快捷搜索:  as

LED发光显示器的封装结构类型及特殊性介绍

1 小序

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,具有事情电压低,耗电量小,发光效率高,发光相应光阴极短,光色纯,布局牢靠,抗冲击,耐振动,机能稳定靠得住,重量轻,体积小,资源低等一系列特点。

在LED财产链接中,上游是LED衬底晶片及衬底临盆,中游的财产化为LED芯片设计及制造临盆,下流归LED封装与测试,研发低热阻、优良光学特点、高靠得住的封装技巧是新型LED走向实用、走向市场的财产化必经之路,从某种意义上讲是链接财产与市场的纽带,只有封装好的才能成为终端产品,才能投入实际利用,才能为顾客供给办事,使财产链环环相扣,无缝通顺。

2 LED封装的特殊性

LED封装技巧大年夜都是在分立器件封装技巧根基上成长与蜕变而来的,但却有很大年夜的特殊性。一样平常环境下,分立器件的管芯被密封在封装体内,封装的感化主如果保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电旌旗灯号,保护管芯正常事情,输出:可见光的功能,既有电参数,又有光参数的设计及技巧要求,无法简单地将分立器件的封装用于LED。

LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯,当注入pn结的少数载流子与多半载流子复应时,就会发出可见光,紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子长短定向的,即向各个偏向发射有相同的几率,是以,并不是管芯孕育发生的所有光都可以开释出来,这主要取决于半导体材料质量、管芯布局及几何外形、封装内部布局与包封材料,利用要求前进LED的内、外部量子效率。老例Φ5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上,管芯的正极经由过程球形接触点与金丝,键合为内引线与一条管脚相连,负极经由过程反射杯和引线架的另一管脚相连,然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的感化是网络管芯侧面、界面发出的光,向期望的偏向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成必然外形,有这样几种感化:保护管芯等不受外界侵蚀;采纳不合的外形和材料性子(掺或不掺散色剂),起透镜或漫射透镜功能,节制光的发散角;管芯折射率与空气折射率相关太大年夜,致使管芯内部的全反射临界角很小,其有源层孕育发生的光只有小部分被掏出,大年夜部分易在管芯内部经多次反射而被接受,易发生全反射导致过多光丧掉,选用响应折射率的环氧树脂作过渡,前进管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性,绝缘性机器强度,对管芯发出光的折射率和透射率高。选择不合折射率的封装材料,封装几何外形对光子逸出效率的影响是不合的,发光强度的角散播也与管芯布局、光输出要领、封装透镜所用材质和外形有关。若采纳尖形树脂透镜,可使光集中到LED的轴线偏向,响应的视角较小;假如顶部的树脂透镜为圆形或平面型,其响应视角将增大年夜。

一样平常环境下,LED的发光波长随温度变更为0.2-0.3nm/℃,光谱宽度随之增添,影响颜色鲜艳度。别的,当正向电流流经pn结,发烧性损耗使结区孕育发生温升,在室温相近,温度每升高1℃,LED的发光强度会响应地削减1%阁下,封装散热;时维持色纯度与发光强度异常紧张,以往多采纳削减其驱动电流的法子,低落结温,多半LED的驱动电流限定在20mA阁下。然则,LED的光输出会随电流的增大年夜而增添,今朝,很多功率型LED的驱动电流可以达到70mA、100mA以致1A级,必要改进封装布局,全新的LED封装设计理念和低热阻封装布局及技巧,改良热特点。例如,采纳大年夜面积芯片倒装布局,选用导热机能好的银胶,增大年夜金属支架的外面积,焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等措施。此外,在利用设计中,PCB线路板等的热设计、导热机能也十分紧张。

进入21世纪后,LED的高效化、超高亮度化、全色化赓续成长立异,红、橙LED光效已达到100Im/W,绿LED为501m/W,单只LED的光通量也达到数十Im。LED芯片和封装不再沿龚传统的设计理念与制造临盆模式,在增添芯片的光输出方面,研发不仅仅限于改变材料内杂质数量,晶格缺陷和位错来前进内部效率,同时,若何改良管芯及封装内部布局,增强LED内部孕育发生光子出射的几率,前进光效,办理散热,取光和热沉优化设计,改进光学机能,加速外面贴装化SMD进程更是财产界研发的主流偏向。

3 产品封装布局类型

自上世纪九十年代以来,LED芯片及材料制作技巧的研发取得多项冲破,透明衬底梯形布局、纹理外面布局、芯片倒装布局,商品化的超高亮度(1cd以上)红、橙、黄、绿、蓝的LED产品接踵问市,2000年开始在低、中光通量的特殊照明中得到利用。LED的上、中游财产受到前所未有的注重,进一步推动下流的封装技巧及财产成长,采纳不合封装布局形式与尺寸,不合发光颜色的管芯及其双色、或三色组合要领,可临盆出多种系列,品种、规格的产品。

