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LED照明技術(shù) 陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院王進(jìn)軍 第六章LED封裝技術(shù) 6 1概述6 2LED的封裝方式6 3LED封裝工藝6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù)6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù)6 6封膠膠體設(shè)計6 7散熱設(shè)計 6 1概述 一 封裝的必要性LED芯片只是一塊很小的固體 它的兩個電極要在顯微鏡下才能看見 加入電流之后他才會發(fā)光 在制作工藝上 除了要對LED芯片的兩個電極進(jìn)行焊接 從而引出正極 負(fù)極之外 同時還需要對LED芯片和兩個電極進(jìn)行保護 6 1概述 二 封裝的作用研發(fā)低熱阻 優(yōu)異光學(xué)特性 高可靠的封裝技術(shù)是新型LED走向?qū)嵱?走向市場的產(chǎn)業(yè)化必經(jīng)之路 LED技術(shù)大都是在半導(dǎo)體分離器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來的 將普通二極管的管芯密封在封裝體內(nèi) 起作用是保護芯片和完成電氣互連 6 1概述 二 封裝的作用對LED的封裝則是 實現(xiàn)輸入電信號 保護芯片正常工作 輸出可見光的功能 其中既有電參數(shù)又有光參數(shù)的設(shè)計及技術(shù)要求 6 1概述 三 LED封裝的方式的選擇LEDpn結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的 即向各個方向發(fā)射有相同的幾率 因此并不是芯片產(chǎn)生的所有光都可以發(fā)射出來 能發(fā)射多少光 取決于半導(dǎo)體材料的質(zhì)量 芯片結(jié)構(gòu) 幾何形狀 封裝內(nèi)部材料與包裝材料 因此 對LED封裝 要根據(jù)LED芯片的大小 功率大小來選擇合適的封裝方式 6 2LED的封裝方式 常用的LED芯片封裝方式包括 引腳式封裝平面式封裝表貼封裝食人魚封裝功率型封裝 6 2LED的封裝方式 一 LED封裝的發(fā)展過程 6 2LED的封裝方式 二 小功率LED封裝常規(guī)小功率LED的封裝形式主要有 引腳式封裝 平面式封裝 表面貼裝式SMDLED 食人魚PiranhaLED 6 2LED的封裝方式 1 引腳式封裝 1 引腳式封裝結(jié)構(gòu)LED引腳式封裝采用引線架作為各種封裝外型的引腳 常見的是直徑為5mm的圓柱型 簡稱 5mm 封裝 6 2LED的封裝方式 1 引腳式封裝 2 引腳式封裝過程 5mm引腳式封裝 將邊長0 25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上 一般稱為支架 芯片的正極用金屬絲鍵合連到另一引線架上 負(fù)極用銀漿粘結(jié)在支架反射杯內(nèi)或用金絲和反射杯引腳相連 6 2LED的封裝方式 1 引腳式封裝 3 引腳式封裝原理然后頂部用環(huán)氧樹脂包封 做成直徑5mm的圓形外形反射杯的作用是收集管芯側(cè)面 界面發(fā)出的光 向期望的方向角內(nèi)發(fā)射 6 2LED的封裝方式 1 引腳式封裝 3 引腳式封裝原理頂部包封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀 有這樣幾種作用 保護管芯等不受外界侵蝕 采用不同的形狀和材料性質(zhì) 摻或不摻散色劑 起透鏡或漫射透鏡功能 控制光的發(fā)散角 6 2LED的封裝方式 2 平面式封裝 1 原理平面式封裝LED器件是由多個LED芯片組合而成的結(jié)構(gòu)型器件 通過LED的適當(dāng)連接 包括串聯(lián)和并聯(lián) 和合適的光學(xué)結(jié)構(gòu) 可構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段和發(fā)光點 然后由這些發(fā)光段和發(fā)光點組成各種發(fā)光顯示器 如數(shù)碼管 米 字管 矩陣管等 6 2LED的封裝方式 2 平面式封裝 2 結(jié)構(gòu) 6 2LED的封裝方式 3 表貼式封裝表面貼片LED SMD 是一種新型的表面貼裝式半導(dǎo)體發(fā)光器件 具有體積小 散射角大 發(fā)光均勻性好 可靠性高等優(yōu)點 其發(fā)光顏色可以是白光在內(nèi)的各種顏色 可以滿足表面貼裝結(jié)構(gòu)的各種電子產(chǎn)品的需要 特別是手機 筆記本電腦 6 2LED的封裝方式 3 表貼式封裝 6 2LED的封裝方式 4 食人魚式封裝 1 結(jié)構(gòu) 6 2LED的封裝方式 4 食人魚式封裝 2 優(yōu)點為什么把著這種LED稱為食人魚 因為它的形狀很像亞馬孫河中的食人魚Piranha 食人魚LED產(chǎn)品有很多優(yōu)點 由于食人魚LED所用的支架是銅制的 面積較大 因此傳熱和散熱快 LED點亮后 pn結(jié)產(chǎn)生的熱量很快就可以由支架的四個支腳導(dǎo)出到PCB的銅帶上 6 2LED的封裝方式 4 食人魚式封裝 2 優(yōu)點食人魚LED比 3mm 5mm引腳式的管子傳熱快 從而可以延長器件的使用壽命 一般情況下 食人魚LED的熱阻會比 3mm 5mm管子的熱阻小一半 所以很受用戶的歡迎 6 2LED的封裝方式 三 功率型封裝功率型LED是未來半導(dǎo)體照明的核心 大功率LED有大的耗散功率 大的發(fā)熱量 以及較高的出光效率 長壽命 6 2LED的封裝方式 三 功率型封裝大功率LED的封裝不能簡單地套用傳統(tǒng)的小功率LED的封裝 必須在 封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計 選用材料 選用設(shè)備等方面重新考慮 研究新的封裝方法 6 2LED的封裝方式 三 功率型封裝目前功率型LED主要有以下6種封裝形式 1 沿襲引腳式LED封裝思路的大尺寸環(huán)氧樹脂封裝 6 2LED的封裝方式 三 功率型封裝2 仿食人魚式環(huán)氧樹脂封裝 6 2LED的封裝方式 三 功率型封裝3 鋁基板 MCPCB 式封裝 6 2LED的封裝方式 三 功率型封裝4 借鑒大功率三極管思路的TO封裝 6 2LED的封裝方式 三 功率型封裝5 功率型SMD封裝 6 2LED的封裝方式 三 功率型封裝6 L公司的Lxx封裝 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝1 主要工藝 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝1 主要工藝 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 1 芯片檢驗用顯微鏡檢查材料表面是否有機械損傷及麻點 芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求 電極圖案是否完整 6 3LED封裝工藝 2 擴片由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小 約0 1mm 不利于后工序的操作 采用擴片機對黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴張 使LED芯片的間距拉伸到約0 