【精品】LED理論知識(shí)

1、經(jīng)常有聽(tīng)到到大家問(wèn)這個(gè)問(wèn)題，或者看到大家混淆這些術(shù)語(yǔ)，所以 特意整理了下，以方便大家了解：1. 發(fā)光強(qiáng)度（光度）的含義是什么？答：發(fā)光強(qiáng)度（光度，i）疋義為：點(diǎn)光源在某一方向上的發(fā)光強(qiáng)度, 即是發(fā)光體在單位時(shí)間內(nèi)所射出的光量，也簡(jiǎn)稱為光度，常用單位 為燭光（cd,坎德拉），一個(gè)國(guó)際燭光的定義為以鯨魚(yú)油脂制成的 蠟燭每小時(shí)燃燒120格冷（grain）所發(fā)出的光度，一格冷等于0 0648 克2. 發(fā)光強(qiáng)度（光度）的單位是什么？答：發(fā)光強(qiáng)度常用單位為燭光（cd,坎德拉），國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)燭光（1 cd）的定義為理想黑體在鉗凝固點(diǎn)溫度（1769°c）時(shí)，垂直于黑體（其表面積為52）方向上的60萬(wàn)分之

2、一的光度，所謂理想黑體 是指物體的放射率等于1,物體所吸收的能量可以全部放射出去， 使溫度一直保持均勻固定，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)燭光（candela）與舊標(biāo)準(zhǔn)燭 光（candle）的互換關(guān)系為 lcandela=0. 981candle3 什么叫做光通量?光通量的單位是什么？答：光通量（©）的定義是：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(jué)者（人能感覺(jué)出來(lái)的輻射通量）即稱為 光通量。光通量的單位為流明（簡(jiǎn)寫(xiě)lm） , 1流明（lumen或lm） 定義為一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)燭光的光源在單位立體弧角內(nèi)所通過(guò)的光通量， 由于整個(gè)球面面積為4 n r2,所以一流明光通量等于一燭光所發(fā)出 光通量的

3、1/4 n ,或者說(shuō)球面有4 71 ,因此按照流明的定義可知一個(gè) cd的點(diǎn)光源會(huì)輻射4 ji流明，即（1）（流明）=4nl （燭光），假定 q為很小的立體弧角，在立體角內(nèi)光通量e,則有二 aqt4. 一英尺燭光的含義是什么？答：一英尺燭光是指距離一燭光的光源（點(diǎn)光源或非點(diǎn)光源）一英 尺遠(yuǎn)而與光線正交的面上的光照度，簡(jiǎn)寫(xiě)為lftc （1 lm/ft2,流 明/英尺2）,即每平方英尺內(nèi)所接收的光通量為1流明時(shí)的照度, 并且 lftc=10. 76 lux5. 一米燭光的含義是什么？答：一米燭光是指距離一燭光的光源（點(diǎn)光源或非點(diǎn)光源）一米遠(yuǎn) 而與光線正交的面上的光照度，稱為勒克斯（lux,也有寫(xiě)成l

4、x）, 即每平方公尺內(nèi)所接收的光通量為1流明時(shí)的照度（流明/米2）6. 1 lux的含義是什么？答：每平方公尺內(nèi)所接收的光通量為1流明時(shí)的照度7. 照度的含義是什么？答：照度（e）的定義為：被照物體單位受照面積上所接受的光通 量，或者說(shuō)受光照射的物體在單位時(shí)間內(nèi)每單位面積上所接受的光度，單位以米燭光或英尺燭光（ftc）表示8照度與光度、距離之間有什么關(guān)系？答：照度與光度、距離間的關(guān)系是：e（照度）=1（光度）2（距離平方）9.被照體的照度大小與哪些因素有關(guān)？答：被照體的照度與光源的發(fā)光強(qiáng)度及被照體和光源z間的距離有關(guān)，而與被照體的顏色、表面性質(zhì)及表面積大小無(wú)關(guān)小亦l(xiāng)ed工藝技術(shù)的基本介紹為了制

