白光LED封装的基础知识
LED封装技术(第七讲)
热点三：倒装(覆晶)技术
倒装共晶LED技术没有了键合金线，降低了LED 封装的成本；改善了金线虚焊、耐大电流能力不足 、封裝硅胶热胀冷缩造成金线断裂、制程中金线影 响良率等问题。 如何制造出低成本、高效率、高性能的倒装LED 将会成为未来的突破口。
国内大部分厂家的“假倒装”存在的技术 风险？
热点四：高压LED封装
LED灯丝优势
1、360°发光立体光源。 2、蓝光芯片 红光芯片 黄绿粉制作白光封装工艺。 3、集成高压驱动，使电源功率因数最大化，灯具 成本最小化。 4、高品质光源，显色指数90以上、光效110lm/W 以上。 5、采用全透明基板材质配合全新360° molding封 装工艺。 6、全新的光线视觉，感受原生态的“白炽灯”光 环境。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
热点六：EMC封装
热点六：EMC封装
EMC封装据有高耐热、抗UV、高度集成、通高电 流、体积小的特点，在某些特定领域有着陶瓷和 PPA无法比拟的优势。 “相比PPA和陶瓷基板，采用环氧树脂的EMC封 装，可实现大规模生产，降低生产成本，设计灵活 ，尺寸可设计，更小、易切割 ”。 “可以在很小的体积上驱动很高的瓦数，将原有 产品性能提升一倍以上，从而压低成本。并且在 0.5-2W这一阶段陶瓷和PPA都没有EMC有竞争力， 被其取代掉。”
COB封装的缺点
暂未发现！ 单位面积光产生过高，发光面太 集中，不适合发光面较大灯具 的应用！
热点三：倒装(覆晶)技术
倒装（Flip Chip）结构， 光从蓝宝石衬底取出，不 必从电流扩散层取出，不 透光的电流扩散层可以加 厚，增加电流密度。
热点三：倒装(覆晶)技术
晶粒底部采用锡(Sn)或金锡 (Au-Sn)等合金作接触面镀层，晶 粒可焊接于镀有金或银的基板上 。当基板被加热至适合的共晶温 度时，金或银元素渗透到金锡合 金层，共晶层固化并将LED焊于 基板上，打破从芯片到基板的散 热系统中的热瓶颈，提升LED寿 命。
LED基础知识大全集(入行科普,新员工入职培训)
给文科生的LED知识大全集随着标准化设备的导入，规模化与模块化的产业过程，技术不再是深不可测，工艺优化，设备优化变成主旋律，未来，掌握了LED基本知识，活用这些知识之后，你就会了解，高深的科技理论不过就是我所推广的简单道理。
叶国光LEDinside做LED这个行业这么久了，很多技术与术语我们都会觉得理所当然，很容易理解，但是细细想又很难系统性地道出个所以然，所以这次我试着来写一篇LED 的基本科普文章，希望对想了解LED的人有所帮助，或者就权当是知识的巩固了，看到最后会发现，活用这些基本知识，会比想象中更简单。
◆发光二极管(LED：Light Emitting Diode)原理介绍▲发光二极管的构造1发光二极管(LED)都是使用「化合物半导体」制作，二种以上的元素键结形成的半导体，称为「化合物半导体」。
例如：砷化镓(GaAs)属于三五族化合物半导体(3A族的镓与5A族的砷)、硒化镉(CdSe)属于二六族化合物半导体(2A族的镉与6A族的硒)等固体材料，化合物半导体的发光效率极佳，因此我们大多利用它来制作发光组件，例如：砷化镓(GaAs)是属于「直接能隙(Direct band gap)」，所以砷化镓晶圆所制作的组件会发光，一般都用来制作发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等发光组件。
