LED封裝工藝基礎(chǔ)知識(shí)

1、LED封裝工藝基礎(chǔ)知識(shí)姓名：123部門：生產(chǎn)三部目錄 光通量（） 光強(qiáng)（Iv） 色坐標(biāo)（XY） 波長（主波長D、峰值波長p、平均波長） 色溫、相對(duì)色溫（Tc） 顯色指數(shù)（Ra） 光效光通量（） 光源每秒種發(fā)出的可見光量之和 點(diǎn)光源或非點(diǎn)光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的能量,其中可產(chǎn)生視覺者（人能感覺出來的輻射通量）即稱為光通量 單位：流明（lm） 光通量并不等同與光功率，這其中與光學(xué)窗口有關(guān)，也就是人眼睛對(duì)顏色的靈敏度。人的眼睛對(duì)555nm(綠光)靈敏度最強(qiáng)，所以同樣條件下綠光相比藍(lán)光而言具有更高的光通量。光通量（）測試方法：積分球法和變角光度計(jì)法。如圖所示，現(xiàn)有的積分球法測LED光通量中有兩種測試結(jié)

2、構(gòu)，一種是將被測LED放置在球心，另外一種是放在球壁。 積分球內(nèi)壁涂白色漫反射層，且球內(nèi)壁各點(diǎn)漫射均勻。光源在球壁上任意一點(diǎn)上產(chǎn)生的光照度是由多次反射光產(chǎn)生的光照度疊加而成的。由積分學(xué)原理可得，球面上任意一點(diǎn)的光照度為與光源光通量成正比，因此可利用已知光通量的標(biāo)準(zhǔn)燈與被測燈進(jìn)行比較得到被測燈的光通量光強(qiáng)（Iv） 描述了光源在某方向上的強(qiáng)度 定義為發(fā)射到單位立體角內(nèi)的光通量值 光強(qiáng)空間分布曲線：表征光源在各個(gè)方向上的強(qiáng)度 單位：坎德拉（cd） 1坎德拉表示在單位立體角內(nèi)輻射出1流明的光通量 圖中x坐標(biāo)是紅原色的比例，y坐標(biāo)是綠原色的比例，代表藍(lán)原色的坐標(biāo)z可由xyz1推出 弧線上的各點(diǎn)代表純光譜

3、色，此弧線稱為光譜軌跡。從400納米(紫)到700納米(紅)的直線是光譜上沒有的紫-紅顏色系列(非光譜色)。 中心點(diǎn)C代表白色，相當(dāng)于中午太陽光的顏色，其色品坐標(biāo)為 x0.3101，y0.3162。 任何兩種顏色混合時(shí)，混合色的顏色點(diǎn)一定在前兩顏色點(diǎn)的連線上。 色域 自然界中各種實(shí)際顏色都位于這條閉合曲線內(nèi) ，輪廓包含所有的感知色調(diào) 色坐標(biāo)（x，y） 色品圖上任給一點(diǎn)S，連結(jié)CS，其延長線交光譜軌跡于O點(diǎn)， O點(diǎn)處的波長即顏色S的主波長，決定了顏色S的色調(diào)。 從C到S點(diǎn)和O點(diǎn)的距離之比CSCO為該顏色的飽和度（純度）。 從光譜軌跡上任一點(diǎn)通過C點(diǎn)引一直線到達(dá)對(duì)側(cè)光譜軌跡上的另一點(diǎn)，則該直線兩端

4、的顏色互為補(bǔ)色。從代表非光譜色系列的直線上任一點(diǎn)P通過C點(diǎn)引一直線，交光譜軌跡于Q點(diǎn)，Q點(diǎn)的顏色是P點(diǎn)非光譜色的補(bǔ)色。非光譜色的表示方法是在它的補(bǔ)色波長后加一字母c CIE 1931色度圖(CIE 1931 Chromaticity Diagram ）（CIE 1931 xyY）波長 用于表征光的顏色 對(duì)于波長為585 nm的光，當(dāng)顏色變化大于1nm時(shí)，人眼就可以感覺到。而對(duì)于波長為650 nm的紅光，當(dāng)顏色變化在3nm的時(shí)候，人眼才能察覺到。對(duì)于波長為465 nm的藍(lán)光和525 nm的綠光，人眼的分辨率分別為2 nm和3nm。 色溫、相關(guān)色溫（Tc） 將一標(biāo)準(zhǔn)黑體加熱，溫度升高到一定程度時(shí)顏