5、造發(fā)光的if 結(jié)型晶體，采用了iii-v和iiiv層的半導(dǎo)體材料，該材料是由培育層、窗口、內(nèi)反 射器等組合。品體為零級(jí)水平的產(chǎn)品，“封裝”的品體、開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、反射器、熱拆卸裝置、密封件等稱為 發(fā)光等或一級(jí)水平產(chǎn)品。在簡(jiǎn)化的模式中，光發(fā)生在品體內(nèi)向p-n結(jié)過(guò)渡時(shí)，此過(guò)程的效能稱為內(nèi)量子效率。它由材料的質(zhì)量（雜 質(zhì)、缺陷等）所決定，而且還由結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)層決定。材料系統(tǒng)的特性決定于波長(zhǎng)（顏色），但是，并非產(chǎn) 生在晶體內(nèi)的光全部發(fā)射到外部，這取決于晶體的光學(xué)特性（折射系數(shù)、內(nèi)部吸收、幾何尺寸）。從晶體 及我周?chē)木w組發(fā)出的光稱為出射效率。總效率是內(nèi)部最子效率與出射效率的乘枳。獨(dú)立的智能燈光場(chǎng) 景構(gòu)建方案

6、（圖）1995年前，ledt藝技術(shù)的定位在于信號(hào)裝置中的應(yīng)用，其主要參數(shù)為亮度。1995年后，不但對(duì)光效，還 對(duì)光通量給予更大的關(guān)注。因此，冇必要對(duì)led的這些參數(shù)與光源類(lèi)似的參數(shù)進(jìn)行比較。首先led發(fā)出的 光與傳統(tǒng)光源不同的是冇很強(qiáng)的方向性。為了得到對(duì)照值，傳統(tǒng)光源需要輔助光學(xué)器材，從而說(shuō)明了冇附 加損耗。與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)效率有關(guān)的有效光通量為燈光通量的50%-75%o其次，led的多數(shù)參數(shù)與5 mm直 徑的裝置有關(guān)。led通常在晶體內(nèi)的尺寸約為0。1mm,并按20ma計(jì)算。光效為151m/w的5 mm的led的光通量約為llmo對(duì)于這樣的電流和光通量不需要太嚴(yán)格的熱條件。對(duì)于照 明來(lái)說(shuō)，通常

7、需要幾pi到幾千個(gè)5 mm的led來(lái)代替常用的光源。因此led燈具應(yīng)是一個(gè)集合的裝置，它 包含有大最的單個(gè)led,該led具有適當(dāng)?shù)碾姎?、絕熱和機(jī)械參數(shù)，達(dá)到二級(jí)水平產(chǎn)品。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)的5 mm led時(shí),二級(jí)水平產(chǎn)品的尺寸變得極大,而且與費(fèi)用無(wú)關(guān)。因此,為使照明中采用led,所需的工藝技 術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)5価輻射器有本質(zhì)區(qū)別。為使二級(jí)水平產(chǎn)品的尺寸和價(jià)格保持在可接受的框架內(nèi)，照明中的二極管的數(shù)量必須減少，而單個(gè)led發(fā) 出的光應(yīng)增長(zhǎng)10-100倍。為了實(shí)現(xiàn)此h標(biāo)，需要增大晶體的尺寸和輸出電流值。這樣強(qiáng)大的led在1997 年首次山iip公司推出。從木質(zhì)上看，led與傳統(tǒng)光源的基木區(qū)別是：led （二級(jí)

8、水平）具有光強(qiáng)分布曲線 的性能和具有在常用燈具中燈與光學(xué)器件紐合情況下的光通量。二、led工藝技術(shù)與白光led發(fā)出似是而非的單色光，在帶顏色光照明裝置中，與多數(shù)傳統(tǒng)光源相比較，山于其較高的動(dòng)力效能， 認(rèn)為顏色光是較好的。但在用led代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源前，必須確定白光led應(yīng)達(dá)到的必要效率水平和質(zhì)量。山 于輻射藍(lán)一綠光譜成份的gan的led空前進(jìn)展,白光的燈具冇遠(yuǎn)人的前景。冇兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)白光led：一種是將單獨(dú)輻射紅、綠、藍(lán)色光的led混合（稱為rgb）；另一種是將帶熒光粉輻射的g汕藍(lán)色輻射組 合，它可使藍(lán)色光部分變?yōu)殚L(zhǎng)波輻射，并與剩余的藍(lán)色光結(jié)合而發(fā)出門(mén)色光。無(wú)論是第一種或是第二種方 法均可獲得

9、含有二種顏色成份的白色光；具有三種顏色成份的可得到高質(zhì)量顏色（隔為80-90）,為此， 利用熒光粉的工藝技術(shù)使用二種不同的成份，還有中間的方案rgb法理論上較為有效，但需要輔助光學(xué)器件，從而導(dǎo)致效率降低和系統(tǒng)價(jià)格的提高。帶熒光粉的問(wèn)題簡(jiǎn) 單，它與熒光粉效率有關(guān)，它可變成-種rgb系列。但是，這兩種工藝技術(shù)間的主要區(qū)別在于，rgb法可 以“混合顏色”，此時(shí)的熒光粉是有穩(wěn)定性能。與熒光粉不同，rgb法在照明領(lǐng)域開(kāi)辟了新的可能性。從 白光led光效用長(zhǎng)前景來(lái)看，led采用熒光粉，在接近2005年可達(dá)到良好的結(jié)果，光效為501m/w，可以預(yù) 測(cè)，白光led可用于今天使用燈泡和鹵鵠燈的場(chǎng)所。提高取光效率

