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，保護管芯正常	保護管芯和完成電氣互連

 
 
目錄
 
1、概述
2、封裝說明
3、結構說明
4、技術介紹
5、技術原理
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，防止芯片在空氣中長期暴露或機械損傷而失效，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，進而提升LED的壽命。
封裝是白光 LED制備的關鍵環(huán)節(jié)：半導體材料的發(fā)光機理決定了單一的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色的光而形成白光，目前實現(xiàn)白光LED的方法主要有三種：藍光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、設備是白光LED器件一致性的保證。
國內LED封裝行業(yè)當前發(fā)展已較為成熟，形成了完整的LED封裝產業(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外延芯片領域稍微欠缺外，匯聚了眾多的封裝物料與封裝設備生產商與代理商，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封裝技術大都是在分立器件封裝技術基礎上發(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，封裝的作用主要是保護管芯和完成電氣互連。而LED封裝則是完成輸出電信號，保護管芯正常工作，輸出：可見光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設計及技術要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。
 
結構說明
LED的核心發(fā)光部分是由p型和n型半導體構成的pn結管芯，當注入pn結的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時，就會發(fā)出可見光，紫外光或近紅外光。但pn結區(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，并不是管芯產生的所有光都可以釋放出來，這主要取決于半導體材料質量、管芯結構及幾何形狀、封裝內部結構與包封材料，應用要求提高LED的內、外部量子效率。常規(guī)Φ5mm型LED封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯粘結或燒結在引線架上，管芯的正極通過球形接觸點與金絲，鍵合為內引線與一條管腳相連，負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面、界面發(fā)出的光，向期望的方向角內發(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：保護管芯等不受外界侵蝕；采用不同的形狀和材料性質(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，致使管芯內部的全反射臨界角很小，其有源層產生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內部經多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導致過多光損失，選用相應折射率的環(huán)氧樹脂作過渡，提高管芯的光出射效率。用作構成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性，絕緣性，機械強度，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)光強度的角分布也與管芯結構、光輸出方式、封裝透鏡所用材質和形狀有關。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED的軸線方向，相應的視角較?。蝗绻敳康臉渲哥R為圓形或平面型，其相應視角將增大。
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，當正向電流流經pn結，發(fā)熱性損耗使結區(qū)產生溫升，在室溫附近，溫度每升高1℃，LED的發(fā)光強度會相應地減少1%左右，封裝散熱；時保持色純度與發(fā)光強度非常重要，以往多采用減少其驅動電流的辦法，降低結溫，多數(shù)LED的驅動電流限制在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的驅動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，需要改進封裝結構，全新的LED封裝設計理念和低熱阻封裝結構及技術，改善熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝結構，選用導熱性能好的銀膠，增大金屬支架的表面積，焊料凸點的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此外，在應用設計中，PCB線路板等的熱設計、導熱性能也十分重要。
進入21世紀后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅、橙LED光效已達到100Im/W，綠LED為501m/W，單只LED的光通量也達到數(shù)十Im。LED芯片和封裝不再沿襲傳統(tǒng)的設計理念與制造生產模式，在增加芯片的光輸出方面，研發(fā)不僅僅限于改變材料內雜質數(shù)量，晶格缺陷和位錯來提高內部效率，同時，如何改善管芯及封裝內部結構，增強LED內部產生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優(yōu)化設計，改進光學性能，加速表面貼裝化SMD進程更是產業(yè)界研發(fā)的主流方向。
 
技術介紹
4.1、擴晶，把排列的密密麻麻的晶片弄開一點便于固晶。
5.2、固晶，在支架底部點上導電/不導電的膠水(導電與否視晶片是上下型PN結還是左右型PN結而定）然后把晶片放入支架里面。
4.3、短烤，讓膠水固化焊線時晶片不移動。
4.4、焊線，用金線把晶片和支架導通。
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)是否達標。
4.9、分光分色，把顏色和電壓大致上一致的產品分出來。
4.10、包裝。
 
技術原理
大功率LED封裝由于結構和工藝復雜，并直接影響到LED的使用性能和壽命，特別是大功率白光LED封裝更是研究熱點中的熱點。LED封裝的功能主要包括：1.機械保護，以提高可靠性；2.加強散熱，以降低芯片結溫，提高LED性能；3.光學控制，提高出光效率，優(yōu)化光束分布；4.供電管理，包括交流/直流轉變，以及電源控制等。[2] 
LED封裝方法、材料、結構和工藝的選擇主要由芯片結構、光電/機械特性、具體應用和成本等因素決定。經過40多年的發(fā)展，LED封裝先后經歷了支架式(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)照明技術發(fā)展的需求，對LED封裝的光學、熱學、電學和機械結構等提出了新的、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思路來進行封裝設計。
 

