光学概念
2、辐射通量又称辐射功率（Radiant flux ) (Φe energetic vs Φv vision) 单位时间通过某个截面的辐射能，是以辐射形式发射、传播或接收的功率 单位：W mW 2.1辐射通量VS电功率 能量转换效率 η 剩余部分转换成热量
Step1:了解三类光线的特点
Step2:根据目标配光曲线、找出曲线上三类光线的子配光曲线
Step3:根据碗杯和卡点确认三类光线的比例
设计
Step4:设计或者选择合适的透镜完成样品，如不符重复step2-4
Step4:修改工艺参数使之与目标配光曲线一致
验证
Step3:根据对应的子类光线，验证影响该类光线的工艺参数 Step2:找出差异部分是由哪部分子配光曲线影响
光学概念 总结
辐射强度 角度 50% 10% Ie mw/sr 辐射照度 Ee mw/m2
辐射功率 Ф e mw
配光曲线
峰值波长 半波宽
发射管模型分析
LED发出的光线经过一次封装光学结构可以将光线分为三部分： 光线Ⅰ ，直接射向球面透镜的光线 小角度主要贡献光线 I II III II III
光线Ⅱ，入射到圆柱面的光线 背景光 贡献率低
例：
一款欧司朗红外发射管 If=100mA Vf=1.5V Pi=150mW Φe（Po)=60mW η=60/150=40% 某款光磊3535光源 If=350mA Vf=1.68V Pi=588mW Φe（Po)=300mW η=60/150=51%
2.2对光源有 总辐射通量 、某个角度范围内的辐射通量 、有效辐射通量（有效角度内）
28 32
38.4 44
0.31
49
54
0.4 63 67
角度（度）
60
0.47 0.56
71 75 81
80 0.666 86 90 93 95.6 0.6
0.78
100 0.88
98
99
0.8
107
108 112
1
120
0.965
140
1.2
峰值强度（W/SR)
58
发射管模型分析——III类光线分析
光线Ⅲ，经过反光碗后投射到透镜的光线，贡献率取决与经反光碗后偏离轴线的角度
*三部分的光线比例由反光碗和卡点高度确定
最终的配光曲线由三部分光线线性叠加得到 分析问题时：将配光曲线拆分成三部分，找出每一类光线在配光曲线上的影响
发射管模型分析
1、辐射功率2.4mw 2、+反射杯 均匀分布到180度空间 Ie=0.38mw/sr 光学模型峰值强=0.48mw/sr 角度137H
19.4
20
22
0.23 0.195 25.2
0.165
0.14
0.112
0.093
0.047 0.044 0.042 0.04 0.039 0.037 0.035 0.033 0.062 0.058 0.055 0.052 0.049 0.065 0.07 0.078 0.2
35.5
40 0.395 0.267
IES 10%光强之间的角度 full angle 全角 半角 ±5度 F 30度（50%)、80度（10%） 30H 80F
光学概念
9、峰值波长 λpeak nm um 半波宽 Δλ 50% 42nm 850nm 940nm
10、折射率 光在真空中的传播速率比上在该介质中传播 的速率。 符号为n，n=c/v 10.1、同一种介质中不同波长的光折射率不同，一种波长对应 一个折射率，波长越长折射率越小； 10.2、一束光从真空进入一种介质，频率不变，波长变为该折射率下 的波长； 10.3、常用材料折射率： 硅胶（1.41 1.55），环氧树脂（1.51），PMMA(1.49)
水（1.33） 玻璃K7 (1.52) PC(1.59)
ABS(1.56) HDPE(1.5)
光学概念
11、折射 光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变 折射定律 n1sinθ 1=n2sinθ 2 12、反射 光在传播到不同物质时，在分界面上改变传播方向又返回原来物质中 13、全反射： 光密介质：折射率大的介质 光疏介质：折射率小的介质 光从光密介质向光疏介质传播时，当光线入射角度大于一个临界角时，光线不发生折射 而发生发射，这个临界角叫做布儒斯特角 环氧树脂对空气的布儒斯特角为41.8度
H=2.7mm 初始结构仿真配光曲线
H=2.7mm I类光线仿真配光曲线
I类光线 配光曲线
I+II类光线 配光曲线
22%能量的II类光线贡献
I+II+III 光线 配光曲线 23%能量III类对主 峰有少量贡献 峰值3.5vs3.2
I+II类光线 配光曲线
R2.45半球封装距离对角度和峰值强度影响
34%光线被反射
（90度 深杯） 剩余66%的光线直接射向透镜
3、34%Ⅲ类光线 反射后可以被视作新的光源 峰值强度1.25mw/sr 42H 4、透镜为R2.45mm半球 同时对Ⅰ 类和Ⅲ类两个光源进行作用，受卡点影响
5、当芯片位于球心时 ，66%的光线都为Ⅰ 类光线角度不发生变化 仍为0.48mw/sr 130H
Step1:样品配光曲线与目标配光曲线不一致
封装中的光学问题解析
XXXX-XXXX XXXXXXXX
两类问题：
1、如何描述封装过程中遇到的光学问题、产品的光学 参数、及每个参数的含义？
2、如何设计我们的产品，控制工艺，使得我们产品的光学参数， 能够符合客户的需求？
光学概念
1、光、电磁波和辐射：能量以电磁波的形式向空间传播 光：本质就是电磁波，按照波长进行划分 810℃ 0.4~0.75um 可见光 0.01~0.4um 紫外光 0.75~3um 近红外 * 3~25um 中红外 25~1000um 远红外 人体辐射的红外波长主要集中在8~14um
有效光学配光效率 η =有效辐射通量/总辐射通量
用于表征该配光系统的效率
这个指标对LAMP产品重要性不大，在公司SIE系列产品规格书中为缺省。
光学概念
3、辐射强度（Radiant Intensity) 辐射通量 Ie
点辐射源在某方向上单位立体角内传送的
单位：W/sr mW/sr
这个指标为LAMP产品最重要