10、降低熱阻，功率型led封裝技術(shù)面對(duì)挑戰(zhàn) 超高亮度led的應(yīng)用面不斷擴(kuò)大，首先進(jìn)入 特種照明的市場(chǎng)領(lǐng)域，并向普通照明市場(chǎng)邁進(jìn)。由于led芯片輸入功率的不斷提高，對(duì)這些功率型led 的封裝技術(shù)提出了更高的耍求。功率型led封裝技術(shù)主要應(yīng)滿足以下兩點(diǎn)要求：一是封裝結(jié)構(gòu)耍冇高的取 光效率，其二是熱阻耍盡可能低，這樣才能保證功率led的光電性能和可*性。半導(dǎo)體led若要作為照明光源，常規(guī)產(chǎn)品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源相比，距離甚遠(yuǎn)。 因此，led要在照明領(lǐng)域發(fā)展，關(guān)鍵是要將其發(fā)光效率、光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級(jí)。功率m led 所用的外延材料采用mocvd的外延生長(zhǎng)技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)，雖然

11、其內(nèi)量子效率還需進(jìn)一步提高,但獲 得高發(fā)光通量的最人障礙仍是芯片的取光效率低?，F(xiàn)有的功率型led的設(shè)計(jì)采用了倒裝焊新結(jié)構(gòu)來(lái)提高芯 片的取光效率，改善芯片的熱特性，并通過(guò)增人芯片而積，加大工作電流來(lái)提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率，從 而獲得較高的發(fā)光通量。除了芯片外,器件的封裝技術(shù)也舉足輕at關(guān)鍵的封裝技術(shù)工藝有：散熱技術(shù)傳統(tǒng)的指示燈m led封裝結(jié)構(gòu)，一般是用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯屮或載片臺(tái)上， 由金絲完成器件的內(nèi)外連接后用環(huán)氧樹(shù)脂封裝而成，其熱阻高達(dá)250v/w300c/w,新的功率型芯片若 采川傳統(tǒng)式的led封裝形式.將會(huì)因?yàn)樯岵涣级鴮?dǎo)致芯片結(jié)溫迅速上升和環(huán)氧碳化變黃，從而造成器

12、件 的加速光衰遼至失效，甚至【人1為迅速的熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力造成開(kāi)路而失效。因此，對(duì)于大工作電流的功率型led芯片，低熱阻、散熱良好及低應(yīng)力的新的封裝結(jié)構(gòu)是功率型led 器件的技術(shù)關(guān)鍵。可采用低阻率、高導(dǎo)熱性能的材料粘結(jié)芯片；在芯片下部加銅或鋁質(zhì)熱沉，并采用半包 封結(jié)構(gòu)，加速散熱；其至設(shè)計(jì)二次散熱裝置，來(lái)降低器件的熱阻。在器件的內(nèi)部，填充透明度高的柔性硅 橡膠,在硅橡膠承受的溫度范圍內(nèi)（-般為-40°c20ctc）,膠體不會(huì)因溫度驟然變化而導(dǎo)致器件開(kāi)路，也不 會(huì)出現(xiàn)變黃現(xiàn)象。零件材料也應(yīng)充分考慮其導(dǎo)熱、散熱特性，以獲得良好的整體熱特性。二次光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)為提高器件的取光效率，設(shè)計(jì)外加的

13、反射杯與多重光學(xué)透鏡。功率型led白光技術(shù)常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)白光的工藝方法有如下三種：（1）藍(lán)色芯片上涂上yag熒光粉，芯片的藍(lán)色光激發(fā)熒光粉發(fā)出540nm56（）nm的黃綠光，黃綠光與 藍(lán)色光介成白光。該方法制備相對(duì)簡(jiǎn)單,效率高，具有實(shí)用性。缺點(diǎn)是布膠量一致性較差、熒光粉易沉淀 導(dǎo)致出光而均勻性差、色調(diào)一致性不好；色溫偏髙；顯色性不夠理想。（2）rgb三基色多個(gè)芯片或多個(gè)器件發(fā)光混色成h光，或者用藍(lán)+黃綠色雙芯片補(bǔ)色產(chǎn)生白光。只要散 熱得法，該方法產(chǎn)生的口光較前-種方法穩(wěn)定，但驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜，另外還要考慮不同顏色芯片的不同光哀速 度。（3）在紫外光芯片上涂rgb熒光粉，利用紫光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生三肚色光混色

