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LED的封装——LED知识(九)

施克孝

【摘要】从电学、热学、光学和结构等四个方面,介绍大功率LED的封装技术.

【期刊名称】《演艺科技》

【年(卷),期】2012(000)001

【总页数】4页(P26-29)

【关键词】LED芯片;封装;衬底;外延层;电学;光学;热学

【作者】施克孝

【作者单位】中广国际建筑设计研究院,北京100034

【正文语种】中文

人要穿衣，马要配鞍，LED要封装。

大家知道，发光二极管芯片是一块非常小的半导体晶体，它的电极要在显微镜下才

能看清楚。这样的“小东西”是不能直接用在电路中的。要想使用，必须把它封包、

装配起来，这个过程就叫做封装。

LED封装技术大都是从分立器件（晶体管、集成电路芯片等）封装技术基础上发

展和演变而来的，但又有其特殊性。一般情况下，分立器件的芯片被密封在封装体

内，封装的作用主要是保护芯片、引出正负极等，以完成电气连接。而LED封装

除上述作用外，还要输出可见光或紫外线、红外线。这就要求封装材料是透明的，

同时还要进行光路设计，尽量减少内部光损失，追求尽可能多的光输出。

LED封装涉及到多方面的技术，对LED产品整体质量也十分重要。应该说，只有

好的封装，才能制造出好的产品。

LED封装技术发展至今，经历了如下四个阶段：

第一阶段是引脚式封装，一般适用于直径3mm5mm的小功率LED，电流不大于

30mA，功率不大于0.1W。

第二阶段是SMT（SurfaceMountTechnology，表面贴装技术）封装。所使用

的SMT技术是一种可以直接将封装好的器件贴或焊到PCB（PrintedCircuit

Board，印刷电路板）表面指定位置上的封装技术，具有可靠性高、高频特性好、

易于实现自动化等优点。

第三阶段是COB（ChipOnBoard，板上芯片直装式）封装。它是一种通过黏胶

剂或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB上的技术，主要用于大功率多芯片阵列的

LED封装。与SMT相比，COB不仅提高了封装功率密度，而且降低了封装热阻。

第四阶段是SIP（SystemInPackage，系统式封装），是近几年来为适应整机的

便携式发展和系统小型化的要求而产生的封装技术。它不仅可以在一个封装内组装

多个发光芯片，还可以将各种不同类型的器件（如电源、控制电路、传感器等）集

成在一起，构建一个更为复杂、完整的系统。

对于大功率LED的封装而言，封装要同时考虑电学、热学、光学和结构设计。下

面就谈谈这方面涉及到的几个主要问题。

1电学设计

LED发光的关键部分是P-N结，P-N结的厚度只有几微米（1μm=10-6m，

即1微米是一百万分之一米），对于大功率LED芯片，面积一般为1mm×1

mm，P-N结的厚度只有长宽尺寸的几百分之一。这么薄的芯片，是不能直接把P

型半导体材料与N型半导体材料“粘接”在一起的。它必须“生长”在一个相对

比较厚的基板上，这个基板叫做“衬底”。衬底是纯度很高的单晶体，为了保证

P-N结的质量，在衬底上还要生长一层非常薄的纯度更高的单晶薄膜，这个薄膜

叫做外延层。衬底晶片及外延层的生长是LED的上游产品，技术专利都掌握在几

家大公司手里。

在电学设计上，正负极是不可缺少的，如图1所示，在LED芯片上面的叫上电极，

在LED芯片下面的叫下电极。在保证电流分布比较均匀的情况下，尽量减少上电

极的接触面积，并设法使电极避开发光最强的区域，以提高出光效率；对于下电极，

为提高底部的反射率，采用小圆点矩阵接触的复合接触电极，可以明显提高反射率，

从而提高出光率。

图1大功率LED结构示意图

另外，根据电流的流向不同，LED芯片可分为横向结构LED和垂直结构LED。在

横向结构中，又分为正装结构和倒装结构。

所谓横向结构，指的是电流从正极流向负极的时候，电流主要是横向流动的，如图

2所示。最早的LED芯片是横向结构，目前还有许多小功率LED芯片采用这种结

构。

图2正装结构LED示意图

横向结构中，由于电极要占一部分发光面积，为了躲开发光最强区域，正电极和负

电极总是安排在芯片的对角上。电流从正极流向负极的时候，电流分布是不均匀的。

就像道路上堵车一样，导电过程也会出现电流“拥塞