LED产品封装布局的类型,也有根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大年夜小等环境特性来分类的。单个管芯一样平常构成点光源,多个管芯组装一样平常可构成面光源和线光源,作信息、状态唆使及显示用,发光显示器也是用多个管芯,经由过程管芯的适当连接(包括串联和并联)与相宜的光学布局组合而成的,构成发光鲜示器的发光段和发光点。外面贴装LED可徐徐替代引脚式LED,利用设计更机动,已在LED显示市场中占领必然的份额,有加速成长趋势。固体照明光源有部分产品上市,成为往后LED的中、经久成长偏向。

4 引脚式封装

LED脚式封装采纳引线架作各类封装外型的引脚,是最先研发成功投放市场的封装布局,品种数量繁多,技巧成熟度较高,封装内布局与反射层仍在赓续改进。标准LED被大年夜多半客户觉得是今朝显示行业中最方便、最经济的办理规划,范例的传统LED安置在能遭遇0.1W输入功率的包封内,其90%的热量是由负极的引脚架披发至PCB板,再披发到空气中,若何低落事情时pn结的温升是封装与利用必须斟酌的。包封材料多采纳高温固化环氧树脂,其光机能精良,工艺适应性好,产品靠得住性高,可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透镜封装,不合的透镜外形构成多种形状及尺寸,例如,圆形按直径分为Φ2mm、Φ3mm、Φ4.4mm、Φ5mm、Φ7mm等数种,环氧树脂的不合组份可孕育发生不合的发光效果。花色点光源有多种不合的封装布局:陶瓷底座环氧树脂封装具有较好的事情温度机能,引脚可弯曲成所需外形,体积小;金属底座塑料反射罩式封装是一种节能唆使灯,适作电源唆使用;闪烁式将CMOS振荡电路芯片与LED管芯组合封装,可自行孕育发生较强视觉冲击的闪烁光;双色型由两种不合发光颜色的管芯组成,封装在同一环氧树脂透镜中,除双色外还可得到第三种的混杂色,在大年夜屏幕显示系统中的利用极为广泛,并可封装组成双色显示器件;电压型将恒流源芯片与LED管芯组合封装,可直接替代5—24V的各类电压唆使灯。面光源是多个LED管芯粘结在微型PCB板的规定位置上,采纳塑料反射框罩并灌封环氧树脂而形成,PCB板的不合设计确定外引线排列和连接要领,有双列直插与单列直插等布局形式。点、面光源现已开拓出数百种封装形状及尺寸,供市场及客户适用。

LED发光显示器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各类多位产品,由实际需求设计成各类外形与布局。以数码管为例,有反射罩式、单片集成式、单条七段式等三种封装布局,连接要领有共阳极和共阴极两种,一位便是平日说的数码管,两位以上的一样平常称作显示器。反射罩式具有字型大年夜,用料省,组装机动的混杂封装特征,一样平常用白色塑料制作成带反射腔的七段形外壳,将单个LED管芯粘结在与反射罩的七个反射腔相互对位的PCB板上,每个反射腔底部的中间位置是管芯形成的发光区,用压焊措施键合引线,在反射罩内滴人环氧树脂,与粘好管芯的PCB板对位粘合,然后固化即成。反射罩式又分为空封和实封两种,前者采纳散射剂与染料的环氧树脂,多用于单位、双位器件;后者上盖滤色片与匀光膜,并在管芯与底板上涂透明绝缘胶,提超过跨过光效率,一样平常用于四位以上的数字显示。单片集成式是在发光材料晶片上制作大年夜量七段数码显示器图形管芯,然后划片瓜分成单片图形管芯,粘结、压焊、封装带透镜(俗称鱼眼透镜)的外壳。单条七段式将已制作好的大年夜面积LED芯片,划割成内含一只或多尽管芯的发光条,如斯同样的七条粘结在数码字形的可伐架上,经压焊、环氧树脂封装构成。单片式、单条式的特征是微小型化,可采纳双列直插式封装,大年夜多是专用产品。LED光柱显示器在106mm长度的线路板上,安置101尽管芯(最多可达201尽管芯),属于高密度封装,使用光学的折射道理,使点光源经由过程透明罩壳的13-15条光栅成像,完成每尽管芯由点到线的显示,封装技巧较为繁杂。

半导体pn结的电致发光机理抉择LED弗成能孕育发生具有继续光谱的白光,同时单只LED也弗成能孕育发生两种以上的高亮度单色光,只能在封装时借助荧光物质,蓝或紫外LED管芯上涂敷荧光粉,间接孕育发生宽带光谱,合成白光;或采纳几种(两种或三种、多种)发不合色光的管芯封装在一个组件外壳内,经由过程色光的混杂构成白光LED。这两种措施都取得实用化,日本2000年临盆白光LED达1亿只,成长成一类稳定地发白光的产品,并将多只白光LED设计组装成对光通量要求不高,以局部装饰感化为主,追求新潮的电光源。

您可能还会对下面的文章感兴趣: