LED封裝工藝簡介

1、主講：羅堅義主講：羅堅義 博士博士五邑大學五邑大學 應用物理與材料學院應用物理與材料學院Email： 短號短號: 645104p概述概述p封裝工藝介紹封裝工藝介紹p產品性能測試和分光產品性能測試和分光1. 封裝的定義：封裝的定義：LED（發(fā)光二極管）封裝就是將芯片與電極引線、管座和透鏡等組件通過一定的工藝技術結合在一起，使之成為可直接使用的發(fā)光器件的過程。它相比集成電路封裝有較大不同。LED的封裝不僅要求能夠保護燈芯，而且還要求能夠透光，所以對封裝材料有著特殊的要求。給芯片穿衣戴帽，并且提供接線封裝的封裝的目的：目的：LED的封裝是為了維護本身的氣密性，并保護不受周圍環(huán)境中濕度與溫度的影響，以

2、及防止組件受到機械振動、沖擊產生破損而造成組件特性的變化。因此，封裝的目的有下列幾點： (1) 防止?jié)駳獾扔赏獠壳秩耄?(2) 以機械方式支持導線； (3) 有效地將內部產生的熱排出； (4) 提供能夠手持的形體。 發(fā)光二極管（LED）的制造過程大體可分為三個階段：前段、中段、后段(也稱為上游、中游、下游)。 前段工序主要完成晶圓制造和外延生長，中段工序主要包括研磨、蒸鍍、光刻、切割等過程，后段工序則是根據(jù)不同的需要把LED封裝成各種形式。 以塑料為封裝以塑料為封裝基板基板以陶瓷、金屬以陶瓷、金屬為封裝基板為封裝基板氣密性、導熱氣密性、導熱性以及穩(wěn)定性性以及穩(wěn)定性都較好，但成都較好，但成本高本

3、高氣密性、導熱氣密性、導熱性以及穩(wěn)定性性以及穩(wěn)定性都較差，但成都較差，但成本低本低高端產品高端產品/大功率大功率白光白光LED低端產品低端產品如燈飾照如燈飾照明等明等平面式LED(Display)大功率(High Power Led)貼片(SMD)食人魚(P4)普通LED(P2)2.LED產品封裝結構類型產品封裝結構類型（1）引腳式封裝（）引腳式封裝（DIP直插式封裝）直插式封裝）Piranha 功率型LED是未來半導體照明的核心，直插式lamp-LED燈的封裝工藝流程數(shù)碼管（Display) LED的封裝工藝流程貼片式（SMD）LED的封裝工藝流程食人魚LED封裝工藝流程2.1 各類典型各類

4、典型LED封裝流程介紹封裝流程介紹 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品。 自動裝架 自動裝架其實是結合了沾膠（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，再安置在相應的支架位置上。 自動裝架 自動裝架在工藝上主要要熟悉設備操作編程，同時對設備的沾膠及安裝精度進行調整。 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

5、片必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層。 燒結 燒結的目的是使銀膠固化，燒結要求對溫度進行監(jiān)控，防止批次性不良。 銀膠燒結的溫度一般控制在150，燒結時間2小時。根據(jù)實際情況可以調整到170，1小時。 絕緣膠一般150，1小時。 燒結 銀膠燒結烘箱的必須按工藝要求隔2小時（或1小時）打開更換燒結的產品，中間不得隨意打開。 燒結烘箱不得再其他用途，防止污染。 壓焊 壓焊的目的將電極引到LED芯片上，完成產品內外引線的連接工作。 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，再將鋁絲拉到相應的支架上方，壓上第二點后扯斷鋁絲。2）金絲球焊

6、過程： 在壓第一點前先燒個球，其余過程類似。 壓焊 壓焊是LED封裝技術中的關鍵環(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。點膠封裝 ：TOP-LED和Side-LED適用點膠封裝。 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。 設計上主要是對材料的選型，選用結合良好的環(huán)氧和支架。（一般的LED無法通過氣密性試驗） 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。