发光二极管(LED)的构造如图一(a)所示，直插的灯珠外观呈椭圆形，尺寸与一颗绿豆差不多，但是真正发光的部分只有图中的「芯片(chip)」而已，芯片的尺寸与海边的一粒砂子差不多，这么小的一个芯片就可以发出很强的光，由于发光二极管的芯片很小，所以一片2吋的砷化镓晶圆就可以制作数万个芯片，切割以后再封装，形成如图一(a)的外观，发光二极管的制程与硅晶圆的制程相似，都是利用光刻微影、掺杂技术、蚀刻技术、薄膜成长制作而成。
1(图一发光二极管(LED)的构造与工作原理)▲发光二极管的基本原理如果我们将二极管的芯片放大，如图一(b)的氮化镓发光二极管所示，有金属电极，中间有N型与P型的氮化镓与电极，当发光二极管与电池连接时，电子由电池的负极流入N型半导体，空穴由电池的正极流入P型半导体，电子与空穴在P型与N型的接面处结合，并且由芯片的上方发光，经过椭圆形的塑料封装外壳，由于椭圆形的塑料封装外壳类似凸透镜，具有聚光的效果，可以使发出来1的光线「比较集中」。
大功率白光LED封装温度场模拟及材料优化
。
因此 对 大功率
，
LED
芯 片 的封 装 设
计和材 料优化更 显 得 尤 为重 要
1
。
有 限 元模 型 的建 立
图 2
A NS Y S
中的 LE D 网格划 分
温 度分 布是 电子 封 装 结构 最 重 要 的参数 之
而 对封装结 构温 度 的实 际 测 量 比较 困难
，
，
．
一
，
然
而且 工 作量
言
应用 于 家用 普通 照 明 领域 ．并 开 始应 用 于 汽车 前照 大
灯 ， 是一 项开 创性 的技 术创 新 。可 以说 ，Ｅ 光源 的 这 ＬＤ 发 展将 会 带动 国家 的经济 发展 和全 球环 境 的改善 ｜。 ３ 大 ］
功率 Ｌ Ｄ 制 作要 能可 靠稳定 发 光并应 用 于市场 ， 就 Ｅ 这 是封装 要解 决 的关键 问题 。
，
．
每
18
个月到
，
24
个月可提升
一
倍 的亮 度
，
而在往后 的
十 年 内 预 计亮 度 可 再 提 升 20 倍 随着功 率 的大 幅度
升高 PN 节 点 的产热 也 大大 的提高
，
、
，
而 这 部分热 量 会
、 、
直接 影 响到 L E D 的工 作温 度 发 光 效率 发 光 光谱 使
用 寿命 等性 能
．
光 L E D 照 明灯 具 其结 构 如 图 l 所 示
，
。
LE D
灯具主要
P CB
，
自然 对 流 散 热 不 考 虑 材 料 之 间 的 接 触 热 阻 认 为 它 们
LED特性和白光LED的基础知识与驱动色坐标和波长与电流的关系
ＬＥＤ特性和白光ＬＥＤ的基础知识与驱动 很多年来，发光二极管（ＬＥＤ）广泛的应用于状态显示与点阵显示板。
现在，不仅可以选择近期刚刚研发出来的蓝光和白光产品（普遍用于便携设备），而且也能在已有的绿光、红光和黄光产品中选择。
例如，白光ＬＥＤ被认为是彩色显示器的理想背光源。
但是，必须注意这些新型ＬＥＤ产品的固有特性，需要为其设计适当的供电电源。
本文描述了新、旧类型ＬＥＤ的特性，以及对驱动电源的性能要求。
标准红光、绿光和黄光ＬＥＤ 使LED工作的最简单的方式是，用一个电压源通过串接一个电阻与LED相连。
只要工作电压(V B)保持恒定，LED就可以发出恒定强度的光(尽管随着环境温度的升高光强会减小)。
通过改变串联电阻的阻值能够将光强调节至所需要的强度。
对于５ｍｍ直径的标准ＬＥＤ，图１给出了其正向导通电压（ＶＦ）与正向电流（ＩＦ）的函数曲线。
［１］ 注意ＬＥＤ的正向压降随着正向电流的增大而增加。
假定工作于１０ｍＡ正向电流的绿光ＬＥＤ应该有５Ｖ的恒定工作电压，那么串接电阻ＲＶ 等于（５Ｖ －ＶＦ，１０ｍＡ）／１０ｍＡ ＝ ３００。
如数据表中所给出的典型工作条件下的曲线图（图２）所示，其正向导通电压为２Ｖ。
图１． 标准红光、绿光和黄光ＬＥＤ具有１．４Ｖ至２．６Ｖ的正向导通电压范围。
