LED（發(fā)光二極管）封裝是指發(fā)光芯片的封裝，相比集成電路封裝有較大不同。LED的封裝不僅要求能夠保護(hù)燈芯，而且還要能夠透光。所以LED的封裝對封裝材料有特殊的要求。
 

中文名	外文名	led封裝作用	封裝作用
發(fā)光二極管封裝	LED Packaging	完成輸出電信號，保護(hù)管芯正常	保護(hù)管芯和完成電氣互連

 
 
目錄
 
1、概述
2、封裝說明
3、結(jié)構(gòu)說明
4、技術(shù)介紹
5、技術(shù)原理
6、LED封裝分類
7、現(xiàn)狀
8、封裝企業(yè)
 
 
概述
一般來說，封裝的功能在于提供芯片足夠的保護(hù)，防止芯片在空氣中長期暴露或機(jī)械損傷而失效，以提高芯片的穩(wěn)定性;對于LED封裝，還需要具有良好光取出效率和良好的散熱性，好的封裝可以讓LED具備更好的發(fā)光效率和散熱環(huán)境，進(jìn)而提升LED的壽命。
封裝是白光 LED制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理決定了單一的LED芯片無法發(fā)出連續(xù)光譜的白光，因此工藝上必須混合兩種以上互補(bǔ)色的光而形成白光，目前實(shí)現(xiàn)白光LED的方法主要有三種：藍(lán)光LED+YAG黃色熒光粉，RGB三色LED，紫外LED+多色熒光粉，而白光LED的實(shí)現(xiàn)都是在封裝環(huán)節(jié)。良好的工藝精度控制以及好的材料、設(shè)備是白光LED器件一致性的保證。
國內(nèi)LED封裝行業(yè)當(dāng)前發(fā)展已較為成熟，形成了完整的LED封裝產(chǎn)業(yè)鏈。在區(qū)域分布上，珠三角地區(qū)是中國大陸LED封裝企業(yè)最集中，封裝產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的地區(qū)，企業(yè)數(shù)量超過了全國的2/3，占全國企業(yè)總量的68%，除上游LED外延芯片領(lǐng)域稍微欠缺外，匯聚了眾多的封裝物料與封裝設(shè)備生產(chǎn)商與代理商，配套最為完善。其次是長三角地區(qū)，企業(yè)數(shù)量占全國的17%左右，其他區(qū)域共占15%的比例。
 
封裝說明
LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi)，封裝的作用主要是保護(hù)管芯和完成電氣互連。而LED封裝則是完成輸出電信號，保護(hù)管芯正常工作，輸出：可見光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。
 