14、形成口光。山于目前的紫 外光芯片和rgb熒光粉效率較低，仍未達(dá)到實(shí)用階段。廈門(mén)華聯(lián)電子冇限公司目前已采用方法和進(jìn)行白光led產(chǎn)品的批屋生產(chǎn)，并已進(jìn)行了 w級(jí)功率 led的樣品試制，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。我們認(rèn)為，照明用w級(jí)功率led產(chǎn)品耍實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還必須解決如 下技術(shù)問(wèn)題：1粉涂布量控制：led芯片+熒光粉丁藝采用的涂膠方法，通常是將熒光粉與膠混合后用分配器將其涂到芯片上。在操作過(guò)程屮，山于載體膠的粘度是動(dòng)態(tài)參數(shù)、熒光粉比重大于載體膠而產(chǎn)生 沉淀以及分配器椿度等因素的影響，此h藝熒光粉的涂布量均勻性的控制冇難度，導(dǎo)致了白光顏色的不均 勻。2. 片光電參數(shù)配合：半導(dǎo)體工藝的特點(diǎn)，決定同種材料同一晶圓

15、芯片z間都可能存在光學(xué)參數(shù)（如波長(zhǎng)、 光強(qiáng)）和電學(xué)（如正向電壓）參數(shù)差異。rgb三基色芯片更是這樣，對(duì)于口光色度參數(shù)影響很大。這是產(chǎn)業(yè)化 必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)z-o3. 根據(jù)應(yīng)用要求產(chǎn)生的光色度參數(shù)控制：不同用途的產(chǎn)品，對(duì)白光led的色坐標(biāo)、色溫、顯色性、光 功率（或光強(qiáng)）和光的空間分布等要求不同。上述參數(shù)的控制涉及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝方法、材料等多方面因素 的配合。在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，對(duì)上述因素進(jìn)行控制，得到符合應(yīng)用耍求、一致性好的產(chǎn)品十分重耍。檢測(cè)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)隨著w級(jí)功率芯片制造技術(shù)和口光led工藝技術(shù)的發(fā)展，led產(chǎn)品正逐步進(jìn)入（特種）照明市場(chǎng)，顯 示或指示用的傳統(tǒng)led產(chǎn)品參數(shù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法已

16、不能滿足照明應(yīng)用的需要。國(guó)內(nèi)外的半導(dǎo)體設(shè)備儀 器生產(chǎn)企業(yè)也紛紛推出各自的測(cè)試儀器，不同的儀器使用的測(cè)試原理、條件、標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差界，増加 了測(cè)試應(yīng)用、產(chǎn)品性能比較工作的難度和問(wèn)題復(fù)雜化。 我國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)光電子器件分會(huì)行業(yè) 協(xié)會(huì)根據(jù)led產(chǎn)品發(fā)展的需要，于2003年發(fā)布了“發(fā)光二極管測(cè)試方法（試行）”，該測(cè)試方法増加了對(duì)led 色度參數(shù)的規(guī)定。但led要往照明業(yè)拓展，建立led照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)業(yè)規(guī)范化的重要手段。篩選技術(shù)與可*性保證由于燈具外觀的限制，照明用led的裝配空間密封且受到局限，密封且冇限的空間不利于led散熱， 這意味著照明led的使用環(huán)境要劣于傳統(tǒng)顯示、指示用led產(chǎn)品。

17、另外，照明led是處于大電流驅(qū)動(dòng)下 工作，這就對(duì)其提出更高的可*性耍求。在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，針對(duì)不同的產(chǎn)品用途，進(jìn)彳了適半的高溫老化、溫 度循壞沖擊、負(fù)載老化工藝篩選試驗(yàn)，剔除早期失效品，保證產(chǎn)品的可*性很有必要。靜電防護(hù)技術(shù)山于gan是寬禁帶材料，電阻率較高，該類(lèi)芯片在生產(chǎn)過(guò)程中因靜屯產(chǎn)生的感生電荷不易消失，累積 到相當(dāng)?shù)某潭龋梢援a(chǎn)生很爲(wèi)的靜電電壓。當(dāng)超過(guò)材料的承受能力時(shí)，會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象并放電。藍(lán)寶石襯 底的藍(lán)色芯片英正負(fù)電極均位丁芯片上面，間距很??；對(duì)t ingan/algan/gan 質(zhì)結(jié)，ingan量子阱結(jié) 構(gòu)層僅兒十納米，對(duì)軸電的承受能力很小，極易被靜電擊穿，使器件失效。因此，在產(chǎn)業(yè)化