6mm 也可以采用手工擴張 但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題 6 3LED封裝工藝 2 主要工藝說明 3 點膠在LED支架的相應(yīng)位置點上銀膠或絕緣膠 對于GaAs SiC導(dǎo)電襯底 具有背面電極的紅光 黃光 黃綠芯片 采用銀膠 對于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光 綠光LED芯片 采用絕緣膠來固定芯片 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 3 點膠工藝難點在于點膠量的控制 在膠體高度 點膠位置均有詳細(xì)的工藝要求 由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)格的要求 銀膠的醒料 攪拌 使用時間都是工藝上必須注意的事項 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 4 備膠和點膠相反 備膠是用備膠機先把銀膠涂在LED背面電極上 然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上 備膠的效率遠(yuǎn)高于點膠 但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 5 手工刺片將擴張后LED芯片 備膠或未備膠 安置在刺片臺的夾具上 LED支架放在夾具底下 在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應(yīng)的位置上 手工刺片和自動裝架相比有一個好處 便于隨時更換不同的芯片 適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品 6 3LED封裝工藝 2 主要工藝說明 6 自動裝架自動裝架其實是結(jié)合了沾膠 點膠 和安裝芯片兩大步驟 先在LED支架上點上銀膠 絕緣膠 然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置 再安置在相應(yīng)的支架位置上 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 6 自動裝架自動裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程 同時對設(shè)備的沾膠及安裝精度進(jìn)行調(diào)整 在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴 防止對LED芯片表面的損傷 特別是蘭 綠色芯片必須用膠木的 因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層 6 3LED封裝工藝 2 主要工藝說明 7 燒結(jié)燒結(jié)的目的是使銀膠固化 燒結(jié)要求對溫度進(jìn)行監(jiān)控 防止批次性不良 銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150 燒結(jié)時間2小時 根據(jù)實際情況可以調(diào)整到170 1小時 絕緣膠一般150 1小時 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 7 燒結(jié)銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時 或1小時 打開更換燒結(jié)的產(chǎn)品 中間不得隨意打開 燒結(jié)烘箱不得再其他用途 防止污染 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 8 壓焊壓焊的目的將電極引到LED芯片上 完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作 LED的壓焊工藝有兩種 金絲球焊鋁絲壓焊 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 8 壓焊1 鋁絲壓焊過程 先在LED芯片電極上壓上第一點 再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方 壓上第二點后扯斷鋁絲 2 金絲球焊過程 在壓第一點前先燒個球 其余過程類似 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 8 壓焊壓焊是LED封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲 鋁絲 拱絲形狀 焊點形狀 拉力 對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題 如金 鋁 絲材料 超聲功率 壓焊壓力 劈刀 鋼嘴 選用 劈刀 鋼嘴 運動軌跡等等 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 9 點膠封裝 TOP LED和Side LED適用點膠封裝 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 9 點膠封裝點膠封裝基本上工藝控制的難點是氣泡 多缺料 黑點 設(shè)計上主要是對材料的選型 選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架 一般的LED無法通過氣密性試驗 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 9 點膠封裝手動點膠封裝對操作水平要求很高 特別是白光LED 主要難點是對點膠量的控制 因為環(huán)氧在使用過程中會變稠 白光LED的點膠還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致出光色差的問題 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 10 灌膠封裝Lamp LED的封裝采用灌封的形式 灌封的過程是 先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧 然后插入壓焊好的LED支架 放入烘箱讓環(huán)氧固化后 將LED從模腔中脫出即成型 6 3LED封裝工藝 2 主要工藝說明 11 模壓封裝將壓焊好的LED支架放入模具中 將上下兩副模具用液壓機合模并抽真空 將固態(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱 用液壓頂桿壓入模具膠道中 環(huán)氧順著膠道進(jìn)入各個LED成型槽中并固化 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 12 固化與后固化固化是指封裝環(huán)氧的固化 一般環(huán)氧固化條件在135 1小時 模壓封裝一般在150 4分鐘 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 12 固化與后固化后固化是為了讓環(huán)氧充分固化 同時對LED進(jìn)行熱老化 后固化對于提高環(huán)氧與支架 PCB 的粘接強度非常重要 一般條件為120 4小時 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 13 切筋和劃片由于LED在生產(chǎn)中是連在一起的 不是單個 Lamp封裝LED采用切筋切斷LED支架的連筋 