LED的封装结构类型哪些？LED封装的内部结构是怎样的？

LED封装的内部结构是怎样的？

LED封装是指发光芯片的封装，相比集成电路封装有较大不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光。所以LED的封装对封装材料有特殊的要求。

LED（发光二极管）封装的主要作用是将微小的发光芯片保护起来，并将其电性能、光性能和热性能有效地引出和优化，以便于在电路中安装使用。其核心的内部结构通常包含以下几个关键部分：

LED 芯片 (Die/Chip)：
- 这是LED的核心发光部件，是一块微小的半导体晶片（通常尺寸在0.2mm x 0.2mm到1mm x 1mm之间）。
- 它由半导体材料（如GaN、AlGaInP等）构成，具有PN结。当施加正向电流时，电子和空穴在PN结区域复合，以光子的形式释放能量，从而发光。
- 芯片通常通过“固晶”工艺固定在封装内部的支架上。
固晶材料/粘结剂 (Die Attach Material) / 焊料：
- 用于将LED芯片牢固地固定在封装支架的碗杯(或基板)底部。
- 这不仅是机械粘结，还起到关键的导电和导热作用。
- 常用材料：
  - 导电银胶：同时提供导电和导热路径。
  - 绝缘胶：仅提供机械固定和导热（配合其他结构导电）。
  - 共晶焊料：如金锡合金，提供极好的导热导电性，常用于大功率LED。
  - 焊锡：用于回流焊接贴片LED。
支架/引线框架 (Lead Frame/Substrate)：
- 这是封装结构的骨架和载体，通常由金属（如铜合金）或陶瓷构成。它具有两个关键功能：
  - 机械支撑：承载芯片、键合线和透镜等所有内部结构。
  - 电气连接：包含两个或多个彼此电隔离的电极（阳极和阴极），分别连接芯片的两端，形成外部电路接口。在直插式封装中，就是延伸出来的金属引脚。
  - 热管理：尤其是金属或陶瓷基板支架，是LED芯片产生的热能传导到外部散热器的关键通道。封装底部大面积金属部分就是用于散热的。
- 支架通常设计有反射碗杯(Reflector Cup)，用于聚集芯片发出的光线向上反射，提高光提取效率。
键合线 (Bonding Wire)：
- 非常细的金线或合金线（直径通常在25-50微米）。
- 作用：连接LED芯片上表面的电极（通常是正极P极）与封装支架上的另一个电极（通常是正极引线）。
- 通过热超声键合或超声波键合工艺完成连接。
- 在标准封装中，芯片下方的负极(N极)通常通过导电的固晶材料与支架负极直接导通，只需一根键合线连接正极。
荧光粉层 (Phosphor Layer) (对于白光和特定颜色LED)：
- 位于芯片上方，封装胶体内部或涂覆在胶体表面。
- 对于白光LED：蓝光芯片发出的蓝光部分激发荧光粉，荧光粉发出黄光（有时是绿光+红光或其它组合），蓝光与黄光混合形成白光。通过调整荧光粉的配方和浓度，可以得到不同色温（冷白、暖白等）的白光。
- 对于特定颜色LED：如青色、青绿色等，也可以使用荧光粉转换技术实现。
封装胶体/透镜 (Encapsulant/Lens)：
- 透明或具有特定光学特性的有机硅胶或环氧树脂材料（硅胶因其耐紫外、耐高温、折射率可控等特性在大功率和高可靠性LED中占主导）。
- 作用：
  - 保护：覆盖并密封芯片、键合线和支架内部区域，隔绝氧气、湿气、机械损伤和化学腐蚀。
  - 光学整形：通过设计胶体的形状（半球形、平顶、带透镜结构等），改变光线的出射角度（光束角）。透镜可以扩散光、聚光或形成特殊配光曲线。
  - 光提取与优化：硅胶的折射率（通常1.4-1.5）介于芯片材料（~2.4）和空气（1.0）之间，有助于减少全反射，提高芯片内部产生光子的出射效率。结合支架的反射碗杯，最大限度地导出光线。

总结结构层次(由内向外/由下向上)：

支架/基板 - 提供支撑、导电和导热，带有反射碗杯和电极引线。
固晶层 - 将芯片固定在支架碗杯中心。
LED 芯片 - 位于碗杯中心，是光源。
键合线 - 连接芯片顶部电极和支架的正极引线。
荧光粉层 (可选) - 覆盖芯片，转换或补充光色。
封装胶体/透镜 - 保护内部结构并塑造光学特性（光束角、光效）。

简单封装形式对比：

直插式 (如 5mm LED): 塑料支架带反射杯，两根金属引脚向外延伸。
贴片式 (SMD，如 2835, 3030, 5050, CSP): 扁平陶瓷或金属基板，两侧或底部有焊接端子，表面贴装工艺焊接在电路板上。结构基本原理同上，但更紧凑。
集成封装/COB (Chip on Board): 直接将多个芯片高密度固晶并串联/并联在金属基电路板(如铝基板)上，整体涂覆荧光粉和硅胶。

理解LED封装的内部结构是掌握其工作性能（光效、寿命、颜色质量、热阻、可靠性）和应用设计的关键。