18、生產(chǎn)屮，靜電的防范是否得當(dāng)，直接影響到產(chǎn)品的成品率、町*性和經(jīng)濟(jì)效益。靜電的 防范技術(shù)有如下幾種：1對(duì)生產(chǎn)、使用場(chǎng)所從人體、臺(tái)、地、空間及產(chǎn)品傳輸、堆放等方面實(shí)施防范，手段冇防靜電服裝、 手套、手環(huán)、鞋、墊、盒、離子風(fēng)扇、檢測(cè)儀器等。2. 芯片上設(shè)計(jì)靜電保護(hù)線路。3. led ±裝配保護(hù)器件。廈門(mén)華聯(lián)電子冇限公司長(zhǎng)期從事半導(dǎo)體led及其他光電子器件的研制、生產(chǎn)。目前在功率led方而， 已具備“食人魚(yú)”、三基色芯片plcc功率型led產(chǎn)品的量產(chǎn)能力，并用于室外裝飾應(yīng)用產(chǎn)品出口歐美市 場(chǎng)。在多芯片混色白光技術(shù)應(yīng)用方而，已有彩色顯示模塊出口。w級(jí)功率型led已進(jìn)行研制，并推出r、 y、g、

19、b、w 色，兩種外形樣品。lf=350ma 下的光效分別約為 141m/w、1 llm/w、121m/w、41m/w 和 i1.51m/w。相關(guān)鏈接功率型led封裝技術(shù)現(xiàn)狀功率型led分為功率led和w級(jí)功率led兩種。功率led的輸入功率小丁- 1w(兒十毫瓦功率led 除外)；w級(jí)功率led的輸入功率等于或大于iwo國(guó)外功率型led封裝技術(shù)功率led繪早有hp公司丁 20枇紀(jì)90年代初推出“食人魚(yú)”封裝結(jié)構(gòu)的led,并t 1994年推出改進(jìn)型的“snap led”，有兩種丁作電流，分別為70ma和150ma,輸入功率可達(dá)0.3w。接osram公司推ip," power top l

20、ed”。之后一些公司推出多種功率led的封裝結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的功率led比原支架式封裝的led輸入 功率提高幾倍，熱阻降為幾分z-。(2)w級(jí)功率ledw級(jí)功率led是未來(lái)照明的核心部分，所以世界各人公司投入很人力量，對(duì)w級(jí)功率led的封裝技 術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。單芯片w級(jí)功率led最早是ill lumileds公司于1998年推出的luxeon led,該封裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是 采用熱電分離的形式,將倒裝芯片用硅載體直接悍接在熱沉上,并采用反射杯、光學(xué)透鏡和柔性透明膠等 新結(jié)構(gòu)和新材料，現(xiàn)可提供單芯片1w、3w和5w的大功率led。osram公司于2003年推出單芯片的 "golden dra

21、gon"系列l(wèi)ed,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是熱沉與金屬線路板直接接觸，具有很好的散熱性能，而輸入功 率可達(dá)1w。多芯片組合封裝的大功率led,其結(jié)構(gòu)和封裝形式較多。美國(guó)uoe公司于2001年推出多芯片組合封 裝的norlux系列l(wèi)ed,其結(jié)構(gòu)是采用六角形鋁板作為襯底。lanina ceramics公司于2003年推出了采用公 司獨(dú)冇的金屬基板上低溫?zé)Y(jié)陶瓷(ltcc-m)技術(shù)封裝的大功率led陣列。松下公司于2(x)3年推出山64 只芯片組合封裝的人功率光led?？趤喒居?003年推出號(hào)稱是全世界最亮的白光led,其光通量可 達(dá)6001m,輸出光束為10001m時(shí)，耗電量為30w,最大輸入功率