SMD LED則是在一片PCB板上 需要劃片機來完成分離工作 6 3LED封裝工藝 一 引腳式封裝工藝2 主要工藝說明 14 測試測試LED的光電參數(shù) 檢驗外形尺寸 同時根據(jù)客戶要求對LED產(chǎn)品進(jìn)行分選 15 包裝將成品進(jìn)行計數(shù)包裝 超高亮LED需要防靜電包裝 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 1 金相顯微鏡 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 2 晶片擴張機 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 3 點膠機 6 3LED封裝工藝 3 點膠機點膠機和固晶機一樣 精度要求高 這樣才能有效的控制膠量 膠量如果太多 芯片貼上去后就容易讓多余的膠擠壓出 阻擋和吸收的芯片周圍的發(fā)光 而且對反射杯壁發(fā)射出的光吸收 影響了光亮度 如果膠量太少 特別是進(jìn)入焊線的工序時 使得芯片從杯底脫落 就會引起死燈 漏電等等而造成次品 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 4 背膠機 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 5 固晶機 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 5 固晶機LED的晶粒放入封裝位置的精確與否影響整件封裝器件的發(fā)光效能 若晶粒在反射杯內(nèi)的位置有所偏差 光線未能完全發(fā)射出來 影響成品的光亮度 因此 固晶機必須選擇高精度的固晶機 最好是擁有先進(jìn)的預(yù)先圖象識別系統(tǒng) 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 6 焊線機 6 3LED封裝工藝 6 焊線機焊線機在用之前 要調(diào)好1焊和2焊的功率 溫度 壓力 以及超聲波的溫度 功率 讓這些參數(shù)能夠讓金線承受5g的拉力 這樣才不會讓以后的烘烤工序因為物質(zhì)的膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致金線斷裂或者脫焊 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 7 灌膠機 6 3LED封裝工藝 7 灌膠機灌膠機的針頭必須都是保持在同一水平的位置 而且漏膠的通道不能有渣滓 而且密封的很好 針頭也必須隔段時間進(jìn)行清理 由于封裝后所形成的是由環(huán)氧樹脂形成的一層光學(xué) 透鏡 倘若這層透鏡中混有雜質(zhì)就會使得出光效率不好 而且光斑中也會有黑點 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 8 烤箱 6 3LED封裝工藝 8 烤箱烤箱必須是循環(huán)風(fēng) 而且烤箱的隔層的托盤必須是保持水平的 在做白光LED的時候 點好的熒光粉必須要在烤箱內(nèi)烤干 但是如果不是循環(huán)風(fēng)和隔層的托盤 烤出的熒光粉分布不均勻 造成光斑的不均勻 還有可能造成熒光粉的溢出 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 9 液壓機 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 10 切腳機 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 11 測試機 6 3LED封裝工藝 3 封裝設(shè)備 12 分光分色機 6 3LED封裝工藝 二 SMDLED封裝工藝 6 3LED封裝工藝 二 SMDLED封裝工藝 6 3LED封裝工藝 三 DisplayLED封裝工藝 6 3LED封裝工藝 三 DisplayLED封裝工藝 6 3LED封裝工藝 四 食人魚LED封裝工藝1 選定食人魚LED的支架根據(jù)每一個食人魚管子要放幾個LED芯片 需要確定食人魚支架中沖凹下去的碗的形狀大小及深淺 6 3LED封裝工藝 四 食人魚LED封裝工藝2 清洗支架3 將LED芯片固定在支架碗中4 經(jīng)烘干后把LED芯片兩極焊好5 根據(jù)芯片的多少和出光角度的大小 選用相應(yīng)的模粒 食人魚LED封裝模粒的形狀是多種多樣的 有 3mm圓頭和 5mm圓頭 也有凹型形狀和平頭形狀 根據(jù)出光角度的要求可選擇相應(yīng)的封裝模粒 6 3LED封裝工藝 四 食人魚LED封裝工藝6 在模粒中灌滿膠 把焊好LED芯片的食人魚支架對準(zhǔn)模粒倒插在模粒中 7 待膠干后 用烘箱烘干 脫模即可8 然后放到切筋模上把它切下來9 接著進(jìn)行測試和分選 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝1 L型電極的大功率LED芯片的封裝美國GREE公司的1W大功率芯片 L型電極 封裝結(jié)構(gòu)中上下各有一個電極 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝1 L型電極的大功率LED芯片封裝首先在SiC襯底鍍一層金錫合金 一般做芯片的廠家已鍍好 然后在熱沉上同樣也鍍一層金錫合金 將LED芯片底座上的金屬和熱沉上的金屬熔合在一起 稱為共晶焊接 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝1 L型電極的大功率LED芯片的封裝這種封裝方式 一定要注意當(dāng)LED芯片與熱沉在一起加熱時 二者要接觸好 最好二者之間加有一定壓力 而且二者接觸面受力均勻 兩面平衡 控制好金和錫的比例 這樣焊接效果才好 這種方法做出來的LED的熱阻較小 散熱較好 光效較好 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝1 L型電極的大功率LED芯片的封裝這種封裝方式上下兩面輸入電流 如果與熱沉相連的一極是與熱沉直接導(dǎo)電的 則熱沉也成為一個電極 使用這種LED要測試熱沉是否與其接觸的一極是零電阻 若為零則是連通的 因此連接熱沉與散熱片時要注意絕緣 而且要使用導(dǎo)熱膠把熱沉與散熱片粘連好 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝2 V型電極的大功率LED芯片的封裝兩個電極的p極和n極都在同一面 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝2 V型電極的大功率LED芯片的封裝對V型電極的大功率LED芯片的襯底通常是絕緣體 如藍(lán)寶石 而且在絕緣體的底層外殼上一般鍍有一層光反射層 可以使射到襯底的光反射回來 從而讓光線從正面射出 以提高光效 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝2 V型電極的大功率LED芯片的封裝這種封裝應(yīng)在絕緣體的下表面用一種 絕緣 膠把LED芯片與熱沉粘合 上面把兩個電極用金絲焊出 在封裝V型電極大功率LED芯片時 由于點亮?xí)r發(fā)熱量比較大 可以在LED芯片上涂一層硅凝膠 而不可用環(huán)氧樹脂 這樣 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝2 V型電極的大功率LED芯片的封裝一方面可防止金絲熱膨脹冷縮與環(huán)氧樹脂不一致而被拉斷 