当正向电流低于１０ｍＡ时，正向导通电压仅仅改变几百毫伏。
图２． 串联电阻和稳压源提供了简单的ＬＥＤ驱动方式。
这类商用二极管采用ＧａＡｓＰ （磷砷化镓）制成。
易于控制，并且被绝大多数工程师所熟知，它们具有如下优点： •所产生的色彩(发射波长)在正向电流、工作电压以及环境温度变化时保持相当的稳定性。
标准绿光LED发射大约565nm的波长，容差仅有25nm。
由于色彩差异非常小，在同时并联驱动几个这样的LED时不会出现问题(如图3所示)。
正向导通电压的正常变化会使光强产生微弱的差异，但这是次要的。
通常可以忽略同一厂商、同一批次的LED之间的差异。
白光LED封装的基础知识
白光LED封装的基础知识白光LED (Light-Emitting Diode) 是一种能够发射出白光的半导体光源。
它是一种高效能、长寿命、无污染、低电压操作和小尺寸的光源，因此在照明、显示、室内和室外装饰等领域得到了广泛应用。
下面是关于白光LED封装的基础知识。
1.白光LED的构成：2.LED芯片：3.封装材料：封装材料是保护LED芯片并对光进行聚焦和散射的重要组成部分。
通常使用的材料有环氧树脂、硅胶、聚合物等，其中环氧树脂是最常见的一种。
封装材料的选择可以影响到LED的耐热性、耐湿性和耐光性等特性。
4.封装类型：常见的白光LED封装类型包括：二氧化硅模制封装(DIP)、瓷制封装、表面贴装(SMT)封装等。
每种封装类型都有不同的优缺点，适用于不同的应用场景。
5.色温和色彩指数：白光LED的发光颜色可以通过不同的荧光或磷光材料来调节，以满足不同的照明需求。
色温是用来描述白光颜色的参数，单位为开尔文(K)。
常见的色温有暖白色(2700-3500K)、自然白色(4000-5000K)、冷白色(5500-6000K)等。
色彩指数(CRI)则用来评估光源显示颜色的准确程度，数值越大代表颜色越自然。
6.光通量和光效：光通量是描述光源总发光量的参数，单位为流明 (lm)。
光效是指光源单位功率所产生的光输出效果，单位为流明/瓦特 (lm/W)。
光通量和光效是评价白光LED性能的重要指标，对于照明应用来说尤为重要。
7.热管理：由于LED的工作过程会产生热量，良好的热管理是确保LED长寿命和稳定性能的关键。
常用的热管理方式包括散热片、散热胶和金属基板等。
8.应用领域：白光LED在照明、显示、室内和室外装饰等领域有广泛应用。
在照明方面，它可以代替传统的白炽灯、荧光灯等光源，用于家庭照明、商业照明、道路照明等；在显示方面，它被广泛应用于电视、显示屏、手机、平板电脑等产品；在室内和室外装饰方面，它被用于灯带、灯泡、车辆装饰等。
白光LED封装 色坐标分析
白光LED封装由于高辉度蓝光LED的问世，因此利用荧光体与蓝光LED的组合，就可轻易获得白光LED。
目前白光LED已成为可携式信息产品的主要背光照明光源，未来甚至可成为一般家用照明光源。
此外最近几年出现高功率近紫外LED，同样的可利用荧光体变成白光LED，LED的特点是小型、低耗电量、寿命长，若与具备色彩设计自由度、稳定、容易处理等特点的荧光体组合时，就可成为全新的照明光源。
通常LED与荧光体组合时，典型方法是将荧光体设于LED附近，主要原因是希望荧光体能高效率的将LED产生的光线作波长转换，而将荧光体设于光线放射密度较高的区域，对波长转换而言是最简易的方法。
此外荧光体封装方法决定白光LED的发光效率与色调，因此接着将根据白光化的观点，深入探讨LED与荧光体的封装技术。
