表面貼裝元件 LED | 顯示技術完整指南

SMD LED 具有外部焊接接觸點，這些觸點連接到 PCB 表面。半導體晶片封裝在封裝體內；它通常不是直接放置在顯示板上的裸晶片。

SMD 和通孔封裝是兩種不同的安裝方式。通孔 LED 使用穿過 PCB 孔的引腳。 SMD 封裝使用表面焊盤，支援自動貼片和回流焊接。單獨使用任何一種安裝方式都無法保證更高的效率、更長的壽命或更好的散熱性能。

封裝將發光晶片、電氣連接、支撐結構和光學保護層整合在一起。以下部分描述了常見的封裝結構；陶瓷封裝、晶片級封裝和倒裝晶片封裝可能使用不同的材料或省略某些功能。

當電流通過半導體晶片的接面時，該晶片會發光。常見的材料體系包括：

• 氮化銦鎵（InGaN）： 用於多種藍色和綠色發光體。白光通常需要波長轉換或混色。
• 鋁鎵銦磷化物（AlInGaP）： 適用於多種紅色、琥珀色和黃色發光體。

以一個具體的藍色範例為例，Kingbright 的 APG1608QBC/G 資料手冊指出其來源為 InGaN。

許多封裝採用金屬引線框架；有些則採用不同的基板。其功能包括：

• 支援晶片與外部觸點之間的電氣連接。
• 為焊點和 PCB 提供熱傳遞路徑，有時透過專用導熱墊。

實際的熱路徑取決於封裝結構。

引線鍵合封裝使用細導線將晶片接點連接到封裝端子。金是一種可選材料，但並非通用要求。一些倒裝晶片設計省略了引線鍵合：ams OSRAM 的 OSLON PURE 1010 應用筆記記錄了一個非引線鍵合的範例。

矽膠封裝可以保護晶片並有助於控制光線分佈。封裝形式可以是圓頂形、平面形、環氧樹脂或其他光學結構。矽膠並非不會損壞或老化：請遵循製造商的操作、清潔、溫度和材料相容性指南。

許多白色LED燈將藍色發光體與螢光粉結合使用，螢光粉可以將部分光轉換為更長的波長。組合後的光譜呈現白色；螢光粉的選擇會影響色溫和顯色性。 RGB LED燈也可以混合不同顏色來產生白色，正如美國能源部在其LED基礎知識中所述。

下圖比較了兩種製程：一種是將獨立封裝的SMD發光二極體回流焊接到顯示器PCB上，另一種是將COB晶片直接組裝到同一基板上。圖中僅為簡化示意圖；並非所有設計都使用鍵合線。

SMD封裝支援緊湊型組件和可重複製造。其優點取決於所選元件、PCB、驅動器、光學元件和工作條件。

表面貼裝支援拾取放置組裝和回流焊接。它可以減少人工組裝工作量，但不會自動減少電路元件的數量。驅動器、限流器、保護裝置和散熱設計仍然需要與應用相匹配。

小型封裝允許更緊密地排列發光體。在直視顯示器中，解析度取決於像素間距和螢幕尺寸，而不僅僅是封裝標籤上的數值。像素間距是指相鄰像素中心之間的距離，它與LED封裝的物理寬度不同。

透鏡或封裝材料可以保護內部元件並控制輸出光型，但無法完全防止物理損傷。下圖展示了一個白色LED，其結構包括晶片、螢光粉、鍵合線、光學罩、散熱結構和PCB。它代表的是一種結構，並非所有SMD LED都是如此。

可視角度因元件和製造商的測量定義而異。例如，Kingbright 標稱 APG1608QBC/G 在半強度下的全視角為 130 度。元件的角強度曲線並不能保證整個顯示器上的顏色均勻，可能仍需要擴散器或輔助光學元件。

多晶片封裝可以包含 RGB 發光體、多個白色發光體或其他組合。 Cree LED 的 CLY6D-FKC是一款三色 SMD 發光體，專為全彩標誌應用而設計。下圖比較的是 COB 光源和包含多個獨立 SMD 發光體的電路板；圖中並未顯示單一 SMD 封裝內包含多個晶片的情況。