7、 白光LED的點膠還存在熒光粉沉淀導致出光色差的問題。 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。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)氧順著膠道進入各個LED成型槽中并固化。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。 固化與后固化 后固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時對LED進行熱老化。 后固化對于提高環(huán)氧

8、與支架（PCB）的粘接強度非常重要。 一般條件為120，4小時。切筋和劃片 由于LED在生產中是連在一起的（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。接負極接正極測試 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產品進行分選。 （15）包裝 將成品進行計數(shù)包裝。超高亮LED需要防靜電包裝。2. 數(shù)碼管LED的封裝工藝流程擴晶擴晶備膠備膠PCB板清洗板清洗固晶固晶焊線焊線前期測試前期測試異常返工處理異常返工處理灌膠灌膠光電測試光電測試包裝包裝（1）. 選定食人魚LED的支架 根據(jù)每一個食人魚管子要放

9、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。（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的封裝模粒。（6）. 在模粒中灌滿膠，把焊好LED芯片的食人魚支架對準模粒倒插在模粒中。（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）. 接著進行測試和分選。2.2 固晶和焊線固晶和焊線在LED的封裝工藝中，固晶和焊線是兩個關

10、鍵性的工藝，直接影響著封裝的品質和產品的成品率。芯片類型單電極芯片一般為紅、黃、橙、黃綠；雙電極芯片一般為藍，藍綠、紫外或者特殊的超高亮紅、黃芯片。2.2 固晶和焊線固晶和焊線2.2 固晶和焊線固晶和焊線固晶膠導電銀膠和絕緣膠絕緣膠的作用：固定晶片和導熱的作用，用于雙電極晶片的絕緣粘接。絕緣膠的作用：固定晶片和導熱的作用，用于雙電極晶片的絕緣粘接。絕緣膠的主要成份：絕緣膠的主要成份： EPOXY；Silicone絕緣膠的使用：冷藏，使用前需解凍絕緣膠的使用：冷藏，使用前需解凍銀膠的作用：固定晶片和導電的作用，用于單電極晶片的粘接。銀膠的作用：固定晶片和導電的作用，用于單電極晶片的粘接。銀膠的主

11、要成份：銀粉占銀膠的主要成份：銀粉占75-80%、EPOXY（環(huán)氧樹脂）占（環(huán)氧樹脂）占10-15%、添加劑、添加劑占占5-10%。 銀膠的使用：冷藏，使用前需解凍并充分攪拌均勻，因銀膠放置長時間后，銀膠的使用：冷藏，使用前需解凍并充分攪拌均勻，因銀膠放置長時間后，銀粉會沉淀，如不攪拌均勻將影響銀膠的使用性能銀粉會沉淀，如不攪拌均勻將影響銀膠的使用性能 固晶膠使用過程注意點固晶膠使用過程注意點（1） 膠保存：固晶膠為單液型，需保存在低溫冷凍狀態(tài)下（-20至-30）。（2） 膠解凍方式：解凍時應放于防潮干燥箱中，且應密封解凍，有助于避免潮氣或凝結水滴的可能。解凍時間30min使膠解凍完全。（3）

12、已固晶支架進行烘烤時應直接放在烘箱的網(wǎng)層上加熱，以便固晶支架受熱均勻；且烘烤時應盡量減少開啟烘箱的次數(shù)。（4）每批烘烤出的固晶產品應進行焊線抽檢，確認膠是否還可繼續(xù)使用（5）每周應對烘箱進行清潔，避免烘箱內部污染造成膠的污染。2.2 固晶和焊線固晶和焊線固晶的目的固晶的目的：利用銀膠或者絕緣膠將LED芯片與支架或者PCB板粘連在一起（如圖2.1）， 其中銀膠是起導電和粘連的作用，主要應用于正面只有單電極的芯片，而絕緣膠只起到粘連的作用，主要用于正面有雙電極的芯片。銀膠與絕緣膠均須冷藏保存，以維持其粘度及避免填充物沉淀。2.2 固晶和焊線固晶和焊線醒膠醒膠擴晶擴晶點膠點膠手工刺片手工刺片自動固晶