另一方面防止因溫度高而使環(huán)氧樹脂變黃變污 結(jié)果透光性能不好 所以在制作V型電極大功率LED時應(yīng)用硅凝膠調(diào)和熒光粉 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝3 V型電極的大功率LED芯片倒裝封裝 1 理論基礎(chǔ)光線由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時 入射光一部分被折射 另一部分被反射 若光線由光密介質(zhì) 折射率n1 射向光疏介質(zhì) 折射率n2 當(dāng)入射角 i1 大于全反射臨界角 ic 時 折射光線消失 光線全部被反射 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝3 V型電極的大功率LED芯片倒裝封裝 1 理論基礎(chǔ)ic Sin 1n2 n1n2 n1 若n2與n1的數(shù)值相差越大 則全反射臨界角 ic 越小 光線越容易發(fā)生全反射現(xiàn)象 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝3 V型電極的大功率LED芯片倒裝封裝 2 正裝的LED芯片GaN類正裝芯片封裝的LED的出光通道折射率變化為 有源層 n 2 4 環(huán)氧樹脂 n 1 5 空氣 n 1 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝3 V型電極的大功率LED芯片倒裝封裝 2 倒裝的LED芯片 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝3 V型電極的大功率LED芯片倒裝封裝 2 倒裝的LED芯片GaN類倒裝芯片封裝的LED的出光通道折射率變化為 有源層 n 2 4 藍(lán)寶石 n 1 8 環(huán)氧樹脂 n 1 5 空氣 n 1 采用倒裝芯片封裝的LED的出光效率比正裝芯片要高 6 3LED封裝工藝 五 大功率封裝4 集成LED芯片封裝 6 3LED封裝工藝 五 功率型封裝4 集成LED芯片封裝使用單層或雙層鋁基板作為熱沉 把單個芯片或多個芯片用固晶膠直接固定在鋁基板 或同基板 上 LED芯片的p和n兩個電極則鍵合在鋁基板表層的薄銅板上 根據(jù)所需功率的大小確定底座上排列LED芯片的數(shù)目 可組合封裝成1W 2W 3W等高亮度的大功率LED 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程1 預(yù)期準(zhǔn)備 1 芯片檢驗 用顯微鏡檢查材料表面 是否有機械損傷及麻點 芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整 6 3LED封裝工藝 1 預(yù)期準(zhǔn)備 2 擴片 由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小 約0 1mm 不利于后工序操作 采用擴片機對勃結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴張 使LED芯片與芯片的間距拉伸到約0 6mm 也可以采用手工擴張 3 清洗 采用超聲波清洗LED支架 并烘干 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 1 點膠 將膠體點在支架杯體里 必須要點在杯體的正中間 而且膠量要適當(dāng) 膠量根據(jù)芯片的面積的大小來規(guī)定 其標(biāo)準(zhǔn)為芯片面積的2 3 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 1 點膠膠體在這里是起個粘合劑的作用 也就是將芯片固定在支架內(nèi) 因為藍(lán)色的高亮度芯片是雙電極的 我們就用絕緣膠來固定 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 2 貼片 將擴張后的芯片安置在刺晶臺上 在顯微鏡下用刺晶筆將管芯一個一個安裝在LED支架相應(yīng)的焊盤上 芯片一定要很妥當(dāng)?shù)闹糜诒虚g 若芯片有偏置就會導(dǎo)致光斑的不均勻 從而影響LED的平均光強 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 3 烘烤 將半成品放入烤箱內(nèi) 烤箱溫度為1500C 烘烤1小時 4 焊線 用金絲焊機將電極連接到LED管芯上 以作電流注入的引線 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 4 焊線 在壓第一點前先燒個球 再將金絲拉到相應(yīng)的支架上方 壓上第二點后扯斷金絲 工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲拱絲形狀 焊點形狀 拉力 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 5 點熒光粉 將熒光粉抽掉真空后 然后用注射器均勻的點在杯內(nèi) 6 烘烤 放入120度的烤箱 烘烤15 20分鐘 7 抽真空 將封裝用的膠 AB膠 抽真空 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 8 灌膠 先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)樹脂 然后插入壓焊好的LED支架 放入烘箱讓樹脂固化后 將LED從模腔中脫出即成型 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 9 烘烤 前固化是指密封樹脂的固化 一般固化條件在1350C 1小時 后固化是為了讓樹脂充分固化 同時對LED進(jìn)行熱老化 后固化對于提高樹脂與支架的粘接強度非常重要 一般條件為1200C 4小時 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 10 脫模 11 質(zhì)檢 用肉眼直接的檢測 測出死燈 12 裁切 由于LED在生產(chǎn)中是連在一起的 不是單個 LED采用切筋切斷LED支架的連筋 分為前切和后切 6 3LED封裝工藝 六 白光LED封裝一般工藝流程2 操作步驟 13 分光 測試LED的光電參數(shù) 檢驗外形尺寸 同時根據(jù)客戶要求對LED產(chǎn)品進(jìn)行分選 14 包裝 將成品進(jìn)行計數(shù)包裝 超高亮LED需要防靜電包裝 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 一 照明領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體LED光源的要求傳統(tǒng)LED的光通量與白熾燈和熒光燈等通用光源相比 距離甚遠(yuǎn) LED要進(jìn)入照明領(lǐng)域 首要任務(wù)是將其發(fā)光效率 光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級 由于LED芯片輸入功率的不斷提高 對功率型LED的封裝技術(shù)提出了更高的要求 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 一 照明領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體LED光源的要求針對照明領(lǐng)域?qū)庠吹囊?