简单来说,LED封装是指将发光的LED芯片(一个微小的半导体元件)固定、连接电路、并用环氧树脂或硅胶等材料密封保护起来,使其成为一个能够稳定工作的独立器件的过程和最终形态。封装不仅保护了脆弱的芯片,还决定了LED的光学特性(如出光角度)、颜色、散热性能和机械结构。
以下是主要LED封装类型的详细介绍,从传统到现代排列:
一、 引脚式封装
这是最早和最传统的封装形式,通常带有两条或更多的引脚,需要插入电路板上的通孔进行焊接。
1. 草帽灯
外形:像一顶草帽,是最常见的直插LED。
特点:价格低廉,使用方便,光线散射角度大(通常可达120-140度)。
应用:早期LED灯串、指示灯、广告字、廉价照明产品。现在已逐渐被更高效的贴片LED取代。
2. 食人鱼
外形:方形,通常有四个引脚(也有三个或两个的)。
特点:引脚粗壮,散热能力比草帽灯好,固定更牢固,可靠性更高。
应用:汽车指示灯、刹车灯、户外显示屏、需要较高可靠性和散光的场合。
(图示:从左至右分别为草帽灯和食人鱼LED)
二、 贴片式封装
这是当前最主流的封装技术。LED无引脚,通过金属焊端直接贴装和焊接在电路板的表面。具有体积小、生产效率高、适合自动化生产等优点。
1. SMD LED
根据尺寸和功率,有众多标准规格:
小功率:
0201, 0402, 0603: 尺寸极小,用于手机、平板等消费电子产品的背光或状态指示灯。
3528, 5050: 早期LED灯带、硬灯条常用的规格。3528通常是单芯片,5050内部可集成3个芯片(可实现RGB全彩)。
中功率(目前照明主流):
2835: 目前室内照明(球泡灯、面板灯、灯管)的绝对主力。虽然尺寸比3528小,但设计更优化,散热和光效更好。
3014, 4014: 侧发光LED,主要用于液晶显示器的背光。
大功率:
3030, 3535, 5050: 通常指功率在0.5W及以上的LED,需要搭配散热基板(如铝基板)使用,用于高流明输出的照明产品,如投光灯、工矿灯、路灯等。
(图示:常见SMD LED的尺寸对比)
2. COB
全称: Chip on Board(板载芯片)
特点: 将多颗LED芯片(几十甚至上百颗)直接集成封装在一块基板(通常是金属或陶瓷基板)上,形成一个密集的发光面。
优点: 光通量密度高、光线均匀柔和(无多颗分立光源的颗粒感)、结构紧凑、散热性能好。
缺点: 无法实现分色控制(一个COB通常只能发一种色温的光)。
应用: 射灯、筒灯、天花灯、舞台灯、车灯等需要高亮度且光斑均匀的照明场合。
(图示:COB封装示意图,多颗芯片集成在一个平面)
3. EMC
全称: Epoxy Molding Compound(环氧塑封料)
特点: 使用一种特殊的环氧树脂材料作为封装支架,取代了传统的PCT(聚邻苯二甲酸酯)或PPA(聚邻苯二甲酸丙二醇酯)塑料。
优点: 具有极佳的抗紫外线和耐高温性能(可承受150°C以上高温),寿命更长,可靠性高,适合高功率密度封装。
应用: 主要用于制造EMC 3030/3535等大功率LED,以及EMC COB,广泛应用于户外照明和苛刻环境下的照明。
三、 功率型封装
专门为处理高瓦数(1W以上)LED产生的大量热量而设计。
1. 集成封装
特点: 将多个大功率芯片(如1W的芯片)封装在一个单位里,类似于COB,但芯片间距通常更大,单颗芯片功率更高。
代表: COG(Chip on Glass,已较少使用),以及一些多芯片集成的大功率光源。
应用: 投影仪光源、探照灯、植物生长灯等超高亮度应用。
2. 倒装芯片
全称: Flip Chip
特点: 传统LED芯片是正装(电极朝上,通过金线连接到支架),而倒装芯片将电极朝下,通过焊料直接与封装基板连接。
优点: 取消了金线,避免了金线断裂的风险,可靠性极高;电流分布更均匀,散热性能更好。
应用: 常用于COB、EMC以及CSP等先进封装中,是高端照明和车用LED的发展方向。
3. CSP
全称: Chip Scale Package(芯片级封装)
特点: 封装后的尺寸不超过原芯片尺寸的1.2倍,是体积最小的封装形式之一。它可以看作是“无支架”的封装。
优点: 体积小、光密度高、热阻低,可以实现更紧凑的光学设计。
应用: 手机闪光灯、汽车大灯、微型投影仪、超薄电视背光。
(图示:CSP封装,尺寸几乎与芯片本身一样大)
总结对比表
封装类型 | 主要特点 | 优点 | 缺点 | 典型应用 |
---|
草帽灯 | 引脚式,成本极低 | 便宜,角度大 | 光效低,散热差,体积大 | 指示灯,灯串 |
食人鱼 | 四引脚,结构稳固 | 散热较好,可靠性高 | 体积仍较大 | 汽车灯,户外显示 |
SMD LED | 贴片式,规格多样 | 体积小,易自动化,光效高 | 单颗功率有限 | 通用照明,灯带,显示背光 |
COB | 多芯片集成面光源 | 光斑均匀,亮度高,结构紧凑 | 无法分色控制 | 射灯,筒灯,车灯 |
EMC | 环氧塑封支架 | 耐高温,抗UV,寿命长 | 成本相对较高 | 大功率LED,户外照明 |
CSP | 芯片级尺寸封装 | 体积最小,热阻低,光密度高 | 工艺要求高,成本高 | 手机闪光灯,汽车 |