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          LED顯示屏的封裝技術

          LED封裝技術大都是在分立器件封裝技術基礎上發展與演變而來的,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,封裝的作用主要是保護管芯和完成電氣互連。而LED封裝則是完成輸出電信號,保護管芯正常工作,輸出:可見光的功能,既有電參數,又有光參數的設計及技術要求,無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。

          引腳式封裝
          LED腳式封裝采用引線架作各種封裝外型的引腳,是最先研發成功投放市場的封裝結構,品種數量繁多,技術成熟度較高,封裝內結構與反射層仍在不斷改進。標準LED被大多數客戶認為是目前顯示行業中最方便、最經濟的解決方案,典型的傳統LED安置在能承受0.1W輸入功率的包封內,其90%的熱量是由負極的引腳架散發至PCB板,再散發到空氣中,如何降低工作時pn結的溫升是封裝與應用必須考慮的。包封材料多采用高溫固化環氧樹脂,其光性能優良,工藝適應性好,產品可*性高,可做成有色透明或無色透明和有色散射或無色散射的透鏡封裝,不同的透鏡形狀構成多種外形及尺寸,例如,圓形按直徑分為Φ2mm、Φ3mm、Φ4.4mm、Φ5mm、Φ7mm等數種,環氧樹脂的不同組份可產生不同的發光效果。

          花色點光源有多種不同的封裝結構:陶瓷底座環氧樹脂封裝具有較好的工作溫度性能,引腳可彎曲成所需形狀,體積??;金屬底座塑料反射罩式封裝是一種節能指示燈,適作電源指示用;閃爍式將CMOS振蕩電路芯片與LED管芯組合封裝,可自行產生較強視覺沖擊的閃爍光;雙色型由兩種不同發光顏色的管芯組成,封裝在同一環氧樹脂透鏡中,除雙色外還可獲得第三種的混合色,在大屏幕顯示系統中的應用極為廣泛,并可封裝組成雙色顯示器件;電壓型將恒流源芯片與LED管芯組合封裝,可直接替代5—24V的各種電壓指示燈。面光源是多個LED管芯粘結在微型PCB板的規定位置上,采用塑料反射框罩并灌封環氧樹脂而形成,PCB板的不同設計確定外引線排列和連接方式,有雙列直插與單列直插等結構形式。點、面光源現已開發出數百種封裝外形及尺寸,供市場及客戶適用。

          LED發光顯示器可由數碼管或米字管、符號管、矩陳管組成各種多位產品,由實際需求設計成各種形狀與結構。以數碼管為例,有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結構,連接方式有共陽極和共陰極兩種,一位就是通常說的數碼管,兩位以上的一般稱作顯示器。反射罩式具有字型大,用料省,組裝靈活的混合封裝特點,一般用白色塑料制作成帶反射腔的七段形外殼,將單個LED管芯粘結在與反射罩的七個反射腔互相對位的PCB板上,每個反射腔底部的中心位置是管芯形成的發光區,用壓焊方法鍵合引線,在反射罩內滴人環氧樹脂,與粘好管芯的PCB板對位粘合,然后固化即成。反射罩式又分為空封和實封兩種,前者采用散射劑與染料的環氧樹脂,多用于單位、雙位器件;后者上蓋濾色片與勻光膜,并在管芯與底板上涂透明絕緣膠,提高出光效率,一般用于四位以上的數字顯示。單片集成式是在發光材料晶片上制作大量七段數碼顯示器圖形管芯,然后劃片分割成單片圖形管芯,粘結、壓焊、封裝帶透鏡(俗稱魚眼透鏡)的外殼。

          單條七段式將已制作好的大面積LED芯片,劃割成內含一只或多只管芯的發光條,如此同樣的七條粘結在數碼字形的可伐架上,經壓焊、環氧樹脂封裝構成。單片式、單條式的特點是微小型化,可采用雙列直插式封裝,大多是專用產品。LED光柱顯示器在106mm長度的線路板上,安置101只管芯(最多可達201只管芯),屬于高密度封裝,利用光學的折射原理,使點光源通過透明罩殼的13-15條光柵成像,完成每只管芯由點到線的顯示,封裝技術較為復雜。