照明用功率型LED的封裝面臨著以下挑戰(zhàn) 更高的發(fā)光效率 更高的單燈光通量 更好的光學(xué)特性 光指向性 色溫 顯色性等 更大的輸入功率 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 一 照明領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體LED光源的要求 更高的可靠性 更低的失效率 更長的壽命等 更低的光通量成本 這些挑戰(zhàn)的要求在美國半導(dǎo)體照明發(fā)展藍(lán)圖中已充分體現(xiàn) 見下表 我們可以通過改善LED封裝的關(guān)鍵技術(shù) 來逐步使之實現(xiàn) 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 一 照明領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體LED光源的要求 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率1 提高發(fā)光效率的途徑LED的發(fā)光效率是由芯片的發(fā)光效率和封裝結(jié)構(gòu)的出光效率共同決定的 提高LED發(fā)光效率的主要途徑有 提高芯片的發(fā)光效率 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率1 提高發(fā)光效率的途徑 將芯片發(fā)出的光有效地萃取出來 將萃取出來的光高效地導(dǎo)出LED管體外 提高熒光粉的激發(fā)效率 對白光而言 降低LED的熱阻 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率2 芯片的選擇LED的發(fā)光效率主要決定于芯片的發(fā)光效率 隨著芯片制造技術(shù)的不斷進(jìn)步 芯片的發(fā)光效率在迅速提高 目前發(fā)光效率高的芯片主要有 HP公司的TS類芯片 CREE公司的XB類芯片 WB waferbonding 類芯片 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率2 芯片的選擇ITO類芯片 表面粗化芯片倒裝焊類芯片等等 可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求和LED封裝結(jié)構(gòu)特點 選擇合適的高發(fā)光效率的芯片進(jìn)行封裝 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率3 出光通道的設(shè)計與材料選擇芯片選定之后 要提高LED的發(fā)光效率 能否將芯片發(fā)出的光高效地萃取和導(dǎo)出 就顯得非常關(guān)鍵了 1 光的萃取 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 3 出光通道的設(shè)計與材料選擇 1 光的萃取由于芯片發(fā)光層的折射率較高 GaNn 2 4 GaPn 3 3 如果出光通道與芯片表面接合的物質(zhì)的折射率與之相差較大 如環(huán)氧樹脂為n 1 5 則會導(dǎo)致芯片表面的全反射臨界角較小 芯片發(fā)出的光只有一部分能通過界面逸出被有效利用 相當(dāng)一部分的光因全反射而被困在芯片內(nèi)部 造成萃光效率偏低 直接影響LED的發(fā)光效率 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 3 出光通道的設(shè)計與材料選擇 1 光的萃取為了提高萃光效率 在選擇與芯片表面接合的物質(zhì)時 必須考慮其折射率要與芯片表面材料的折射率盡可能相匹配 采用高折射率的柔性硅膠作與芯片表面接合的材料 既可以提高萃光效率 又可以使芯片和鍵合引線得到良好的應(yīng)力保護 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 1 光的萃取GaN類倒裝芯片封裝的LED的出光通道折射率變化為 有源層 n 2 4 藍(lán)寶石 n 1 8 環(huán)氧樹脂 n 1 5 空氣 n 1 GaN類正裝芯片封裝的LED的出光通道折射率變化為 有源層 n 2 4 環(huán)氧樹脂 n 1 5 空氣 n 1 采用倒裝芯片封裝的LED的出光通道折射率匹配比正裝芯片要好 出光效率更高 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率3 出光通道的設(shè)計與材料選擇 2 光的導(dǎo)出1 設(shè)計良好的出光通道 使光能夠高效地導(dǎo)出到LED管體外 反射腔體的設(shè)計 透鏡的設(shè)計 出光通道中各種不同材料的接合界面設(shè)計和折射率的匹配 盡可能減少出光通道中不必要的光吸收和泄漏現(xiàn)象 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率3 出光通道的設(shè)計與材料選擇 2 光的導(dǎo)出2 出光通道材料的選擇 高的透光率 匹配良好的折射率 抗UV 防黃變特性 高的溫度耐受能力和良好的應(yīng)力特性 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率4 熒光粉的使用就白光LED而言 熒光粉的使用是否合理 對其發(fā)光效率影響較大 首先要選用與芯片波長相匹配的高受激轉(zhuǎn)換效率的熒光粉 其次是選用合適的載體膠調(diào)配熒光粉 并使其以良好的涂布方式均勻而有效地覆蓋在芯片的表面及四周 以達(dá)到最佳的激發(fā)效果 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率4 熒光粉的使用傳統(tǒng)上將熒光膠全部注滿反射杯的做法 1 不但涂布均勻性得不到保障 2 而且會在反射腔體中形成熒光粉的漫射分布 造成不必要的光泄漏損失 既影響光色的品質(zhì) 又會使LED光效降低 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率4 熒光粉的使用采用熒光粉薄膜式涂布可以解決上述問題 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率5 熱阻的降低LED自身的發(fā)熱使芯片的結(jié)溫升高 導(dǎo)致芯片發(fā)光效率的下降 功率型LED必須要有良好的散熱結(jié)構(gòu) 使LED內(nèi)部的熱量能盡快盡量地被導(dǎo)出和消散 以降低芯片的結(jié)溫 提高其發(fā)光效率 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率5 熱阻的降低芯片結(jié)溫 TJ 與環(huán)境溫度 TA 熱阻 Rth 和輸入功率 PD 的關(guān)系是 TJ TA RthPD 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 二 提高發(fā)光效率5 熱阻的降低在輸入功率PD一定的情況下 熱阻Rth的大小對結(jié)溫的高低有很大的影響 也就是說 熱阻的高低是LED散熱結(jié)構(gòu)好壞的標(biāo)志 采用優(yōu)良的散熱技術(shù)降低封裝結(jié)構(gòu)的熱阻 將使LED發(fā)光效率的提高得到有效的保障 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性1 調(diào)控光強的空間分布與傳統(tǒng)光源相比 