22、為50w,提供展覽的口光led模塊發(fā)光 效率達(dá)331m/w。有關(guān)多芯片組合的大功率led,許多公司根據(jù)實(shí)際市場(chǎng)需求，不斷開(kāi)發(fā)出很多新結(jié)構(gòu)封裝的新產(chǎn)品， 其開(kāi)發(fā)研制的速度非?？?。國(guó)內(nèi)功率型led封裝技術(shù)國(guó)內(nèi)led封裝產(chǎn)品的品種較齊全，據(jù)初步估計(jì)，全國(guó)led封裝廠超過(guò)200家，封裝能力超過(guò)200億 只/年，封裝的配套能力也很強(qiáng)。但是很多封裝廠為私營(yíng)企業(yè)，規(guī)模偏小。但我國(guó)臺(tái)灣uec公司(國(guó)聯(lián))采用 金屬鍵合(me【al bonding)技術(shù)封裝的mb系列大功率led的特點(diǎn)是，用si代替gaas襯底，散熱好，并以 金屬黏結(jié)層作光反射層，提高光輸出。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司笫13研究所對(duì)功率型led封裝技術(shù)

23、開(kāi)展研究工作，并開(kāi)發(fā)出功率led產(chǎn)品。 英他有實(shí)力的led封裝企業(yè)(外商投資除外)，如佛山國(guó)星、廈門(mén)華聯(lián)等，很早就開(kāi)展功率型led的研發(fā)工 作，并取得了較好的效果，如“食人魚(yú)”和plcc封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，均可批量生產(chǎn)，并已研制出單芯片1w 級(jí)的大功率led封裝的樣品。對(duì)于大功率led封裝技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，日前國(guó)家尚未正式支持投入，國(guó)內(nèi)研究單位很少介入，封裝企 業(yè)投入研發(fā)的力度(人力和財(cái)力)還很不夠，形成國(guó)內(nèi)對(duì)封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)力量薄弱的局而，封裝的技術(shù)水平 與國(guó)外相比還有相當(dāng)?shù)牟罹?。半?dǎo)體封裝業(yè)占據(jù)了國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的主體地位，如何選擇電子封裝材料的問(wèn)題顯得更加重要。根據(jù)資 料顯示，90%以上的晶體管

24、及70%80%的集成電路已使用槊料封裝材料，而環(huán)氧樹(shù)脂封裝槊粉是最常見(jiàn) 的犁料封裝材料。本文將對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂封裝槊粉的成分、特性、使用材料加以介紹，希望對(duì)ic封裝工程師們 在選擇材料、分析封裝機(jī)理方而冇所幫助。1封裝的目的半導(dǎo)體封裝使諸如二極管、晶體管、ic等為了維護(hù)本身的氣密性，并保護(hù)不受周?chē)h(huán)境屮濕度與溫度的影 響，以及防i匕電子紐件受到機(jī)械振動(dòng)、沖擊產(chǎn)生破損而造成紐件特性的變化。因此，封裝的目的有下列兒 點(diǎn)：防止?jié)駳獾扔赏獠壳秩耄?2)以機(jī)械方式支持導(dǎo)線；(3)冇效地將內(nèi)部產(chǎn)生的熱排出；(4)提供能夠于-持的 形體。以陶瓷、金屬材料封裝的半導(dǎo)體組件的氣密性較佳，成木較高，適用于可*性要求較高

25、的使用場(chǎng)合。以塑料 封裝的半導(dǎo)體組件的氣密性較差，但是成木低，因此成為電視機(jī)、電話機(jī)、計(jì)算機(jī)、收音機(jī)等民用品的主 流。2封裝所使用的塑料材料半導(dǎo)體產(chǎn)品的封裝大部分都采川環(huán)氧樹(shù)脂。它具有的一般特性包括：成形性、耐熱性、良好的機(jī)械強(qiáng)度及 電器絕緣性。同時(shí)為防止對(duì)封裝產(chǎn)品的特性劣化，樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)要小，水蒸氣的透過(guò)性要小，不含對(duì) 元件有彩響的不純物，引線腳(lead)的接著性要良好。單純的一種樹(shù)脂要能完全滿足上述特性是很i木i難的, 因此大多數(shù)樹(shù)脂中均加入填充劑、偶合劑、碩化劑等而成為復(fù)合材料來(lái)使用。一般說(shuō)來(lái)環(huán)氧樹(shù)脂比其它樹(shù) 脂更具有優(yōu)越的電氣性、接著性及良好的低壓成形流動(dòng)性，并且價(jià)格便宜，因此成

