全面解析LED的100多种封装结构形式

 LED封装技术的要素有三点：封装结构设计、选用合适封装材料和工艺水平，目前LED封装结构形式有100多种，主要的封装类型有Lamp系列40多种、SMD(chip LED和TOP LED)系列30多种、COB系列30多种、PLCC、大功率封装、光集成封装和模块化封装等，封装技术的发展要紧跟和满足LED应用产品发展的需要。

LED封装技术的基本内容

LED封装技术的基本要求是：提高出光效率、高光色性能及器件可靠性。

(1)提高出光效率

LED封装的出光效率一般可达80~90%。

①选用透明度更好的封装材料：透明度≥95%(1mm厚度)，折射率大于1.5等。

②选用高激发效率、高显性的荧光粉，颗粒大小适当。

③装片基板(反射杯)要有高反射率，出光率高的光学设计外形。

④选用合适的封装工艺，特别是涂覆工艺。

(2)高光色性能

LED主要的光色技术参数有：高度、眩光、色温、显色性、色容差、光闪烁等。

显色指数CRI≥70(室外)、≥80(室外)、≥90(美术馆等)

色容差≤3 SDCM

≤5 SDCM(全寿命期间)

封装上要采用多基色组合来实现，重点改善LED辐射的光谱量分布SPD，向太阳光的光谱量分布靠近。要重视量子点荧光粉的开发和应用，来实现更好的光色质量。

(3)LED器件可靠性

LED可靠性包含在不同条件下LED器件性能变化及各种失效模式机理(LED封装材料退化、综合应力的影响等)，这是主要提到可靠性的表征值—寿命，目前LED器件寿命一般为3~5小时，可达5~10万小时。

①选用合适的封装材料：结合力要大、应力小、匹配好、气密性好、耐温、耐湿(低吸水性)、抗紫外光等。

②封装散热材料：高导热率和高导电率的基板，高导热率、高导电率和高强度的固晶材料，应力要小。

③合适的封装工艺：装片、压焊、封装等结合力强，应力要小，结合要匹配。

LED光集成封装技术

LED光集成封装结构现有30多种类型，正逐步走向系统集成封装，是未来封装技术的发展方向。

(1)COB集成封装

COB集成封装现有MCOB、COMB、MOFB、MLCOB等30多种封装结构形式，COB封装技术日趋成熟，其优点是成本低。COB封装现占LED光源约40%左右市场，光效达160~178 lm/w，热阻可达2℃/w，COB封装是近期LED封装发展的趋势。

(2)LED晶园级封装

晶园级封装从外延做成LED器件只要一次划片，是LED照明光源需求的多系统集成封装形式，一般衬底采用硅材料，无需固晶和压焊，并点胶成型，形成系统集成封装，其优点是可靠性好、成本低，是封装技术发展方向之一。

(3)COF集成封装

COF集成封装是在柔性基板上大面积组装中功率LED芯片，它具有高导热、薄层柔性、成本低、出光均匀、高光效、可弯曲的面光源等优点，可提供线光源、面光源和三维光源的各种LED产品，也可满足LED现代照明、个性化照明要求，也可作为通用型的封装组件，市场前景看好。

(4)LED模块化集成封装

模块化集成封装一般指将LED芯片、驱动电源、控制部分(含IP地址)、零件等进行系统集成封装，统称为LED模块，具有节约材料、降低成本、可进行标准化生产、维护方便等很多优点，是LED封装技术发展的方向。

(5)覆晶封装技术

覆晶封装技术是由芯片、衬底、凸块形成了一个空间，这样封装出来的芯片具有体积小、性能高、连线短等优点，采用陶瓷基板、覆晶芯片、共晶工艺、直接压合等来达到高功率照明性能要求。用金锡合金将芯片压合在基板上，替代以往的银胶工艺，“直接压合”替代过去“回流焊”，具有优良的导电效果和导热面积。该封装技术是大功率LED封装的重要发展趋势。

(6)免封装芯片技术

免封装技术是一个技术的整合，采用倒装芯片，不用固晶胶、金线和支架是半导体封装技术70种工艺形成中的一种。PFC免封装芯片产品的光效可提升至200lm/w，发光角度大于300度的超广角全周光设计，不要使用二次光学透镜，将减少光效的耗损与降低成本，但要投入昂贵的设备。PFC新产品主打LED照明市场，特别是应用在蜡烛灯上，不仅可以模拟钨丝灯的造型，同时可以突破散热体积的限制。

(7)LED其他封装结构形式

①EMC封装结构：是嵌入式集成封装形式(Embedded LED Chip)不会直接看到LED光源。

②EMC封装技术：(Epoxy Molding Compound)以环氧塑封料为支架的封装技术，具有高耐热、高集成度、抗UV、体积小等优点，但气密性差些，现已批量生产。

③COG封装：(Chip On Glass)将LED芯片放在玻璃基板上进行封装。

④QFN封装技术：小间距显示屏象素单元小于或等于P.1时，所采用的封装形式，将替代PLCC结构，市场前景看好。

⑤3D封装技术：以三维立体形式进行封装的技术，正在研发中。

⑥功率框架封装技术：(Chip-in-Frame Package)在小框架上封装功率LED芯片，产业化光效已达160~170 lm/w，可达200 lm/w以上。

LED封装材料

LED封装材料品种很多，而且正在不断发展，这里只简要介绍。

(1)封装材料：环氧树脂、环氧塑封料、硅胶、有机硅塑料等，技术上对折射率、内应力、结合力、气密性、耐高温、抗紫外线等有要求。

(2)固晶材料：

①固晶胶：树脂类和硅胶类，内部填充金属及陶瓷材料。

②共晶类：AuSn、SnAg/SnAgCu。

(3)基板材料：铜、铝等金属合金材料。

①陶瓷材料：Al2O3、AlN、SiC等。

②铝系陶瓷材料：称为第三代封装材料AlSiC、AlSi等。

③SCB基板材料：多层压模基板，散热好(导热率380w/m.k)、成本低。

④TES多晶质半导体陶瓷基板，传热速度快。

(4)散热材料：铜、铝等金属合金材料。

石墨烯复合材料，导热率200~1500w/m.k。

PCT高温特种工程塑料(聚对苯二甲酸1，4-环已烷二甲脂)，加陶瓷纤，耐高温、低吸水性。

导热工程塑料：非绝缘型导热工程塑料，导热率14w/m.k。

绝缘型导热工程塑料，导热率8w/m.k。