LED發(fā)出的光有較強的指向性 如果控制得當(dāng) 可以提高整體的照明效率 使照明效果更佳 如何根據(jù)照明應(yīng)用的需要 調(diào)控LED的光強空間分布呢 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性調(diào)控光強的空間分布可以通過以下步驟來實現(xiàn) 清楚了解芯片發(fā)光的分布特點 根據(jù)芯片發(fā)光的分布特點和LED最終光強分布的要求設(shè)計出光通道 反射腔體的設(shè)計 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性1 調(diào)控光強的空間分布透鏡的設(shè)計 光線在出光通道中折射和漫射的考慮 出光通道各部分的幾何尺寸的設(shè)計和配合 選擇合適的出光通道材料和加工工藝 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性2 改善光色均勻性目前最常用的LED白光生成的技術(shù)路線是 藍(lán)色芯片 黃色熒光粉 YAG TAG 該工藝方法 是將熒光粉與載體膠混合后涂布到芯片上 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性2 改善光色均勻性在操作過程中 由于 載體膠的粘度是動態(tài)參數(shù) 熒光粉比重大于載體膠而容易產(chǎn)生沉淀 以及涂布設(shè)備精度等因素的影響 熒光粉的涂布量和均勻性的控制有難度 導(dǎo)致白光顏色的不均勻 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性2 改善光色均勻性改善光色均勻性的方法有 出光通道的設(shè)計 熒光粉粒度大小的合理選擇 載體膠粘度特性的把握 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性2 改善光色均勻性 改進(jìn)熒光膠調(diào)配的工藝方法 防止操作過程中熒光粉在載體膠內(nèi)產(chǎn)生沉降 采用高精度的熒光粉涂布設(shè)備 并改良熒光膠涂布的方法和形式 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性3 改善色溫與顯色性白光LED色溫的調(diào)控主要是通過 藍(lán)色芯片波長的選定 熒光粉受激波長的匹配 和熒光粉涂布量 均勻性的控制來實現(xiàn)的 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性3 改善色溫與顯色性基于藍(lán)色芯片 黃色熒光粉 YAG TAG LED白光生成技術(shù)路線的機理和熒光粉的特性 早期傳統(tǒng)的白光LED在高色溫區(qū)域 5500K 里 色溫的調(diào)控比較容易實現(xiàn) 顯色性也較好 Ra 80 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 3 改善色溫與顯色性在照明應(yīng)用通常要求的低色溫區(qū)域 2700K 5500K 傳統(tǒng)白光LED的色溫調(diào)控較難 顯色性也不佳 Ra 80 與照明光源的要求有一定的差距 即使可以生成低色溫的白光 其色坐標(biāo)也偏離黑體輻射軌跡較遠(yuǎn) 通常是在軌跡上方 使其光色不正 顯色性差 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性3 改善色溫與顯色性要解決這一問題 關(guān)鍵是熒光粉的改良 可以通過添加紅色熒光粉 使LED發(fā)出的白光的色坐標(biāo)盡量靠近黑體輻射軌跡 從而改善其光色和顯色性 目前改善白光LED在低色溫區(qū)的顯色性的主要方法有4種 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 三 改善LED的光學(xué)特性3 改善色溫與顯色性 盡量選用短波長的藍(lán)色芯片 D 460nm 分析白光LED發(fā)光譜線的缺陷 選用含有可以彌補這些缺陷的物質(zhì)的合適的熒光粉 改善熒光粉的涂布技術(shù) 保證熒光粉得到充分而均勻的激發(fā) 采用其它具有顯色性優(yōu)勢的白光生成技術(shù)路線 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 四 提高LED的單燈光通量和輸入功率目前LED的單燈光通量偏小 獨立應(yīng)用于照明有較大的局限 其輸入功率也偏小 需要較多的外圍應(yīng)用電路配合 LED要進(jìn)入照明領(lǐng)域 必須提高LED的單燈光通量和輸入功率 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 四 提高LED的單燈光通量和輸入功率提高LED的單燈光通量和輸入功率的途徑有 1 在輸入功率一定的前提下 提高LED的發(fā)光效率是獲取更大單燈光通量的最直接的途徑 2 采用大面積芯片封裝LED 加大工作電流 可以獲得較高的單燈光通量和輸入功率 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 四 提高LED的單燈光通量和輸入功率3 采用多芯片高密度集成化封裝功率型LED 是目前獲得高單燈光通量和高輸入功率的最常用方法 在以上3種途徑中 散熱技術(shù)是關(guān)鍵 提高LED的散熱能力 降低熱阻 是提高LED的單燈光通量和輸入功率得以實現(xiàn)的根本保障 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 五 降低LED的成本價格高是半導(dǎo)體LED進(jìn)入照明領(lǐng)域的最終瓶頸 就封裝技術(shù)而言 LED要降低成本 必須解決以下五個問題 成熟可行的技術(shù)路線 簡單可靠 易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的工藝方法 通用化的產(chǎn)品設(shè)計 6 4功率型LED封裝關(guān)鍵技術(shù) 五 降低LED的成本 高的產(chǎn)品性能和可靠性 高的成品率 六 改善LED的可靠性在實際應(yīng)用中 人們普遍關(guān)注的LED可靠性問題主要有 死燈 光衰 色移 閃爍和壽命等等 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 在白光LED的設(shè)計中 最重要的步驟就是點熒光粉 點熒光粉是白光形成的關(guān)鍵 芯片的波長是460 470nm的 選取的熒光粉同樣也在這個波段 點熒光粉是分為兩個很重要的操作的 一個是調(diào)熒光粉一個是涂抹熒光粉 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉普通用的熒光粉是粉狀的 因此不能將粉狀的物質(zhì)覆蓋在芯片上 必須是液態(tài)的 但是也不可能把熒光粉變成液態(tài)的 因為熒光粉的組分是重金屬和稀有金屬 只有將熒光粉溶解在一種溶劑中 然后再將這種熒光粉液體烤干 這樣才能使其覆蓋在藍(lán)色的芯片上 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉1 溶劑選擇選擇的溶劑必須是不能破壞熒光粉自身的組織 因此這個溶劑需要是不能和熒光粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一種物質(zhì) 根據(jù)相似相溶的原理知道 熒光粉是不能溶解在有機溶劑里的 那么就只能是混合了 