5、色開始由深紅-淺紅-橙黃-白-藍(lán)，逐漸改變，某光源與黑體的顏色相同時(shí)，我們將黑體當(dāng)時(shí)的絕對(duì)溫度稱為該光源之色溫。 相關(guān)色溫： 當(dāng)光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色接近時(shí)，黑體對(duì)應(yīng)的溫度就稱為該光源的相對(duì)色溫。 單位：開爾文（K） 色溫在3300K以下，光色偏紅給以溫暖的感覺；有穩(wěn)重的氣氛，溫暖的感覺； 色溫在3000-6000K為中間，人在此色調(diào)下無特別明顯的視覺心理效果，有爽快的感覺；故稱為“中性”色溫。 色溫超過6000K，光色偏藍(lán)，給人以清冷的感覺，顯色指數(shù)（Ra） 把光源對(duì)物體真實(shí)顏色的呈現(xiàn)程度稱為光源的顯色性，為了對(duì)光源的顯色性進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)，引入顯色指數(shù)的概念。 以標(biāo)

6、準(zhǔn)光源（太陽）為準(zhǔn)，將其顯色指數(shù)定位100，其余光源的顯色指數(shù)越接近100，說明光源對(duì)物體顏色的還原性越好。 顯色性高的光源對(duì)顏色表現(xiàn)較好，我們所見到的顏色也就接近自然色，顯色性低的光源對(duì)顏色表現(xiàn)較差，我們所見到的顏色偏差也較大 連續(xù)光譜、非連續(xù)光譜 提高色溫的方法 YAG熒光粉、硅酸鹽熒光粉的差異麥克亞當(dāng)寬容度橢圓 對(duì)人眼視覺來說 ，當(dāng)一種顏色在 CIE色度圖上的坐標(biāo)位置變化很小時(shí)， 人眼仍認(rèn)為它是原來的顏色， 感覺不出它的變化。因此， 每個(gè)顏色實(shí)際上是一個(gè)范圍( 即所謂 的“ 顏色寬容量” ) ， 在這個(gè)范圍內(nèi)變化時(shí)人跟視覺是感覺不到的。 為各種顏色的分光、分bin提供依據(jù)。 坐標(biāo)上距離差

7、與眼睛所感覺色差不相同，所以CIE 1931色度圖不是一個(gè)均勻色彩系統(tǒng)。光效光源所發(fā)出的總光通量（流明、亮度）與該光源所消耗的電功率（瓦）的比值，稱為該光源的光效。 發(fā)光效率值越高，表明照明器材將電能轉(zhuǎn)化為光能的能力越強(qiáng)，即在提供同等亮度的情況下，該照明器材的節(jié)能性越強(qiáng)；在同等功率下，該照明器材的照明性越強(qiáng)，即亮度越大。單位：流明/瓦（lm/w實(shí)現(xiàn)白光LED原理和方案：(1)、藍(lán)色LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的發(fā)黃光熒光粉有機(jī)結(jié)合組成白光LED。 LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。(2)、藍(lán)光LED芯片和紅、綠混合熒光粉有機(jī)結(jié)合組成白光L

8、ED；(3)、將紅、綠、藍(lán)三基色LED組成一個(gè)象素也可得到白光；(4)、像三基色節(jié)能燈那樣，發(fā)紫外光LED芯片和可被紫外光有效激發(fā)而發(fā)射紅、綠、藍(lán)三基色熒光體有機(jī)結(jié)合組成白光LED。白光LED熒光粉介紹LED常用熒光粉按化學(xué)成份大體分以下幾類：1.YAG鋁酸鹽熒光粉：優(yōu)點(diǎn)：亮度高，發(fā)射峰寬，成本低，工藝成熟，應(yīng)用廣泛，黃粉效果較好；缺點(diǎn)：抗?jié)裥暂^差，激發(fā)波段窄，光譜中缺乏紅光成分，顯色指數(shù)不高，Ra一般在70-75。2.硅酸鹽熒光粉：優(yōu)點(diǎn)：激發(fā)波段寬，綠粉和橙粉較好，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好。缺點(diǎn)：發(fā)射峰窄，對(duì)濕度較敏感，缺乏好的紅粉，不太耐高溫，不太適合做大功率LED產(chǎn)品，適合小功率LED。