結(jié)構(gòu)說明
LED的核心發(fā)光部分是由p型和n型半導(dǎo)體構(gòu)成的pn結(jié)管芯，當(dāng)注入pn結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，就會發(fā)出可見光，紫外光或近紅外光。但pn結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個方向發(fā)射有相同的幾率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料，應(yīng)用要求提高LED的內(nèi)、外部量子效率。常規(guī)Φ5mm型LED封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上，管芯的正極通過球形接觸點(diǎn)與金絲，鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相連，負(fù)極通過反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封。反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光，向期望的方向角內(nèi)發(fā)射。頂部包封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀，有這樣幾種作用：保護(hù)管芯等不受外界侵蝕；采用不同的形狀和材料性質(zhì)(摻或不摻散色劑)，起透鏡或漫射透鏡功能，控制光的發(fā)散角；管芯折射率與空氣折射率相差太大，致使管芯內(nèi)部的全反射臨界角很小，其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失，選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹脂作過渡，提高管芯的光出射效率。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性，絕緣性，機(jī)械強(qiáng)度，對管芯發(fā)出光的折射率和透射率高。選擇不同折射率的封裝材料，封裝幾何形狀對光子逸出效率的影響是不同的，發(fā)光強(qiáng)度的角分布也與管芯結(jié)構(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用材質(zhì)和形狀有關(guān)。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED的軸線方向，相應(yīng)的視角較??；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型，其相應(yīng)視角將增大。
一般情況下，LED的發(fā)光波長隨溫度變化為0．2-0．3nm/℃，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當(dāng)正向電流流經(jīng)pn結(jié)，發(fā)熱性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升，在室溫附近，溫度每升高1℃，LED的發(fā)光強(qiáng)度會相應(yīng)地減少1%左右，封裝散熱；時(shí)保持色純度與發(fā)光強(qiáng)度非常重要，以往多采用減少其驅(qū)動電流的辦法，降低結(jié)溫，多數(shù)LED的驅(qū)動電流限制在20mA左右。但是，LED的光輸出會隨電流的增大而增加，很多功率型LED的驅(qū)動電流可以達(dá)到70mA、100mA甚至1A級，需要改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)，全新的LED封裝設(shè)計(jì)理念和低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)，改善熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu)，選用導(dǎo)熱性能好的銀膠，增大金屬支架的表面積，焊料凸點(diǎn)的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此外，在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，PCB線路板等的熱設(shè)計(jì)、導(dǎo)熱性能也十分重要。
進(jìn)入21世紀(jì)后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅、橙LED光效已達(dá)到100Im/W，綠LED為501m/W，單只LED的光通量也達(dá)到數(shù)十Im。LED芯片和封裝不再沿襲傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與制造生產(chǎn)模式，在增加芯片的光輸出方面，研發(fā)不僅僅限于改變材料內(nèi)雜質(zhì)數(shù)量，晶格缺陷和位錯來提高內(nèi)部效率，同時(shí)，如何改善管芯及封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)LED內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)光學(xué)性能，加速表面貼裝化SMD進(jìn)程更是產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的主流方向。
 
技術(shù)介紹
4.1、擴(kuò)晶，把排列的密密麻麻的晶片弄開一點(diǎn)便于固晶。
5.2、固晶，在支架底部點(diǎn)上導(dǎo)電/不導(dǎo)電的膠水(導(dǎo)電與否視晶片是上下型PN結(jié)還是左右型PN結(jié)而定）然后把晶片放入支架里面。
4.3、短烤，讓膠水固化焊線時(shí)晶片不移動。
4.4、焊線，用金線把晶片和支架導(dǎo)通。
4.5、前測，初步測試能不能亮。
4.6、灌膠，用膠水把芯片和支架包裹起來。
4.7、長烤，讓膠水固化。
4.8、后測，測試能亮與否以及電性參數(shù)是否達(dá)標(biāo)。
4.9、分光分色，把顏色和電壓大致上一致的產(chǎn)品分出來。
4.10、包裝。
 
技術(shù)原理
大功率LED封裝由于結(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜，并直接影響到LED的使用性能和壽命，特別是大功率白光LED封裝更是研究熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)。LED封裝的功能主要包括：1.機(jī)械保護(hù)，以提高可靠性；2.加強(qiáng)散熱，以降低芯片結(jié)溫，提高LED性能；3.光學(xué)控制，提高出光效率，優(yōu)化光束分布；4.供電管理，包括交流/直流轉(zhuǎn)變，以及電源控制等。[2] 
LED封裝方法、材料、結(jié)構(gòu)和工藝的選擇主要由芯片結(jié)構(gòu)、光電/機(jī)械特性、具體應(yīng)用和成本等因素決定。經(jīng)過40多年的發(fā)展，LED封裝先后經(jīng)歷了支架式(Lamp LED)、貼片式(SMD LED)、功率型LED(Power LED)等發(fā)展階段。隨著芯片功率的增大，特別是固態(tài)照明技術(shù)發(fā)展的需求，對LED封裝的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)等提出了新的、更高的要求。為了有效地降低封裝熱阻，提高出光效率，必須采用全新的技術(shù)思路來進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)。
 