26、為最常用的半導(dǎo)體塑封 材料。3環(huán)氧樹(shù)脂膠粉的紐成一般使用的封裝膠粉中除了環(huán)氧樹(shù)脂之外，還含有硬化劑、促進(jìn)劑、抗燃劑、偶合劑、脫模劑、填充料、 顏料、潤(rùn)滑劑等成分，現(xiàn)分別介紹如下：3. 1 環(huán)氧樹(shù)脂(epoxy resin)使用在封裝塑粉中的環(huán)氧樹(shù)脂種類(lèi)冇雙酚a系(bisphenol-a). novolac epoxy、環(huán)狀脂肪族環(huán)氧樹(shù) 脂(cyclicaliphatic epoxy)、壞氧化的丁二烯等。封裝塑粉所選用的壞氧樹(shù)脂必須含有較低的離子含 最，以降低對(duì)半導(dǎo)體芯片表面鋁條的腐蝕，同時(shí)要具仃高的熱變形溫度，良好的耐熱及耐化學(xué)性，以及對(duì) 碾化劑具有良好的反應(yīng)性?？蛇x用單一樹(shù)脂，也可以二種以上

27、的樹(shù)脂混合使用。3. 2 硬化劑(hardener)在封裝塑粉中用來(lái)與環(huán)氧樹(shù)脂起交聯(lián)(crosslinking)作用的硬化劑可大致分成兩類(lèi):酸酊類(lèi) (anhydr1des);(2)酚樹(shù)脂(phenolicnovolac)。以酚樹(shù)脂更化和酸聊更化的壞氧樹(shù)脂系統(tǒng)冇如下的特 性比較：弗以酚樹(shù)脂破化的系統(tǒng)的溢膠量少，脫模較易，抗?jié)裥约胺€(wěn)定性均較酸肝破化者為佳；以酸肝硬化者需要較長(zhǎng)的硬化時(shí)間及較高溫度的后硬化(postcure)；兆以酸酊硬化者對(duì)表面漏電流繳感的元件具有較佳的相容性；費(fèi)以酚樹(shù)脂硬化者在150-175-c z間冇較佳的熱穩(wěn)定性，但溫度高于175-(2則以酸肝硬化者為佳。碩化劑的選擇除了電氣

28、性質(zhì)z外，尚要考慮作業(yè)性、耐濕性、保存性、價(jià)格、對(duì)人體安全性等因索。3. 3 促進(jìn)劑(accelerato or catalyst)環(huán)氧樹(shù)脂封裝卿粉的碩化周期(curing cycle)約在90-180秒z間，必須能夠在短時(shí)間內(nèi)碩化，因此在刪 粉中添加促進(jìn)劑以縮短破化時(shí)間是必要的?，F(xiàn)在大量使用的環(huán)氧樹(shù)脂塑粉，由丁內(nèi)含破化劑、促進(jìn)劑，在混合加工(compounding)后已成為部分交 聯(lián)的b-stage樹(shù)脂。在封裝使用完畢之詢槊粉本身會(huì)不斷的進(jìn)行交聯(lián)破化反應(yīng)，因此必須將槊粉貯存于5°c 以下的冰柜中，以抑制犁粉的硬化速率，并且瞰粉也冇保存的期限。如果想制得不用低溫保存，且具冇怏 的保存

29、期限(lnog shelflife)的塑粉，則一定要選用潛在性促進(jìn)劑(latentcatalyst),這種促進(jìn)劑在 室溫中不會(huì)加速硬化反應(yīng)，只有在高溫時(shí)才會(huì)產(chǎn)牛促進(jìn)硬化反應(yīng)的效果。目前日本已有生產(chǎn)不必低溫貯存 的壞氧樹(shù)脂膠粉，其關(guān)鍵乃在潛在性促進(jìn)劑的選用。3. 4 抗燃劑(flame retardant)環(huán)氧樹(shù)脂膠粉中的抗燃劑可分成有機(jī)與無(wú)機(jī)兩種。冇機(jī)系為溟化的環(huán)氧樹(shù)脂或四滉化雙酚 a(tetr a bromobisphenol a)o無(wú)機(jī)系則為三氧化二錘(sb203)的粉末。二者可分開(kāi)單獨(dú)使用，也可合 并使用，而以合并使用的抗燃劑效果為佳。3. 5 填充料(liller)在封裝犁粉中，填充料

30、所占的比例最多，約在70%左右，因此填充料在封裝朔粉屮扮演著十分垂要的角色。3. 5. 1在塑粉中加入適量適質(zhì)的填充料，具有下列幾個(gè)目的：1)減少測(cè)粉便化后的收縮；2)降低環(huán)氧樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)；3)改善熱傳導(dǎo)；4)吸收反應(yīng)熱；5)改善碩化樹(shù)脂 的機(jī)械性質(zhì)與電學(xué)性質(zhì)；6)降低塑粉成本。3. 5. 2填充料的種類(lèi)使用于環(huán)氧樹(shù)脂塑粉中的填充料，除了耍能改善電絕緣性、電介質(zhì)特性之外，尚須具有化學(xué)安定性及低吸 濕性。一般常用的填充料有以下幾種：(1)石英；(2)高純度二氧化硅(使用最為廣泛)：(3)氫氧化鋁；(4)氧化鋁：(5)云母粉末；(6)碳化硅。3. 5. 3 二氧化硅(sio2,silica)環(huán)