9、3.氮化物熒光粉：優(yōu)點(diǎn)：激發(fā)波段寬，溫度穩(wěn)定性好，非常穩(wěn)定。紅粉、綠粉較好。缺點(diǎn)：制造成本較高，發(fā)射峰較窄。4.硫化物熒光粉：優(yōu)點(diǎn)：激發(fā)波段寬，紅粉、綠粉較好，缺點(diǎn)：對(duì)濕度敏感，制造過程中會(huì)產(chǎn)生污染，對(duì)人體有害，屬于淘汰產(chǎn)品。在藍(lán)色LED芯片上涂敷能被藍(lán)光激發(fā)的（YAG）黃色熒光粉，芯片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光互補(bǔ)形成白光。該技術(shù)被日本Nichia公司壟斷，而且這種方案的一個(gè)原理性的缺點(diǎn)就 是該熒光體中Ce3+離子的發(fā)射光譜不具連續(xù)光譜特性，顯色性較差，難以滿足低色溫照明的要求，同時(shí)發(fā)光效率還不夠高。在藍(lán)色LED芯片上涂覆綠色和紅色熒光粉，通過芯片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的綠光和紅光復(fù)合得到

10、白光，顯色性較好。但是，這種方法所用熒光粉有效轉(zhuǎn)換效率較低，尤其是紅色熒光粉的效率需要較大幅度的提高。 白光LED熒光粉介紹黃色熒光粉在白光LED的產(chǎn)生方式中，以“藍(lán)光LED+黃色熒光粉”的技術(shù)最為常熟，這也是目前商品化白光LED產(chǎn)品的主要實(shí)現(xiàn)形式，其中所用的黃色熒光粉多為業(yè)界所熟悉的鋁酸鹽成份。紅色熒光粉紅色熒光粉除了與藍(lán)光LED及綠色熒光粉配合產(chǎn)生白光，或者與綠、藍(lán)色熒光粉及紫光LED配合外產(chǎn)生白光，還常用與補(bǔ)償YAG:CE+藍(lán)光LED中的紅色缺乏，以提高顯色指數(shù)或者降低色溫。綠色熒光粉綠色熒光粉既是組成白光LED三基色的一個(gè)重要組份，同時(shí)也可以直接與LED封裝制得綠光LED，目前制作高亮

11、綠色LED的重要方式。根據(jù)材料組分：環(huán)氧樹脂有機(jī)硅膠一.環(huán)氧樹脂1.環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)為其特征，環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。應(yīng)用于LED環(huán)氧樹脂必須具備有高透光率、高折射率、良好耐熱性、抗?jié)裥?、絕緣性、高機(jī)械強(qiáng)度與化學(xué)穩(wěn)定性等。二、有機(jī)硅膠提高LED封裝材料折射率可有效減少折射率物理屏障帶來的光子損失，提高光量子效率，封裝材料的折射率是一個(gè)重要指標(biāo)，越高好。提高折射率可采用

12、向封裝材料中引入硫元素，引入形式多為硫醚鍵、硫脂鍵等，以環(huán)硫形式將硫元素引入聚合物單體，并以環(huán)硫基團(tuán)為反應(yīng)基團(tuán)進(jìn)行聚合則是一種較新的方法。封裝用膠水的應(yīng)用一、固晶膠：用于固定芯片之作用，附有導(dǎo)熱作用或?qū)щ娮饔?.1、固晶銀膠（導(dǎo)電膠）： 單電極芯片例如較多的紅、橙、黃、黃綠色芯片采用銀膠固晶，大部分大功率芯片（1W以上）采用銀膠固晶。 銀膠的主要成分是銀粉，采用環(huán)氧樹脂或其它樹脂類加以混合，起到固定作用，銀膠吸光。 銀膠的保存一定要冷凍保存，使用時(shí)分布解凍，且不得多次循環(huán)解凍。 銀膠的使用時(shí)間要嚴(yán)格控制，沉淀和吸濕皆是制程重大隱患。固晶時(shí)使用的膠量對(duì)產(chǎn)品有很大影響，比如爬膠漏電、死燈，VF不良