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉1 溶劑選擇如果只是單純的將這種混合溶液覆蓋在芯片的表面再去進(jìn)行外密封是行不通的 因為外密封是用的環(huán)氧樹脂這種液態(tài)物質(zhì) 也就是說必須要將其在封裝前烤干 于是傳統(tǒng)采用外密封的環(huán)氧樹脂來做這種溶劑 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉2 配制溶液有了溶劑再來配置溶液 在這里選用的材料有相對應(yīng)波段的黃色熒光粉和環(huán)氧樹脂 根據(jù)白光的發(fā)光原理可以知道 熒光粉加入的量太多就會造成發(fā)出的白光光偏黃 熒光粉的量加入的太少就會使得發(fā)出的白光光偏藍(lán) 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 2 配制溶液因此應(yīng)該根據(jù)熒光粉的發(fā)光效率來合理配制熒光粉 但是用熒光粉 環(huán)氧樹脂封裝出的成品光斑是一片藍(lán) 一片白 一片黃 這種光斑形成的原因是因為熒光粉被藍(lán)色的光激發(fā)的不均勻 也就是說熒光粉的細(xì)小顆粒沒有被藍(lán)色的光完全激發(fā) 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉2 配制溶液要解決完全激發(fā)的問題 就引入了擴散劑這樣的一種物質(zhì) 擴散劑可以增強藍(lán)光激發(fā)熒光粉的效率 從而增強了熒光粉的發(fā)光效率 通過實驗 發(fā)現(xiàn)擴散劑的確對光斑又了改善 使得發(fā)出的光斑不再是一塊一塊的 但是新的問題又出現(xiàn)了 光斑雖然整體呈現(xiàn)一種顏色但是外圈卻有一層黃色出現(xiàn) 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉2 配制溶液要改善黃圈必須要知道原因 將LED成品解剖 可以看到熒光粉的沉淀情況 如下圖 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉2 配制溶液通過理論分析知道 這種現(xiàn)象是由黃光功率偏大所引起的 首先要改變熒光粉溶液的配比 找到合適的配比才能夠改善黃圈 接著就是熒光粉沉淀的問題 從圖中可以看到熒光粉覆蓋在芯片和支架杯之間的空隙中的厚度要比芯片表面的厚度厚很多 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉2 配制溶液這是因為在烘烤的過程中 環(huán)氧樹脂會揮發(fā)一部分 環(huán)氧樹脂是雙組分的 一部分是樹脂 另一個部分是固化劑屬于酸酐類 固化劑的作用是減小分子之間的距離 使其固化 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉2 配制溶液固化劑與樹脂的反應(yīng)是個放熱反應(yīng) 而環(huán)氧樹脂的熱傳導(dǎo)性很差 黏度又很大 所以產(chǎn)生的熱量不容易消散 這樣很容易使得熒光粉沉淀 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉2 配制溶液另外 芯片的尺寸和支架杯底的尺寸有差異 這樣很容易導(dǎo)致芯片四周的熒光粉比重大 熒光粉溶液的濃度分布不均勻會造成白光LED的色溫分布不均 使得白光LED的亮度和光斑都不能達(dá)到預(yù)期效果 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 2 配制溶液如何改善熒光粉的因沉淀而引起的分布不均勻 這是新一步研究的問題 理論上可以從2個方面去改善 1 通過生產(chǎn)的工藝也就是在生產(chǎn)過程中 在時間很短的間隔里均勻攪拌 而點熒光粉的速度加快 與下個環(huán)節(jié)的銜接時間也變緊 點好熒光粉的半成品很快進(jìn)入烘烤的步驟中 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉2 配制溶液 2 加入一種新的物質(zhì) 使得熒光粉容易在高溫下也能保持很好的均勻混合狀態(tài) 于是在熒光粉溶液中引入了表面活性劑 其作用是 一部分可以吸附有機物 一部分可以吸附無機物的表面活性劑 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 一 調(diào)熒光粉2 配制溶液經(jīng)過反復(fù)的實驗 得到的熒光粉 表面活性劑 擴散劑和環(huán)氧樹脂的最優(yōu)質(zhì)量配比為10 5 3 100 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆對于支架式白光LED的外封裝有成型模具 頂部密封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀 有這樣幾種作用 保護管芯等不受外界侵蝕 采用不同的形狀和材料性質(zhì) 摻或不摻散色劑 起透鏡或漫射透鏡功能 控制光的發(fā)散角 因此由環(huán)氧樹脂形成的 透鏡 不可以調(diào)節(jié) 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆為了達(dá)到更好的光效 必須設(shè)計由涂抹的熒光粉而形成的 透鏡 熒光粉可以在支架的杯面上形成三種透鏡形式 凹透鏡 平面透鏡 凸透鏡 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆根據(jù)兩層透鏡的光輻射圖樣 選取的是凸透鏡 凸透鏡的角度與外封裝膠形成的透鏡角度是相同的 這樣能使芯片發(fā)出的光線垂直出射 并且能提高光線的出射率 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆但是這樣熒光粉涂抹方式還是不夠完美 芯片周圍4個面的光強分布也是不同的 雖然對熒光粉溶液的組分和配比做了一些調(diào)整 但是熒光粉的沉淀只能得到很好的改善而不能完全解決的 這樣的涂抹方式影響白光LED的色溫和色品坐標(biāo) 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆如果能將熒光粉完全單薄的覆蓋在芯片上 就能解決這個問題 但是對于支架式白光LED的封裝工藝上是很難辦到的 而要適合工廠的生產(chǎn)和銷售 這種涂抹技術(shù)是不合適的 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆這種設(shè)想對于大功率這種封裝方式是可以做到 在大功率白光LED中 芯片的發(fā)光效率要求高 因此使用面積比小型芯片 1mm2左右 大10倍的大型LED芯片 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆倒裝芯片是把GaNLED晶粒倒裝焊在散熱板上 并在P電極上方制作反射率較高的反射層 即將原先從元件上方發(fā)出的光線從元件其他的發(fā)光角度導(dǎo)出 而由藍(lán)寶石基板端沿取光 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆這樣就降低了在電極側(cè)面的光損耗 可有接近于正裝方式2倍左右的光輸出 因為沒有了金線焊墊的阻礙 對提高亮度有一定的幫助 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆對比兩種芯片的優(yōu)缺點 