蓝色LED+YAG荧光体的白光化封装图1是目前已商品化白光LED，具体而言它是将可产生黄光的YAG:Ce荧光体分散于透明的环氧树脂内，再用设于碗杯内的蓝色LED产生的光线激发转换成白光，这种方式的白光发光机制是利用LED产生蓝色光线，其中部份蓝光会激发YAG荧光体变成黄色发光，剩余的蓝光则直在外部进行蓝光与黄光混色进而变成白光，这种方式的特点是结构简单，只需在LED的制作过成中追加荧光体涂布工程即可，因此可以大幅抑制制作成本，此外另一特点是色度调整非常单纯。
图1 蓝光LED+YAG荧光体图2是改变树脂内YAG荧光体浓度之后，LED色坐标plot的结果，由图可知只要色坐标是在LED与YAG荧光体两色坐标形成的直线范围内，就可任意调整色调，依此可知YAG荧光体浓度较低时，蓝色穿透光的比率较多，整体就会呈蓝色基调白光；相对的如果YAG荧光体浓度较高时，黄色转换光的比率较多，整体呈黄色基调白光。
如上所述将部份蓝色LED当作互补色的方式，不需要高密度(与树脂的百分比)的荧光体涂布，因此可以有效降低荧光体的使用量。
一般而言荧光体与树脂的百分比，虽然会随着YAG荧光体的转换效率，与碗杯的形状而改变，不过10～20wt%左右低配合比就能获得白光。
LED照明基础知识培训教材PPT课件
⑵贴片式
LED灯（LED Lamp） 食人鱼LEd（Piranha LED）
2、按功率大小分
PCB LED
Top View LED
SideView LED
⑴小功率LED：额定工作电流If ≤100mA（单芯片）
⑵大功率LED：大功率LED：额定工作电流If≥100mA（单芯片)
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5
3、按发光颜色分类 ⑴单色光LED
LED照明基本知识及应用
IDV国际电工
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1
目录
一、LED基本知识 二、热学基础知识 三、光学基础知识 四、LED驱动基础知识
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2
1.LED的定义
一、LED基本知识
LED— Light Emitting Diode
：（半导体）发光二极管一种当有
一定正向电流通过时能发射出一定波长的光，即可以将电能转化为光
2、结温对LED的影响
1) 发光强度降低，随着芯片结温的增加，芯片的发光效率 效率也 会随之减少，芯片结温越高，发光强度下降
越快。
2) 发光主波长偏移，当LED 的温度升高时，LED 的波长的
大致变化规律为每升高10 度，波长红移1nm，主波长的变化
将会引起混色效果的变化，还会偏移黄色荧光粉的激发峰值
2、LED芯片由三个基本功能区组成： ①P型半导体，多数载流子是空穴； ②N型半导体，多数载流子是电子； ③P型区与N型区之间的PN结，通常会形成1至5个周期的量子阱。
N型载流子 （电子）
价带
导带
禁带，Eg
P型载流子 （空穴）
能量
能级跃迁—复合模型
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9
3、当电流通过电极作用于芯片时，N型区的电子和P型区的空穴被推向PN 结，在多量子阱内电子跟空穴复合，复合所产生的能量以光（有效复合 ）和热（无效复合）的形式释放，这就是LED发光的基本原理。
白光led封装技术与封装材料(good)
白光LED封装由于高辉度蓝光LED的问世，因此利用荧光体与蓝光LED的组合，就可轻易获得白光LED。
目前白光LED已成为可携式信息产品的主要背光照明光源，未来甚至可成为一般家用照明光源。
此外最近几年出现高功率近紫外LED，同样的可利用荧光体变成白光LED，LED 的特点是小型、低耗电量、寿命长，若与具备色彩设计自由度、稳定、容易处理等特点的荧光体组合时，就可成为全新的照明光源。