          半導體pn結的電致發光機理決定LED不可能產生具有連續光譜的白光,同時單只LED也不可能產生兩種以上的高亮度單色光,只能在封裝時借助熒光物質,藍或紫外LED管芯上涂敷熒光粉,間接產生寬帶光譜,合成白光;或采用幾種(兩種或三種、多種)發不同色光的管芯封裝在一個組件外殼內,通過色光的混合構成白光LED。這兩種方法都取得實用化,日本2000年生產白光LED達1億只,發展成一類穩定地發白光的產品,并將多只白光LED設計組裝成對光通量要求不高,以局部裝飾作用為主,追求新潮的電光源。

          表面貼裝封裝
          在2002年,表面貼裝封裝的LED(SMD LED)逐漸被市場所接受,并獲得一定的市場份額,從引腳式封裝轉向SMD符合整個電子行業發展大趨勢,很多生產廠商推出此類產品。
          早期的SMD LED大多采用帶透明塑料體的SOT-23改進型,外形尺寸3.04×1.11mm,卷盤式容器編帶包裝。

          在SOT-23基礎上,研發出帶透鏡的高亮度SMD的SLM-125系列,SLM-245系列LED,前者為單色發光,后者為雙色或三色發光。近些年,SMD LED成為一個發展熱點,很好地解決了亮度、視角、平整度、可*性、一致性等問題,采用更輕的PCB板和反射層材料,在顯示反射層需要填充的環氧樹脂更少,并去除較重的碳鋼材料引腳,通過縮小尺寸,降低重量,可輕易地將產品重量減輕一半,最終使應用更趨完美,尤其適合戶內,半戶外全彩顯示屏應用。

          功率型封裝
          LED芯片及封裝向大功率方向發展,在大電流下產生比Φ5mmLED大10-20倍的光通量,必須采用有效的散熱與不劣化的封裝材料解決光衰問題,因此,管殼及封裝也是其關鍵技術,能承受數W功率的LED封裝已出現。5W系列白、綠、藍綠、藍的功率型LED從2003年初開始供貨,白光LED光輸出達1871m,光效44.31m/W綠光衰問題,開發出可承受10W功率的LED,大面積管;匕尺寸為2.5×2.5mm,可在5A電流下工作,光輸出達2001m,作為固體照明光源有很大發展空間。

          Luxeon系列功率LED是將A1GalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點的硅載體上,然后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉與管殼中,鍵合引線進行封裝。這種封裝對于取光效率,散熱性能,加大工作電流密度的設計都是最佳的。其主要特點:熱阻低,一般僅為14℃/W,只有常規LED的1/10;可*性高,封裝內部填充穩定的柔性膠凝體,在-40-120℃范圍,不會因溫度驟變產生的內應力,使金絲與引線框架斷開,并防止環氧樹脂透鏡變黃,引線框架也不會因氧化而玷污;反射杯和透鏡的最佳設計使輻射圖樣可控和光學效率最高。另外,其輸出光功率,外量子效率等性能優異,將LED固體光源發展到一個新水平。

          Norlux系列功率LED的封裝結構為六角形鋁板作底座(使其不導電)的多芯片組合,底座直徑31.75mm,發光區位于其中心部位,直徑約(0.375×25.4)mm,可容納40只LED管芯,鋁板同時作為熱沉。管芯的鍵合引線通過底座上制作的兩個接觸點與正、負極連接,根據所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數目,可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯,其發射光分別為單色,彩色或合成的白色,最后用高折射率的材料按光學設計形狀進行包封。這種封裝采用常規管芯高密度組合封裝,取光效率高,熱阻低,較好地保護管芯與鍵合引線,在大電流下有較高的光輸出功率,也是一種有發展前景的LED固體光源。

          在應用中,可將已封裝產品組裝在一個帶有鋁夾層的金屬芯PCB板上,形成功率密度LED,PCB板作為器件電極連接的布線之用,鋁芯夾層則可作熱沉使用,獲得較高的發光通量和光電轉換效率。此外,封裝好的SMD LED體積很小,可靈活地組合起來,構成模塊型、導光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。

          功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發光效率、發光波長、使用壽命等,因此,對功率型LED芯片的封裝設計、制造技術更顯得尤為重要。



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