基于大于功率LED需要好的散熱環(huán)境和發(fā)出高光效來考慮 在大功率白光LED的封裝中 采用的是倒裝芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的正裝大功率芯片 大功率白光LED的熒光粉涂抹技術(shù)則是只用將熒光粉均勻涂抹在表面就可以 而不用涂抹在芯片四周 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆根據(jù)前面介紹的倒裝芯片的結(jié)構(gòu)而得出涂抹工藝如下圖所示 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆這種方式是將熒光粉混合溶液直接涂抹在芯片上 因此所用到的溶液膠體不再是環(huán)氧樹脂 因為環(huán)氧樹脂的流動性較強 如果用傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂來混合熒光粉 熒光粉溶液就會從芯片表面溢出 6 5熒光粉溶液涂抹技術(shù) 二 熒光粉涂覆所以必須選擇可以自動成型的UV膠 將UV膠與普通熒光粉按照一定的重量比進(jìn)行均勻混合調(diào)配 將調(diào)配好的原料加入點膠機對大功率發(fā)光二極管芯片進(jìn)行點膠涂布 使涂層厚度控制在0 5 0 6mm 將涂布完成的芯片用紫外燈照射進(jìn)行固化 完成固化工藝過程 6 6封膠膠體設(shè)計 一 對封裝膠的要求1 理論分析根據(jù)折射定律 光線從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時 當(dāng)入射角達(dá)到一定值 即大于等于臨界角時 會發(fā)生全發(fā)射 以GaN藍(lán)色芯片來說 GaN材料的折射率是2 3 當(dāng)光線從晶體內(nèi)部射向空氣時 根據(jù)折射定律 6 6封膠膠體設(shè)計 一 對封裝膠的要求1 理論分析 o sin 1 n1 n2 其中n2等于1 即空氣的折射率 n1是GaN的折射率 由此計算得到臨界角 o約為25 8度 能射出的光只有入射角小于25 8度這個空間立體角內(nèi)的光 因此其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出 大部分易在內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收 易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失 6 6封膠膠體設(shè)計 一 對封裝膠的要求2 要求 1 為了提高LED產(chǎn)品封裝的取光效率 必須提高n2的值 即提高封裝材料的折射率 以提高產(chǎn)品的臨界角 從而提高產(chǎn)品的封裝發(fā)光效率 2 同時 封裝材料對光線的吸收要小 6 6封膠膠體設(shè)計 二 傳統(tǒng)的封裝膠及其缺點對白光LED進(jìn)行封膠 傳統(tǒng)選取的是雙組分的環(huán)氧樹脂 這種封裝膠存在下面兩個問題 封裝用光學(xué)級的樹脂容易受熱變黃 除此之外 不僅因為熱現(xiàn)象會對環(huán)氧樹脂產(chǎn)生影響 甚至短波長也會對環(huán)氧樹脂造成一些問題 6 6封膠膠體設(shè)計 二 傳統(tǒng)的封裝膠這是因為白光LED發(fā)光光譜中 也包含了短波長的光線 而環(huán)氧樹脂卻相當(dāng)容易被白光LED中的短波長光線破壞 低功率的白光LED就已經(jīng)會造成環(huán)氧樹脂的破壞 更何況高功率的白光LED所含的短波長的光線更多 那么惡化自然也加速 6 6封膠膠體設(shè)計 三 白光LED用封裝膠白光LED采用的是硅膠封裝 硅膠除了對短波長有較佳的抗熱性 較不易老化外 它還能夠分散藍(lán)色和近紫外光 所以 與環(huán)氧樹脂相比 硅樹脂可以抑制材料因為短波長光線所帶來的劣化現(xiàn)象 此外硅膠的光透率 折射率都很理想 6 6封膠膠體設(shè)計 三 白光LED用封裝膠硅樹脂封膠材料是一種穩(wěn)定的柔性膠凝體 在 40度到 120度的范圍 不會應(yīng)為溫度的聚變而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 使金線與引線框架斷開 并防止外封裝的環(huán)氧樹脂形成的 透鏡 6 7散熱設(shè)計 對于一般照明使用 將需要大量的LED元件集成在一塊模組中以達(dá)到所需之照度 但LED的光電轉(zhuǎn)換效率不高 大約只有15 至20 左右電能轉(zhuǎn)為光輸出 其余均轉(zhuǎn)換成為熱能 熱量是LED的最大威脅之一 不僅影響LED的電氣性能 最終導(dǎo)致LED失效 如何讓LED保持長時間的持續(xù)可靠工作是目前大功率LED器件封裝和系統(tǒng)封裝的關(guān)鍵技術(shù) 6 7散熱設(shè)計 一 熱量來源對于由PN結(jié)組成的發(fā)光二極管 當(dāng)正向電流從PN結(jié)流過時 PN結(jié)有發(fā)熱損耗 這些熱量經(jīng)由粘結(jié)膠 灌封材料 熱沉等 輻射到空氣中 在這個過程中每一部分材料都有阻止熱流的熱阻抗 也就是熱阻 熱阻是由器件的尺寸 結(jié)構(gòu)及材料所決定的固定值 6 7散熱設(shè)計 一 熱量來源設(shè)發(fā)光二極管的熱阻為Rth 0C W 熱耗散功率為PD W 此時由于電流的熱損耗而引起的PN結(jié)溫度上升為 PN結(jié)結(jié)溫為 其中TA為環(huán)境溫度 6 7散熱設(shè)計 二 熱量對LED的影響LED發(fā)光過程中產(chǎn)生的熱量將會造成LED模組的溫度上升 當(dāng)溫度升高 1 發(fā)光強度降低 隨著芯片結(jié)溫的增加 芯片的發(fā)光效率效率也會隨之減少 LED亮度下降 同時 由于熱損耗引起的溫升增高 發(fā)光二極管亮度將不再繼續(xù)隨著電流成比例提高 即顯示出熱飽和現(xiàn)象 6 7散熱設(shè)計 二 熱量對LED的影響2 發(fā)光主波長偏移隨著結(jié)溫的上升 發(fā)光的峰值波長也將向長波方向漂移 約0 2 0 3nm 0C 這對于通過由藍(lán)光芯片涂覆YAG熒光粉混合得到的白光LED來說 藍(lán)光波長的漂移 會引起與熒光粉激發(fā)波長的失配 從而降低白光LED的整體發(fā)光效率 并導(dǎo)致白光色溫的改變 3 嚴(yán)重降低LED的壽命 加速LED的光衰 6 7散熱設(shè)計 三 LED的散熱考慮對于功率LED來說 驅(qū)動電流一般都為幾百毫安以上 PN結(jié)的電流密度非常大 所以PN結(jié)的溫升非常明顯 對于封裝和應(yīng)用來說 如何降低產(chǎn)品的熱阻 使PN結(jié)產(chǎn)生的熱量能盡快的散發(fā)出去 不僅可提高產(chǎn)品的飽和電流 提高產(chǎn)品的發(fā)光效率 同時也提高了產(chǎn)品的可靠性和壽命 6 7散熱設(shè)計 三 LED的散熱考慮為了降低產(chǎn)品的熱阻 首先封裝材料的選擇顯得尤為重要 包括支架 基板和填充材料等 各材料的熱阻要低 即要求導(dǎo)熱性能良好 其次結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理 各材料間的導(dǎo)熱性能連續(xù)匹配 材料之間的導(dǎo)熱連接良好 避免在導(dǎo)熱通道中產(chǎn)生散熱瓶頸 確保熱量從內(nèi)到外層層散發(fā) 6 7散熱設(shè)計 三 LED的散熱考慮LED散熱主要從3個方面著手 第一 從芯片到基板的連接材料的