LED封裝分類

根據(jù)不同的應(yīng)用場合、不同的外形尺寸、散熱方案和發(fā)光效果。LED封裝形式多種多樣。目前，LED按封裝形式分類主要有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED、Flip Chip-LED等。 
6.1、Lamp-LED（垂直LED） 
Lamp-LED早期出現(xiàn)的是直插LED，它的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧樹脂，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱中讓環(huán)氧樹脂固化后，將LED從模腔中脫離出即成型。由于制造工藝相對簡單、成本低，有著較高的市場占有率。
6.2、SMD-LED（表面貼裝LED） 
貼片LED是貼于線路板表面的，適合SMT加工，可回流焊，很好地解決了亮度、視角、平整度、可靠性、一致性等問題，采用了更輕的PCB板和反射層材料，改進(jìn)后去掉了直插LED較重的碳鋼材料引腳，使顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少，目的是縮小尺寸，降低重量。這樣，表面貼裝LED可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，最終使應(yīng)用更加完美。
6.3、Side-LED（側(cè)發(fā)光LED） 
目前，LED封裝的另一個重點(diǎn)便側(cè)面發(fā)光封裝。如果想使用LED當(dāng)LCD（液晶顯示器）的背光光源，那么LED的側(cè)面發(fā)光需與表面發(fā)光相同，才能使LCD背光發(fā)光均勻。雖然使用導(dǎo)線架的設(shè)計(jì)，也可以達(dá)到側(cè)面發(fā)光的目的，但是散熱效果不好。不過，Lumileds公司發(fā)明反射鏡的設(shè)計(jì)，將表面發(fā)光的LED，利用反射鏡原理來發(fā)成側(cè)光，成功的將高功率LED應(yīng)用在大尺寸LCD背光模組上。
6.4、TOP-LED（頂部發(fā)光LED） 
頂部發(fā)光LED是比較常見的貼片式發(fā)光二極管。主要應(yīng)用于多功能超薄手機(jī)和PDA中的背光和狀態(tài)指示燈。
6.5、High-Power-LED（高功率LED）  
為了獲得高功率、高亮度的LED光源，廠商們在LED芯片及封裝設(shè)計(jì)方面向大功率方向發(fā)展。目前，能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn)。比如Norlux系列大功率LED的封裝結(jié)構(gòu)為六角形鋁板作底座(使其不導(dǎo)電)的多芯片組合，底座直徑31．75mm，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，直徑約(0.375×25．4)mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時(shí)作為熱沉。這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝，發(fā)光效率高，熱阻低，在大電流下有較高的光輸出功率，也是一種有發(fā)展前景的LED固體光源。  可見，功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長、使用壽命等，因此，對功率型LED芯片的封裝設(shè)計(jì)、制造技術(shù)顯得更加重要。 
6.6、Flip Chip-LED（覆晶LED） 
LED覆晶封裝結(jié)構(gòu)是在PCB基本上制有復(fù)數(shù)個穿孔，該基板的一側(cè)的每個穿孔處都設(shè)有兩個不同區(qū)域且互為開路的導(dǎo)電材質(zhì)，并且該導(dǎo)電材質(zhì)是平鋪于基板的表面上，有復(fù)數(shù)個未經(jīng)封裝的LED芯片放置于具有導(dǎo)電材質(zhì)的一側(cè)的每個穿孔處，單一LED芯片的正極與負(fù)極接點(diǎn)是利用錫球分別與基板表面上的導(dǎo)電材質(zhì)連結(jié)，且于復(fù)數(shù)個LED芯片面向穿孔的一側(cè)的表面皆點(diǎn)著有透明材質(zhì)的封膠，該封膠是呈一半球體的形狀位于各個穿孔處。屬于倒裝焊結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管。  
按固體發(fā)光物理學(xué)原理，LED的發(fā)光效能近似100％，因此，LED被譽(yù)為21世紀(jì)新光源，有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源。展望未來，廠商必將把大功率、高亮度LED放在突出發(fā)展位置。LED產(chǎn)業(yè)鏈中的襯底、外延、芯片、封裝、應(yīng)用需共同發(fā)展，多方互動培植，而封裝是產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下部分，需要大家極大地關(guān)注與重視。
 