13、機自動固晶機烘烤固化烘烤固化前期準備前期準備固晶工序固晶工序后期處理后期處理2.2 固晶和焊線固晶和焊線自動固晶機的工作原理：自動固晶機的工作原理：先在固晶位置點上適量粘性物質先在固晶位置點上適量粘性物質（固晶膠），通過相機對芯片與支（固晶膠），通過相機對芯片與支架識別定位架識別定位, ,確認吸晶與固晶坐標確認吸晶與固晶坐標, ,機器利用電磁閥產生真空吸住藍膜機器利用電磁閥產生真空吸住藍膜, ,頂針適時頂起芯片，固晶擺臂在抽頂針適時頂起芯片，固晶擺臂在抽成真空的吸嘴與芯片表面接觸，吸成真空的吸嘴與芯片表面接觸，吸起芯片，然后擺臂擺到固晶位置，起芯片，然后擺臂擺到固晶位置，壓下到固晶高度，釋放真

14、空，將芯壓下到固晶高度，釋放真空，將芯片固定到固晶位置，擺臂回擺到等片固定到固晶位置，擺臂回擺到等待位置，準備下個固晶流程待位置，準備下個固晶流程。2.2 固晶和焊線固晶和焊線固晶工序的注意點固晶工序的注意點（1）剝離芯片膜時用離子風機對著芯片膜進行操作，防止靜電擊穿芯片。（2）點膠膠量要適中，膠量不能少于芯片的1/4，不可高于芯片的1/2。 膠量太少會造成芯片固不牢，易擺動；膠量太多會造成不易烘干及銀膠膠量太多易造成正負極微導通造成死燈現(xiàn)象。（3）點膠位和固芯片位置要正，固在支架碗中央為最佳。不固正易產生半值角偏差，發(fā)光不均勻。（4）固晶膠與酒精、水等易發(fā)生不良反應，易造成固晶膠的失效，在點

15、膠和固晶時應注意酒精的使用，擦洗時最好用無塵布。 焊線的目的：焊線的目的： 焊線的工藝過程通常稱為壓焊，壓焊的目的是把電極引到LED芯片上，完成產品內外引線的連接工作。使用的設備是鋁絲或金絲焊機。LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。鋁絲壓焊時，先在LED芯片電極上壓焊第一點，再將鋁絲拉到相應的支架上方，壓第二點后扯斷鋁絲。 2.2 固晶和焊線固晶和焊線2.2 固晶和焊線固晶和焊線金線焊線機的原理：金線焊線機的原理：利用溫度、壓力、超聲波振蕩的能量在一定時間的配合下，完成引線連接動作。焊接的過程是將金線末端采用電子打火棒打火燒結成金球，再利用焊針經(jīng)由超聲波振蕩能量在一定的焊接壓力下讓金球與

16、焊墊產生相對的摩擦運動，并借由快速摩擦產生的能量使金球與焊墊達到離子程度的熔接。2.2 固晶和焊線固晶和焊線焊線動畫演示焊線動畫演示步驟一：自捲線將金線沿相關路徑穿過瓷嘴的中心孔，此動作為穿線穿線，穿線僅在更換線捲、斷線或換瓷嘴的情況下才需執(zhí)行，瓷嘴前端線尾長度之設定可拉出一段較長的線尾，再由程式設定瓷嘴上升到需求的線尾長度時將線夾關閉即可。步驟二：利用電子燒球器(electronic flame off,EFO)燒金球燒金球，打火電極朝金線移動，當間隙逐漸縮小至某依間隙值時，電極與金線間會產生瞬間高壓放電功效，此一放電會使金線迅即熔融并形成球狀，線夾在這期間內為關閉狀態(tài)，用以提供電源的導通路

