[發(fā)明專利]一種LED封裝結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711104713.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN107883206A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹財(cái)銘;曹毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南華特光電科技有限公司
• 主分類號(hào): F21K9/20
• 分類號(hào): F21K9/20;F21K9/69;F21V15/01;F21V15/04;F21V29/83;B01D46/10;F21Y115/10
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 趙娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于LED封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種LED封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

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(duì)封裝材料有特殊的要求。

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(zhǎng)期暴露或機(jī)械損傷而失效，以提高芯片的穩(wěn)定性；對(duì)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(guó)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(guó)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(guó)的2/3，占全 國(guó)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(zhǎng)三角地區(qū)，企業(yè)數(shù)量占全國(guó)的17％左右，其他區(qū)域共占15％的比 例。

而至于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(hào)，保護(hù)管芯正常工作，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(jiǎn)單地將分立器件 的封裝用于LED。

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(huì)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(gè)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(zhǎng)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 折射率相關(guān)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(huì)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(dòng)電流的辦法，降低結(jié)溫，多數(shù) LED的驅(qū)動(dòng)電流限制在20mA左右。但是，LED的光輸出會(huì)隨電流 的增大而增加，很多功率型LED的驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到70mA、100mA 甚至1A級(jí)，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。