13、，LED光斑不均，膠量差異大引起吸光率不同導(dǎo)致亮度差異大。1.2、固晶絕緣膠：環(huán)氧樹脂型固晶膠： 較多的雙電極透明小功率芯片采用環(huán)氧樹脂固晶，固定效果良好，導(dǎo)熱性較差，但吸光率極低。 環(huán)氧樹脂的粘結(jié)性較強(qiáng)，有較多的LED膠材生產(chǎn)改性環(huán)氧樹脂增加其導(dǎo)熱能力，使得環(huán)氧型固晶膠仍可應(yīng)用在小電流LED工藝上。硅樹脂型固晶膠： 硅樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)良，且吸光率非常低，故應(yīng)用于0.5W以下的LED固晶中，是比較合適的選擇。二、封裝膠：2.2、中小功率SMD LED封裝膠： 貼片型LED非白光較多使用環(huán)氧樹脂（以膠餅型環(huán)氧樹脂為主），而白光熒光粉膠一般采用硅樹脂，部分硅樹脂為多孔系產(chǎn)品易吸濕，部分硅樹脂為少孔

14、系產(chǎn)品，適合密封性高的產(chǎn)品，不過價(jià)格會(huì)略貴！三、白光LED封裝膠體的選擇：一般來說，稍微有實(shí)力的企業(yè)都會(huì)首選高折射率的硅膠產(chǎn)品。硅橡膠和環(huán)氧樹脂的對(duì)比：1.硅膠的折射率（1.53）普遍高于環(huán)氧樹脂（1.41）2.硅膠的散熱性能普遍優(yōu)于環(huán)氧樹脂3.硅膠的相對(duì)使用壽命（5萬小時(shí)）一般高于環(huán)氧樹脂（2萬小時(shí)）4.硅膠的價(jià)格一般也高于環(huán)氧樹脂LED芯片一般由以下部分構(gòu)成：襯底、緩沖層、N層、P層、ITO、P極、N極、PN結(jié)、晶片的結(jié)構(gòu)襯底材料襯底材料：也稱為基片材料，外延層都是在襯底材料上生長獲得的。一般有以下三種材料可做襯底：藍(lán)寶石（Al2O3）、Si、SiC 藍(lán)寶石（Al2O3） 一般GaN基和I

15、nGaN基材料的外延層主要生長在藍(lán)寶石襯底上 藍(lán)寶石襯底的優(yōu)點(diǎn)：a藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟；b藍(lán)寶石的化學(xué)穩(wěn)定性好，能夠運(yùn)用在高溫生長過程中；c藍(lán)寶石機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。 缺點(diǎn)：a導(dǎo)熱性能不佳，在100時(shí)約為25W/(mK);b藍(lán)寶石是絕緣體，需在芯片表面制作兩個(gè)電極，減少了有效發(fā)光面積。l TOP 支架1）、支架的作用：用來導(dǎo)電、支撐和導(dǎo)熱。2）、支架的組成：由PPA+銅+銀組成。主要工藝為紅銅鍍銀，再由不同型號(hào)尺寸的模具射出PPA塑膠料成型。塑膠料經(jīng)過高溫后溶成液態(tài)根據(jù)設(shè)計(jì)的膠道流程到每個(gè)模穴中。射出成型后再經(jīng)過切彎腳工序?qū)⒅Ъ躊IN腳進(jìn)行折彎。主要PPA塑膠料分為幾種:PA9T(

16、112)、114、117、118等。 3）、支架的用料：支架的銅選取優(yōu)質(zhì)紫銅，具有良好的導(dǎo)熱，導(dǎo)電，延伸性。色澤光亮，導(dǎo)電性能好，抗氧化強(qiáng)，焊接時(shí)附著能力強(qiáng)，防止虛焊。鍵合線作用：應(yīng)用于微電子工業(yè)，作為芯片與外部電路連接的主要材料。必需具備的特性：耐腐蝕、抗氧化性傳導(dǎo)性好易鍵合鍵合速度快按材質(zhì)分類類別類別主要成分主要成分金線99.999%純金銀線99.999%純銀銀合金線銀：金=79：21鋁線鋁：硅99：1銅線99.999%1、做貨色溫2800-3100 又可以劃分為2800-2900-3100-3200每100K色溫一檔 暖白3800-4250 又可以劃分為3800-4000-4250 每200K色溫一檔 中性白5700-6500 又可以劃分為5700-6000-6500 正白6000-7000 又可以劃分為6000-6500-7000K 正白偏藍(lán)7000-10000 8000-12000 9000-16000 冷白注：業(yè)務(wù)員再和客戶溝通時(shí)一定要問清楚客戶需要多少K一檔，是否就要一個(gè)大區(qū)塊還是另有特殊要求，不能只接一個(gè)檔：比如說客戶只要6000-6500K，那么我們5700-6000的怎么出貨，誰來負(fù)責(zé)銷售。如果客戶指定只要6000-