17、徑與接地的功能，防止高壓電流藉由金線竄流到機器上，造成機器損毀。步驟三：金球成形后打火電極回到定位，此時導線架正被置于軌道上，利用壓板夾住并藉由下方加熱器加熱，而瓷嘴開始移動至第一焊點移動至第一焊點(晶片端) ，并向下移動直到金球被壓住。步驟四：瓷嘴將金球壓至Pad表面，并施加設定的壓力與超音波功率進行焊接，超音波功率提供摩擦將表面的氧化層除去，同時去除表面之粗糙度，進而促成焊接介面之形成，完成第一焊點之球形焊接。步驟五：第一焊點完成后，線夾變成開的狀態(tài)，依據(jù)設定的焊線回路控制馬達，使瓷嘴按照回路運動，所需之金線則藉由放線裝置之配合，自線捲軸中送出。步驟六：瓷嘴依設定的路徑，帶動金線移動到內引

18、腳的第二焊點位置，當瓷嘴將金線壓在焊點表面時，焊線之回路亦告完成。步驟七：金線被瓷嘴已設定之Force壓住，配合超音波產生焊接之功效，完成第二焊點之焊接。步驟八：完成第二焊點后，瓷嘴向上提升至一設定高度，使金線在瓷嘴嘴外伸出一段所需的線尾長度，利用線夾關閉夾住金線后，瓷嘴與線夾往上提升，造成瓷嘴與焊點分離，之后瓷嘴回到設定之定位點上，完成一條焊線回路之焊線循環(huán)。2.2 固晶和焊線固晶和焊線焊線的拉力測試焊線的拉力測試拉力斷拉力斷點點描述描述可能原因可能原因可能風險可能風險A一焊球與芯片焊墊脫離一焊參數(shù)不良或芯片焊墊氧化等缺亮B線頸部位斷裂線頸受損變細缺亮C線弧拉斷無無風險D鍵合部位脫離二焊參數(shù)

19、不良缺亮E二焊球與PCB脫離 二焊參數(shù)不良或金屬鍍層不良缺亮2.2 固晶和焊線固晶和焊線焊點的推力測試當推力值大于標準要求值并且有殘金時，表明焊點與正負電極的結合較為牢固。 焊線制程中，第一焊點的推力是指金球推力(Ball Shear)。第二焊點的拉力是指金線拉力(Wire Pull)，拉力要拉到金球脫落，這種機率很小，但是拉到第二焊點金球頸部斷裂，這是最常見的。 制程中，所考量的關鍵參數(shù)有US Power、Force、Time和Temperature(，F(xiàn)orce是指下壓的力量，超音波能量是指來回震動摩擦，溫度是指熱板的溫度，其考量主要在第二焊點，因為第二焊點對溫度較敏感，所以金線若再第二焊

20、點打得上，第一焊點一般情況都沒問題。2.3 封膠封膠環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂A膠膠硬化劑硬化劑B膠膠擴散劑擴散劑色素劑色素劑模條模條封膠站使用的輔料：封膠站使用的輔料： 丙酮、甲苯、乙醇丙酮、甲苯、乙醇（1）原材料介紹）原材料介紹LEDLED封裝膠主要有兩種：硅膠和環(huán)氧樹脂。封裝膠主要有兩種：硅膠和環(huán)氧樹脂。LEDLED封裝中的環(huán)氧封裝中的環(huán)氧樹脂為樹脂為A A、B B組份，以液態(tài)形式存在組份，以液態(tài)形式存在。1. 1. 環(huán)氧樹脂（環(huán)氧樹脂（Epoxy)Epoxy)環(huán)氧樹脂的作用：保護環(huán)氧樹脂的作用：保護LEDLED的內部結構，可稍微改變的內部結構，可稍微改變LEDLED的發(fā)的發(fā)光顏色，亮度及角度；使