現(xiàn)狀
從近兩年LED上市企業(yè)營收數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前LED封裝企業(yè)業(yè)績分化現(xiàn)象愈演愈烈，甚至變得極端。部分企業(yè)雖然營收上升，但LED業(yè)務(wù)貢獻(xiàn)比例卻出現(xiàn)下滑，有些甚至不再作為主營業(yè)務(wù)。另一部分企業(yè)則營收凈利雙下滑的現(xiàn)象，可見，企業(yè)利潤的下滑與價(jià)格拼殺造成的收入下跌有關(guān)。
　　隨著毛利不斷的下降，歐司朗、飛利浦、GE等國際照明巨頭紛紛處理通用照明業(yè)務(wù)，轉(zhuǎn)向高利潤的智能照明領(lǐng)域發(fā)展，飛樂音響、木林森等國內(nèi)照明企業(yè)則不斷攻城拔寨謀求合縱連橫，以搶占行業(yè)制高點(diǎn)主導(dǎo)行業(yè)發(fā)展格局。中小型企業(yè)則開始轉(zhuǎn)向LED細(xì)分市場，以尋求新的發(fā)展空間。隨著LED封裝產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，市場格局正在逐漸演變。
屋漏偏逢連夜雨。內(nèi)部環(huán)境演變的同時(shí)，外部環(huán)境也發(fā)生著巨大的變化。中國制造2025和互聯(lián)網(wǎng)+的大勢來襲，讓外部環(huán)境的發(fā)生了新的改變，傳統(tǒng)的人工模式已經(jīng)很難適應(yīng)產(chǎn)業(yè)的后時(shí)代發(fā)展，這樣對制造業(yè)也提出了新的要求，要求未來的制造業(yè)是要解放人工，實(shí)現(xiàn)智能化。
 
封裝企業(yè)
作為制造業(yè)中的LED行業(yè)，其封裝領(lǐng)域已基本形成了集群化，大部分工藝實(shí)現(xiàn)機(jī)械智能化，可仍存在著一些非智能化的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致整個LED封裝工藝無法實(shí)現(xiàn)智能化的閉環(huán)。
而這中情況形成的主要原因是目前配膠環(huán)節(jié)還在采用人工操作，加大了配膠差錯率。也因如此才導(dǎo)致整個環(huán)節(jié)的無法智能化，也正是因?yàn)榇嬖谥@樣一個缺口，無法形成閉環(huán)導(dǎo)致很多封裝企業(yè)在這個缺口填補(bǔ)了很多資金，也吃了很多虧。
單就AB膠加反來說，因?yàn)檫@在整個生產(chǎn)出貨過程中無法發(fā)現(xiàn)，只有到了被客戶用到成品并使用一段時(shí)間以后才會發(fā)現(xiàn)，而這帶來的后果是不僅僅會造成企業(yè)自身生產(chǎn)投入的損失，而且還會影響公司品牌、信譽(yù)度甚至牽連到客戶的品牌信譽(yù)度問題，是所有企業(yè)都不愿看到的問題。
這只是其一，還有因?yàn)槟壳芭淠z這塊的人員配置還是比較多，加大了人力成本，同時(shí)也因?yàn)槭侨藛T操作的不可控，不僅帶來了上述的操作過程中的失誤損失，還有在實(shí)際配膠過程中在原材料上的浪費(fèi)。
當(dāng)然，配膠環(huán)節(jié)對封裝成品的影響遠(yuǎn)不止這些，還有像因?yàn)槁鋌in率的問題，導(dǎo)致滯帶庫存問題，使企業(yè)的成本再次上升，當(dāng)然還有因?yàn)槿藛T研發(fā)配方所花的時(shí)間太長，帶來的不能及時(shí)反饋給客戶帶來的訂單丟失與交期延誤問題等等。
因此在當(dāng)前LED封裝這種價(jià)格戰(zhàn)環(huán)繞的大環(huán)境下，產(chǎn)業(yè)也越來越集中，封裝企業(yè)最終拼的是企業(yè)競爭力。而企業(yè)拼競爭力，在這樣的環(huán)境下就必須要改革提升，將這些投入較大，不可控因素造成風(fēng)險(xiǎn)最多的環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)把成本管控做到極致化，以更好適應(yīng)當(dāng)前LED封裝的大環(huán)境。