大功率LED封装常用的5种关键技术和4种结构形式

吸湿性、低应力、耐温环保等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。其中，硅胶由于具有透光率高（可见光范围内透光率大于99％）、 折射率高（1.4～1.5）、热稳定性好（能耐受200℃高温）、应力低（杨氏模量低）、吸湿性低（小于0.2％）等特点，明显优于环氧树脂，在大功率 LED封装中得到广泛应用。但硅胶性能受环境温度影响较大，从而影响LED光效和光强分布，因此硅胶的制备工艺有待改善。

　　外光学设计是指对出射光束进行会聚、整形，以形成光强均匀分布的光场。主要包括反射聚光杯设计（一次光学）和整形透镜设计（二次光学），对阵列模块而言， 还包括芯片阵列的分布等。透镜常用的形状有凸透镜、凹透镜、球镜、菲涅尔透镜、组合式透镜等，透镜与大功率LED的装配方法可采用气密性封装和半气密性封 装。近年来，随着研究的深入，考虑到封装后的集成要求，用于光束整形的透镜采用了微透镜阵列，微透镜阵列在光路中可发挥二维并行的会聚、整形、准直等作 用，具有排列精度高、制作方便可靠、易于与其他平面器件耦合等优点，研究表明，采用衍射微透镜阵列替代普通透镜或菲涅尔微透镜，可大大改善光束质量，提高 出射光强度，是大功率LED用于光束整形最有前途的新技术。

　　3、LED封装结构形式

　　LED封装技术和结构先后拥有了引脚式、功率型封装、贴片式（SMD）、板上芯片直装式（COB）四个阶段。

　　（1）引脚式（Lamp）LED封装

　　LED脚式封装采用引线架作各种封装外型的引脚，是最先研发成功投放市场的封装结构，品种数量繁多，技术成熟度较高，封装内结构与反射层仍在不断改进。常 用3～5mm封装结构，一般用于电流较小（20～30mA），功率较低（小于0.1W）的LED封装。主要用于仪表显示或指示，大规模集成时也可作为显示 屏。其缺点在于封装热阻较大（一般高于100K／W），寿命较短。

　　（2）功率型LED封装

　　LED芯片及封装向大功率方向发展，在大电流下产生比Φ5mmLED大10～20倍的光通量，必须采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光衰问题，因此， 管壳及封装也是其关键技术，能承受数W功率的LED封装已出现。5W系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型LED从2003年初开始供货，白光LED光输出达 1871m，光效44.31 lm／W绿光衰问题，开发出可承受10W功率的LED，大面积管；尺寸为2.5mm X2.5mm，可在5A电流下工作，光输出达2001 lm，作为固体照明光源有很大发展空间。

　　（3）表面组装（贴片）式（SMD）LED封装

　　早在2002年，表面贴装封装的LED（SMDLED）逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份额从引脚式封装转向SMD符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。

　　SMDLED是目前LED市场占有率最高的封装结构，这种LED封装结构利用注塑工艺将金属引线框架包裹在PPA塑料之中，并形成特定形状的反射杯，金属 引线框架从反射杯底部延伸至器件侧面，通过向外平展或向内折弯形成器件管脚。改进型的SMDLED结构是伴随着白光LED照明技术出现的，为了增大单个 LED器件的使用功率以提高器件的亮度，工程师开始寻找降低SMDLED热阻的办法，并引入了热沉的概念。这种改进的结构降低了最初SMDLED结构的高 度，金属引线框架直接置于LED器件底部，通过注入塑料围绕金属框架形成反射杯，芯片置于金属框架之上，金属框架通过锡膏，直接焊接于线路板上，形成垂直 散热通道。由于材料技术的发展，SMD封装技术已经克服了散热、使用寿命等早期存在的问题，可以用于封装1～3W的大功率白光LED芯片。

　　（4）COB-LED封装

　　COB封装可将多颗芯片直接封装在金属基印刷电路板MCPCB，通过基板直接散热，不仅能减少支架的制造工艺及其成本，还具有减少热阻的散热优势。PCB 板可以是低成本的FR-4材料（玻璃纤维增强的环氧树脂），也可以是高热导的金属基或陶瓷基复合材料（如铝基板或覆铜陶瓷基板等）。而引线键合可采用高温 下的热超声键合（金丝球焊）和常温下的超声波键合（铝劈刀焊接）。COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装，同SMD相比，不仅大大提高了封装功 率密度，而且降低了封装热阻（一般为6-12W／m·K）。

从成本和应用角度来看，COB将成为未来灯具化设计的主流方向。COB封装的LED模块在底板上安装了多枚LED芯片，使用多枚芯片不仅能够提高亮度，还 有助于实现LED芯片的合理配置，降低单个LED芯片的输人电流量以确保高效率。而且这种面光源能在很大程度上扩大封装的散热面积，使热量更容易传导至外 壳。传统的LED灯具做法是：LED光源分立器件—MCPCB光源模组—LED灯具，主要