21、光顏色，亮度及角度；使LEDLED成形。成形。 封裝樹脂包括：封裝樹脂包括：A A膠（主劑）、膠（主劑）、B B膠（硬化劑），其主要成分膠（硬化劑），其主要成分為環(huán)氧樹脂（為環(huán)氧樹脂（Epoxy ResinEpoxy Resin）、酸酐類（酸無水物）、酸酐類（酸無水物 AnhydrideAnhydride）優(yōu)點：具有成形性、耐熱性、良好的機械強度及電器絕緣性；優(yōu)點：具有成形性、耐熱性、良好的機械強度及電器絕緣性；熱膨脹系數(shù)較小，水蒸氣的透過性要小，不含對元件有影響熱膨脹系數(shù)較小，水蒸氣的透過性要小，不含對元件有影響的不純物，與金屬、的不純物，與金屬、PPAPPA材料結合性良好；一般說來環(huán)氧樹脂

22、材料結合性良好；一般說來環(huán)氧樹脂比其它樹脂更具有優(yōu)越的電氣性、接著性及良好的低壓成形比其它樹脂更具有優(yōu)越的電氣性、接著性及良好的低壓成形流動性，并且價格便宜，因此成為最常用的半導體塑封材料。流動性，并且價格便宜，因此成為最常用的半導體塑封材料。 缺點：內應力較大，散熱效果不佳，耐黃變能力弱，抗紫外缺點：內應力較大，散熱效果不佳，耐黃變能力弱，抗紫外能力弱。能力弱。環(huán)氧樹脂的使用要求：環(huán)氧樹脂的使用要求：A、保存條件為室溫下、保存條件為室溫下6個月；個月； B、主劑和硬化劑一經(jīng)混合即慢慢起反應使粘度逐漸變高，因此務、主劑和硬化劑一經(jīng)混合即慢慢起反應使粘度逐漸變高，因此務必在可使用時間內使用完，以

23、免因粘度過高而無法使用。灌模后必在可使用時間內使用完，以免因粘度過高而無法使用。灌模后需立即進入烘烤，以免表面吸潮引起慢干及發(fā)脆。需立即進入烘烤，以免表面吸潮引起慢干及發(fā)脆。 C、主劑可加熱降低粘度以利混合后脫泡，但溫度過高時將縮短可、主劑可加熱降低粘度以利混合后脫泡，但溫度過高時將縮短可使用時間。使用時間。 D、硬化劑會吸收空氣中的水分形成沉淀物，因此使用完畢需立即、硬化劑會吸收空氣中的水分形成沉淀物，因此使用完畢需立即蓋緊，以免變質無法使用。蓋緊，以免變質無法使用。 E、配膠時一定要精確地按照規(guī)定比例進行配膠及充分攪拌，以免、配膠時一定要精確地按照規(guī)定比例進行配膠及充分攪拌，以免產生膠烘烤

24、不干、易脆、膠色不一致或均勻等品質異常。調配好產生膠烘烤不干、易脆、膠色不一致或均勻等品質異常。調配好的膠如暫時不用時，需密封且適當保溫放置，以免吸潮或粘度變的膠如暫時不用時，需密封且適當保溫放置，以免吸潮或粘度變高而影響作業(yè)和產品品質。高而影響作業(yè)和產品品質。 F、封膠、配膠環(huán)境一定、封膠、配膠環(huán)境一定要保持清潔及適當?shù)臏囟群蜐穸?，以免因環(huán)境要保持清潔及適當?shù)臏囟群蜐穸?，以免因環(huán)境不適而影響產品品質。不適而影響產品品質。 2.3 封膠封膠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。2.3 封膠封膠2.3 封膠封膠3.1 LED 常規(guī)性能測試常規(guī)性能測試電特性光特性光特性開關特性顏色特性熱學特性可靠性光強度（I， 坎德拉cd）光通量 （