LED無需移動部件即可發光，但焊點、封裝材料和內部連接仍可能因衝擊、電路板彎曲或熱循環而損壞。可靠性取決於合適的組裝和運作條件。

下圖所引用的圖表說明：它比較的是行動廣告形式，而非SMD組件：包括印刷卡車面板、數位LED卡車或拖車、拖掛式廣告看板、自行車/背包廣告看板以及車身貼膜廣告。數位內容可以透過電子方式更改；印刷圖像則需要實體更換。圖表中的可見度、成本排名和稅務說明均為一般性聲明，並非SMD螢幕的經核實規格或定價。

根據具體任務選擇合適的發光體。指示燈、白色背光燈、RGB顯示像素和紅外線光源即使都採用表面貼裝技術，也是不同的產品。

智能手機：

• 包含狀態指示器的模型上的狀態指示器。
• 相機閃光燈或手電筒照明。
• LCD螢幕需要背光；OLED螢幕不需要LED背光。

電視和顯示器： LED背光液晶產品，包括許多QLED型號，都使用LED作為液晶螢幕背後的光源。這與直視型LED拼接屏有所不同。

可穿戴設備：

• 指標。
• LCD 設計需要背光的地方使用背光。
• 用於健身追蹤器中特定光學感測功能的發射器。

遊戲： RGB 燈光可出現在：

• 鍵盤。
• 老鼠。
• 控制台。
• 電腦組件。

園藝：製造商提供適用於種植應用的各種光譜選項；Lumileds 的園藝產品系列包括專門設計的包裝。

醫療設備：專用發射器可用於：

• 手術照明。
• 檢查燈。
• 專用光療設備。

紫外線固化：合適的紫外線光源可以固化相容的物質：

• 墨水。
• 樹脂。
• 黏合劑。

紅外線應用：

• 相機照明。
• 遠端控制訊號。

波長、輸出和裝置要求因應用而異；普通的RGB顯示器LED不能替代。 Lumileds的專業產品概述區分了相機閃光燈、顯示器、紅外線和紫外線產品。

SMD LED 尺寸代碼是有用的線索，但它們並非完整的規格說明。

許多照明封裝名稱以十分之一毫米為單位表示標稱尺寸。其他系列則使用基於英吋的編碼。務必查看封裝圖面和建議的焊盤佈局；外形尺寸匹配並不能保證封裝尺寸或極性相容。

常見的指標範例有：

• 3528： 約 3.5 × 2.8 毫米。
• 5050： 約 5.0 × 5.0 毫米。
• 2016： 約 2.0 × 1.6 毫米。

相比之下，英吋封裝的0603尺寸約為 1.6 × 0.8 毫米，如Kingbright 的 0603 產品系列所示。請勿在未查閱命名規則的情況下將其解讀為 0.6 × 0.3 毫米。

類別之間存在重疊：頂部發光封裝也可能是高功率封裝或包含多個晶片。發光方向、封裝材料、尺寸和電氣額定值描述了不同的特性。下文包含 COB 封裝，以便與封裝的 SMD 裝置進行比較。

標準的頂部發光LED會將光線反射到遠離電路板的方向。有些採用塑膠引線封裝（PLCC）；有些則採用晶片式或陶瓷封裝。由於可以實現平坦的光學表面，因此SMD LED並不一定需要有可見的凸起。

「俯視圖」描述的是相對於PCB的主要輻射方向。應使用資料手冊中的輻射方向圖來評估角度輸出，而不是假設所有俯視圖封裝都產生相同的輻射束。

常用尺寸和用途：

• 0201 / 0402 / 0603： 小指示器系列；確認供應商是否使用基於英吋的代碼。
• 0805 / 1206： 尺寸較大的晶片式指示器，在原型製作過程中更容易操作。
• 3528： 用於指示器和照明產品；額定值各不相同。
• 5050： 可以是RGB顏色或白色。 Lumileds 的 LUXEON 5050 這是一個白光產品系列，所以該代碼並不意味著“三個 RGB 晶片”。
• 5630： 照明面積；比較實際輸出和額定電流。
• 5730： 又一個足跡，並不能證明其療效優於 5630。