通常LED与荧光体组合时，典型方法是将荧光体设于LED附近，主要原因是希望荧光体能高效率的将LED产生的光线作波长转换，而将荧光体设于光线放射密度较高的区域，对波长转换而言是最简易的方法。
此外荧光体封装方法决定白光LED的发光效率与色调，因此接着将根据白光化的观点，深入探讨LED与荧光体的封装技术。
蓝色LED+YAG荧光体的白光化封装图1是目前已商品化白光LED，具体而言它是将可产生黄光的YAG:Ce荧光体分散于透明的环氧树脂内，再用设于碗杯内的蓝色LED产生的光线激发转换成白光，这种方式的白光发光机制是利用LED产生蓝色光线，其中部份蓝光会激发YAG荧光体变成黄色发光，剩余的蓝光则直在外部进行蓝光与黄光混色进而变成白光，这种方式的特点是结构简单，只需在LED的制作过成中追加荧光体涂布工程即可，因此可以大幅抑制制作成本，此外另一特点是色度调整非常单纯。
图1 蓝光LED+YAG荧光体图2是改变树脂内YAG荧光体浓度之后，LED色坐标plot的结果，由图可知只要色坐标是在LED与YAG荧光体两色坐标形成的直线范围内，就可任意调整色调，依此可知YAG荧光体浓度较低时，蓝色穿透光的比率较多，整体就会呈蓝色基调白光；相对的如果YAG荧光体浓度较高时，黄色转换光的比率较多，整体呈黄色基调白光。
如上所述将部份蓝色LED当作互补色的方式，不需要高密度(与树脂的百分比)的荧光体涂布，因此可以有效降低荧光体的使用量。
一般而言荧光体与树脂的百分比，虽然会随着YAG荧光体的转换效率，与碗杯的形状而改变，不过10～20wt%左右低配合比就能获得白光。
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大功率LED的COB封装
• 大功率LED：单颗LED芯片的功率在1瓦及以上 • COB( chip on board )封装：集成式封装,即多个芯片用封 装胶封装在同一个基板上，最外面用亚克力盖子包覆 • 高密度组合，光效高 • 适合在灯具（室内、室外及景观照明）上作为背光源
大功率白光LED的SMT封装
⒈ 固晶 ⒉ 焊线
⒋ 灌封
⒊ 点胶
⒌ 测试
固晶
• 用硅胶把芯片固定在支架上 • 固晶胶的选择基准参数：按关键 程度从高到低依次为：粘接力， 耐老化性，绝缘性，导热率 • 基于粘接力考虑在HB LED和 COB LED上更常用环氧
蓝光芯片 LED支架
固晶常用的信越产品
产品名称 产品类别 KER-3000-M2
照明技术的演变
白炽灯
卤素灯
荧光灯
LED灯
照明LED的发展
1969年
1976年
1993年
1999年
LED封装技术的发展
发展趋势：功率增大，热阻减小；从信号传输和显示到照明应用
LED的封装类型
引脚式 功率型 直插式
侧面发光式 表贴式 顶部发光式 智能式（无反光）
角度一：仅仅从封装外形上来分类
LED的封装类型
问题与讨论
谢
谢
特殊改良有机硅 高硬度高折射率 透明，双组分,1:1
KER-2500
甲基类有机硅 高硬度耐热性好 透明，双组分,1:1
KER-6110
苯基类有机硅 高折射率中等硬度 透明，双组分, 3:7
混合后粘度 MPa.s
标准固化条件
500
100度1小时+150度5小 时 1.52 74D 抗弯强度25N/mm2 88
常规小功率（电流不超过20毫安）
大功率（电流大于350毫安）
角度二：仅仅从发光功率上来分类
LED的封装类型
单颗灯珠
多颗灯珠矩阵式
角度三：仅仅从发光点数上来分类
LED的封装类型
传统显示型
光传输型
照明型
角度四：仅仅从用途上来分类
直插式LED
• 又叫：炮弹头式LED或草帽式LED • Lamp式 • 典型尺寸代表：Ф5mm
蓝光芯片
LED支架
灌封