LED封裝分類

根據(jù)不同的應用場合、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可輕易地將產品重量減輕一半，最終使應用更加完美。
6.3、Side-LED（側發(fā)光LED） 
目前，LED封裝的另一個重點便側面發(fā)光封裝。如果想使用LED當LCD（液晶顯示器）的背光光源，那么LED的側面發(fā)光需與表面發(fā)光相同，才能使LCD背光發(fā)光均勻。雖然使用導線架的設計，也可以達到側面發(fā)光的目的，但是散熱效果不好。不過，Lumileds公司發(fā)明反射鏡的設計，將表面發(fā)光的LED，利用反射鏡原理來發(fā)成側光，成功的將高功率LED應用在大尺寸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。主要應用于多功能超薄手機和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芯片及封裝設計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的封裝結構為六角形鋁板作底座(使其不導電)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芯片的封裝設計、制造技術顯得更加重要。 
6.6、Flip Chip-LED（覆晶LED） 
LED覆晶封裝結構是在PCB基本上制有復數(shù)個穿孔，該基板的一側的每個穿孔處都設有兩個不同區(qū)域且互為開路的導電材質，并且該導電材質是平鋪于基板的表面上，有復數(shù)個未經封裝的LED芯片放置于具有導電材質的一側的每個穿孔處，單一LED芯片的正極與負極接點是利用錫球分別與基板表面上的導電材質連結，且于復數(shù)個LED芯片面向穿孔的一側的表面皆點著有透明材質的封膠，該封膠是呈一半球體的形狀位于各個穿孔處。屬于倒裝焊結構發(fā)光二極管。  
按固體發(fā)光物理學原理，LED的發(fā)光效能近似100％，因此，LED被譽為21世紀新光源，有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強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產業(yè)鏈中的襯底、外延、芯片、封裝、應用需共同發(fā)展，多方互動培植，而封裝是產業(yè)鏈中承上啟下部分，需要大家極大地關注與重視。
 
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)務貢獻比例卻出現(xiàn)下滑，有些甚至不再作為主營業(yè)務。另一部分企業(yè)則營收凈利雙下滑的現(xiàn)象，可見，企業(yè)利潤的下滑與價格拼殺造成的收入下跌有關。
　　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，轉向高利潤的智能照明領域發(fā)展，飛樂音響、木林森等國內照明企業(yè)則不斷攻城拔寨謀求合縱連橫，以搶占行業(yè)制高點主導行業(yè)發(fā)展格局。中小型企業(yè)則開始轉向LED細分市場，以尋求新的發(fā)展空間。隨著LED封裝產業(yè)的不斷發(fā)展，市場格局正在逐漸演變。
屋漏偏逢連夜雨。內部環(huán)境演變的同時，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+的大勢來襲，讓外部環(huán)境的發(fā)生了新的改變，傳統(tǒng)的人工模式已經很難適應產業(yè)的后時代發(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)，其封裝領域已基本形成了集群化，大部分工藝實現(xiàn)機械智能化，可仍存在著一些非智能化的環(huán)節(jié)，導致整個LED封裝工藝無法實現(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。也因如此才導致整個環(huán)節(jié)的無法智能化，也正是因為存在著這樣一個缺口，無法形成閉環(huán)導致很多封裝企業(yè)在這個缺口填補了很多資金，也吃了很多虧。
單就AB膠加反來說，因為這在整個生產出貨過程中無法發(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)自身生產投入的損失，而且還會影響公司品牌、信譽度甚至牽連到客戶的品牌信譽度問題，是所有企業(yè)都不愿看到的問題。
這只是其一，還有因為目前配膠這塊的人員配置還是比較多，加大了人力成本，同時也因為是人員操作的不可控，不僅帶來了上述的操作過程中的失誤損失，還有在實際配膠過程中在原材料上的浪費。
當然，配膠環(huán)節(jié)對封裝成品的影響遠不止這些，還有像因為落bin率的問題，導致滯帶庫存問題，使企業(yè)的成本再次上升，當然還有因為人員研發(fā)配方所花的時間太長，帶來的不能及時反饋給客戶帶來的訂單丟失與交期延誤問題等等。
因此在當前LED封裝這種價格戰(zhàn)環(huán)繞的大環(huán)境下，產業(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，不可控因素造成風險最多的環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，同時把成本管控做到極致化，以更好適應當前LED封裝的大環(huán)境。