5 表面贴装封装
在 2002 年,表面贴装封装的 LED(SMD LED)逐渐被市场所接受,并获得一定的市场份额,从引脚式封装转向 SMD 符合整个电子行业发展大趋势,很多生产厂商推出此类产品。
早期的 SMD LED 大多采用带透明塑料体的 SOT-23 改进型,外形尺寸 3.04×1.11mm,卷盘式容器编带包装。在 SOT-23 基础上,研发出带透镜的高亮度 SMD 的 SLM-125 系列,SLM-245 系列 LED,前者为单色发光,后者为双色或三色发光。近些年,SMD LED 成为一个发展热点,很好地解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题,采用更轻的 PCB 板和反射层材料,在显示反射层需要填充的环氧树脂更少,并去除较重的碳钢材料引脚,通过缩小尺寸,降低重量,可轻易地将产品重量减轻一半,最终使应用更趋完美,尤其适合户内,半户外全彩显示屏应用。
表 3 示出常见的 SMD LED 的几种尺寸,以及根据尺寸(加上必要的间隙)计算出来的最佳观视距离。焊盘是其散热的重要渠道,厂商提供的 SMD LED 的数据都是以 4.0×4.0mm 的焊盘为基础的,采用回流焊可设计成焊盘与引脚相等。超高亮度 LED 产品可采用 PLCC(塑封带引线片式载体)-2 封装,外形尺寸为 3.0×2.8mm,通过独特方法装配高亮度管芯,产品热阻为 400K/W,可按 CECC 方式焊接,其发光强度在 50mA 驱动电流下达 1250mcd。七段式的一位、两位、三位和四位数码 SMD LED 显示器件的字符高度为 5.08-12.7mm,显示尺寸选择范围宽。PLCC 封装避免了引脚七段数码显示器所需的手工插入与引脚对齐工序,符合自动拾取—贴装设备的生产要求,应用设计空间灵活,显示鲜艳清晰。多色 PLCC 封装带有一个外部反射器,可简便地与发光管或光导相结合,用反射型替代目前的透射型光学设计,为大范围区域提供统一的照明,研发在 3.5V、1A 驱动条件下工作的功率型 SMD LED 封装。
6 功率型封装
LED 芯片及封装向大功率方向发展,在大电流下产生比Φ5mmLED 大 10-20 倍的光通量,必须采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光衰问题,因此,管壳及封装也是其关键技术,能承受数 W 功率的 LED 封装已出现。5W 系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型 LED 从 2003 年初开始供货,白光 LED 光输出达 1871m,光效 44.31m/W 绿光衰问题,开发出可承受 10W 功率的 LED,大面积管;匕尺寸为 2.5×2.5mm,可在 5A 电流下工作,光输出达 2001m,作为固体照明光源有很大发展空间。
Luxeon 系列功率 LED 是将 A1GalnN 功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上,然后把完成倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中,键合引线进行封装。这种封装对于取光效率,散热性能,加大工作电流密度的设计都是最佳的。其主要特点:热阻低,一般仅为 14℃/W,只有常规 LED 的 1/10;可靠性高,封装内部填充稳定的柔性胶凝体,在 -40-120℃范围,不会因温度骤变产生的内应力,使金丝与引线框架断开,并防止环氧树脂透镜变黄,引线框架也不会因氧化而玷污;反射杯和透镜的最佳设计使辐射图样可控和光学效率最高。另外,其输出光功率,外量子效率等性能优异,将 LED 固体光源发展到一个新水平。
Norlux 系列功率 LED 的封装结构为六角形铝板作底座(使其不导电)的多芯片组合,底座直径 31.75mm,发光区位于其中心部位,直径约(0.375×25.4)mm,可容纳 40 只 LED 管芯,铝板同时作为热沉。管芯的键合引线通过底座上制作的两个接触点与正、负极连接,根据所需输出光功率的大小来确定底座上排列管芯的数目,可组合封装的超高亮度的 AlGaInN 和 AlGaInP 管芯,其发射光分别为单色,彩色或合成的白色,最后用高折射率的材料按光学设计形状进行包封。这种封装采用常规管芯高密度组合封装,取光效率高,热阻低,较好地保护管芯与键合引线,在大电流下有较高的光输出功率,也是一种有发展前景的 LED 固体光源。
在应用中,可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯 PCB 板上,形成功率密度 LED,PCB 板作为器件电极连接的布线之用,铝芯夹层则可作热沉使用,获得较高的发光通量和光电转换效率。此外,封装好的 SMD LED 体积很小,可灵活地组合起来,构成模块型、导光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。
功率型 LED 的热特性直接影响到 LED 的工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等,因此,对功率型 LED 芯片的封装设计、制造技术更显得尤为重要。