• 将点好配粉胶的灯珠封装 • 从（点胶和灌封的）用胶 工艺上可分为一次成型和 二次封装 • 一次成型就是配粉和封装 都用同一种硅胶 • 二次封装就是配粉和封装 和灌封）常用的信越产品
产品名称 产品类别 产品优越性 外观 SCR-1018
内容（三）
• • • • • • • LED发出白光的常见方法 硅胶在LED封装上用在哪里 大功率白光LED的封装流程 单颗LED灯珠的封装流程 固晶 固晶常用的信越产品 焊线
内容（四）
• • • • • • 点胶 灌封 封装（点胶和灌封）常用的信越产品 封装常用的道康宁当前产品系列 测试 问题与讨论
4300
100度1小时+150度5小 时 1.41 70A 抗拉强度10MPa 90
3500
100度1小时+150度4小 时 1.52 45D 抗拉强度5.3MPa 90
折射率 23度589纳米 硬度 强度 透光率 % 400nm/2mm
封装常用的道康宁当前产品系列
测试
• 将封装好的灯珠做相应测试（光学和电学 性能：光，电，色，热，可靠性等）
18
150度3小时或者180度1 小时 5.64 NA 1 27 4.0 2800
比重 g/cm3 硬度 导热率 W/m.K 热阻 mm2K/W 剪切强度 MPa 粘接强度 g
焊线
• 将金线与芯片和支架连接
蓝光芯片 LED支架
点胶
• 将调匀荧光粉后的硅胶 点在芯片上方 • 所用硅胶多为凝胶和硬 度较软的硅橡胶，中等 粘度 • 常用0E-6550; KER2500; KER-6110等
长期使用性质稳定 光色不因温度、时间、日照、晶片效率 而改变
激发响应时间快：约120纳秒
可以吸收短波长光，放出长波长光，而 且吸收和放出的过程可逆
LED荧光粉的使用
LED发出白光的常见方法
最经济实用最常见
硅胶在LED封装上用在哪里
透镜
封装硅胶
大功率白光LED的封装流程
单颗LED灯珠的封装流程
引脚式中的功率型LED
• • • • 常见为食人鱼式（外形像亚马逊河中的食人鱼） 铜支架，面积大，四引脚，散热好，光衰小，寿命长 食人鱼式的热阻比直插式的热阻小50% 可耐受70-80毫安的电流，广泛用在汽车照明中
表贴式LED
• • • • SMT式( surface mount technology ) 体积小，散射角大，发光均匀性好，可靠性高 手机和笔记本电脑中的背光源 常见尺寸型号：3528；5050
透明绝缘胶
KER-3200-T1
绝缘白胶
SMP-2800L
导电银胶
产品优越性
外观
降低芯片被腐蚀的风险
透明
反射型绝缘导热胶
白色
导电
灰色
粘度 Pa.s
标准固化条件
40
100度1小时+150度2小 时 1.13 56D 0.2 14.8(%) 3.9 NA
24
100度1小时+150度2小 时 2.54 71D 0.6 16.5 (%) 3.6 2000
大功率白光LED的生产物料
• LED支架（管壳）
在支架上固定芯片，连接金线，安装透镜
• LED蓝光芯片
发出蓝光
• LED荧光粉
受蓝光激发发出白光
• LED封装硅胶
保护芯片和金线，调和荧光粉，可做透镜
LED支架
LED支架
LED蓝光芯片
芯片
Die
晶元
Wafer
LED荧光粉
对LED荧光粉的特性要求：
白光LED封装的基础知识
上海西怡新材料科技有限公司
宣云遐 技术服务工程师
2012-8-17
内容（一）
• • • • • • • 照明技术的演变 照明LED的发展 LED封装技术的发展 LED的封装类型（从四个角度分类） 直插式LED 引脚式中的功率型LED 表贴式LED
内容（二）
• • • • • • • 大功率LED的COB封装 大功率白光LED的SMT封装 大功率白光LED的生产物料 LED支架 LED蓝光芯片 LED荧光粉 LED荧光粉的使用