保留的插圖標籤為 2835、5730、3030、3535 和 5050 包裝；它不是比例圖或性能排名。

側發光LED的主光輸出方向大致平行於PCB，而非垂直於PCB。這種光學幾何結構適用於邊緣照明和空間受限的組件。外部封裝並不決定內部晶片的確切方向。

光線方向：

• 沿板面方向，與法線方向成約 90 度角。
• 可用於將光耦合到側向發光導光管。

尺寸和類型：

• 尺寸和零件編號各不相同。 QT Brightek 的 QBLP615 系列 這是一個有據可查的側面視圖範例。

應用範圍包括：

• 相容的液晶背光設計。
• 計算器照明。
• 儀錶板指示燈或導光條。
• 其他小型電子產品。

側向輻射並不意味著高功率或必須使用金屬芯PCB。選擇電路板和散熱器時，應考慮封裝的散熱能力、熱阻、環境溫度和電流。高功率設計無論輻射方向如何，都需要進行熱評估。

光線方向：許多高功率元件向上發光；二次光學元件是可選的，取決於應用。

封裝式SMD LED

• 可能包含一個或多個晶片和一個專用導熱墊。
• 封裝代碼不確定功率等級：2835 和 3030 系列也包括中等功率元件。
• 合適的型號可用於燈具和汽車照明。

COB（板上晶片）

• 多個晶片組裝在同一基板上。
• 白色照明 COB 通常具有共享的螢光粉覆蓋發光區域；顯示 COB 是不同的產品。
• 光學和熱設計決定了可用光束和輸出。

MCOB

• 供應商使用此術語來指多晶片或多COB封裝。
• 這並不能保證溫度更低或眩光更少。
• 對比實際結構、熱數據和光度數據。

快速比較總表

下表闡明了下方保留的插圖。其類別有重疊；僅憑包裝尺寸無法確定功率或品質。

根據資料手冊和工作條件選擇表面貼裝式LED元件。為了獲得完整的顯示效果，還應評估模組、驅動器、外殼和影像性能：

• 光輸出： 在相同電流和溫度下，比較光強度（單位為坎德拉）或光通量（單位為流明）。顯示器亮度（單位為 cd/m²）是不同的系統層級測量值。
• 可視角度： 在指定位置檢查強度曲線和螢幕顏色一致性。
• 顏色： 指定 RGB 波長，或者，對於白光照明，指定色溫和顯色性要求。
• 腳印： 請核實顯示器的尺寸、極性、焊盤佈局和像素間距。
• 電氣和熱學極限： 檢查正向電壓、驅動電流、脈衝佔空比和冷卻情況。 Cree LED 的熱管理指南 解釋了從結到環境的熱傳遞路徑。

EagerLED 我們供應LED顯示器產品；選擇成品螢幕與購買單一LED組件有所不同。如需安裝方案，請提供螢幕尺寸、室內或室外使用、觀看距離、維護便利性以及內容需求。訂購前，請先比較模組樣品及其規格。 SMD 與 COB 顯示器指南 解釋了視訊牆的包裝方案。

SMD封裝因其支援緊湊型RGB像素和自動化組裝，而被廣泛應用於顯示器領域。但這並不意味著它在所有領域都佔據絕對市場份額。 COB和其他封裝方式也適用於顯示器應用；具體選擇取決於像素間距、環境、操作和維護需求。

RGB 色彩模式將三種顏色彼此接近，但色彩均勻性取決於校準、像素合併、驅動設定和光學設計。評估螢幕時，應在預期的可視角度範圍內進行。標稱的最大可視角度並不保證在整個可視範圍內亮度和色彩保持不變。

自動化貼片技術支援可重複生產，但組裝品質仍然至關重要。 「無鉛」指的是材料成分，而非無電氣端子或抗振動能力。 Kingbright的 SMD 應用說明涵蓋了防潮、焊接、機械應力和靜電放電等方面的注意事項。

封裝尺寸會影響設計，但機櫃深度、散熱、電源供應和維修通道等因素決定了最終螢幕的厚度和重量。 LED背光液晶電視和直視RGB LED顯示器不應被視為同一種顯示器架構。

SMD 標識 LED 封裝的安裝方式；資料手冊則告訴你它的功能。

根據應用需求選擇合適的尺寸、光輸出、驅動條件和散熱要求。對於廣告LED顯示屏，應評估整個模組、箱體以及LED封裝。與供應商確認規格，並測試代表性樣品，而不僅依據封裝代碼進行選擇。