LED护栏灯二极管封装结构及技术

0.引言　
LED是一种可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，由于具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、发光响应时间极短、光色纯、结构牢固、抗冲击、耐振动、性能稳定可靠、重量轻、体积小、成本低等一系列特性，其发展突飞猛进，现已能批量生产整个可见光谱段各种颜色的高亮度、高性能产品。国产红、绿、橙、黄的LED产量约占世界总量的11%，“十五”期间的产业目标是达到年产300亿只的生产水平，实现超高亮度AIGSLnp的LED外延片和芯片的大批量生产，年产10亿只以上红、橙、黄超高亮度LED管芯，突破GAn材料的关键技术，实现蓝、绿、白LED的中批量生产。
在LED产业链接中，上游是LED衬底晶片及衬底生产，中游的产业化为LED芯片设计及制造生产，下游归LED封装与测试，研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场，实现产业化的必经之路，从某种意义上讲是连接产业与市场的纽带，只有封装好的LED才能成为终端产品，才能投入市场实际应用，才能为顾客提供服务，使产业链环环相扣，无缝畅通。　
1.LED封装的特殊性　
LED封装技术大都是从分立器件封装技术基础上发展而来的，但也有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，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数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高LED的内、外部量子效率。常规Φ5mm型LED封装是将边长为0.15mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝键合为内引线并与一条管脚相连，负极通过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。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质（掺或不掺散色剂)，有透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角较小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分留在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射从而导致过多光损失，应选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性、绝缘性、机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率较高。选择不同折射率的封装材料和不同封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到LED的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。
一般情况下，LED的发光波长随温度变化为0.1~0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应地减少1％左右。封装散热时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数LED的驱动电流限制在10mA左右。但是，LED的光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1a 级，这就需要改进封装结构，采用全新的LED封装设计理念和低热阻封装结构及技术、改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的表面积，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，pcB线路板等的热设计、导热性能也十分重要。