31、氧樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)平均約為65x 10-6m / cm / °c；,比對(duì)封裝樹(shù)脂中的金屬埋人件的熱膨脹系數(shù)大很 多。半導(dǎo)體所川的框架(lead frame)與環(huán)氧樹(shù)脂相差甚遠(yuǎn)。若以純樹(shù)脂來(lái)封裝半導(dǎo)體元件，由丁彼此間 熱膨脹系數(shù)的差異及元件工作時(shí)所產(chǎn)生的熱，將會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及熱應(yīng)力而造成封裝材料的龜裂。因此加入 槊粉中的填充料，除了耍能減少樹(shù)脂與金屬埋入件間的熱膨脹系數(shù)外，也要具冇良好的導(dǎo)熱功能。二氧化硅粉末可分成結(jié)品性二氧化硅及熔融二氧化硅。結(jié)品性二氧化磚具冇較佳的導(dǎo)熱性但熱膨脹系數(shù)較 大，対熱沖擊的抵抗性差。熔融二氧化硅的導(dǎo)熱性質(zhì)較差，但卻擁有較小的熱膨脹系數(shù)，對(duì)熱沖擊的抵抗 性較佳

32、。表2是熔融性與結(jié)晶性二氧化硅充填的壞氧樹(shù)脂膠粉的性質(zhì)比較，可看出熔融性二氧化硅除了導(dǎo) 熱性質(zhì)較差外，撓曲強(qiáng)度及耐濕性均低于結(jié)晶性二氧化硅。此外，填充料用量的多少以及粒子的大小、形狀、粒度分布等對(duì)于教粉在移送成形(transfcnnolding)時(shí)的流 動(dòng)性，以及封裝后成品的電氣性質(zhì)均會(huì)造成影響，這些因素在選用填充料時(shí)均要加以考慮。3. 6 偶合劑(coupliung agent)在環(huán)氧樹(shù)脂中添加少量的偶合劑，能產(chǎn)生下列作用：增加填充料與樹(shù)脂z間的相容性與親和力;增加膠粉與埋人元件間的接著力:減少吸水性;提窩撓曲 強(qiáng)度；降低成形中塑粉的粘度，改善流動(dòng)性；改善膠粉的熱消散w 了 (thermal

33、dussipation factor)> 損失因子(loss fac-tor)及漏電流(leakagecurrent).3. 7 脫模劑(日 elease agent)環(huán)氧樹(shù)脂的粘著性良好，對(duì)模具也會(huì)產(chǎn)生接著力，而影響加工封裝完畢后的脫模，因此加入脫模劑來(lái)改善 膠粉與模具之間的脫模能力。一般常用的脫模劑有：臘、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣等。脫模劑的種類(lèi) 與用暈耍視瞰粉配方(樹(shù)脂、硬化劑、填充料)而定。脫模劑的用暈耍適當(dāng)，如果用量太少會(huì)使脫模不易； 和反，如果用暈過(guò)多，不但容易河染模具，更會(huì)降低膠粉與埋入框架、引線間的粘著力，玄接影響到元件 的耐濕性及可*性。下圖為脫模劑添加量與接著力的關(guān)

34、系，脫模劑添加愈多，膠粉與埋人件間的接著力下降 也愈多。3. 8 顏料(pigment)通常視成品的顏色來(lái)添加顏料。-般的封裝膠粉均以碳黑為顏料，因此成品具有黑色的外觀。3. 9 潤(rùn)滑劑(lubricant)為了增加膠粉在加工成形中的流動(dòng)性，有時(shí)可加入部分潤(rùn)滑劑來(lái)降低粘度。但是此舉往往會(huì)造成膠粉的玻 璃轉(zhuǎn)移溫®(tg glass transistion temperature)的降低及電氣特性的為化，因此若冇需耍加入潤(rùn)滑 劑，最好選用反應(yīng)性稀釋劑(re-active diluent),使稀釋劑分子能與樹(shù)脂產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，以避免t2及 電氣特性的劣化。4壞氧樹(shù)脂塑粉的基木特性前面我們己提

35、到一些槊粉所要具備的特性，下面將進(jìn)一步探討這些特性。4. 1耐熱性4. 1. 1玻璃轉(zhuǎn)移溫度，tg如果以熱劣化性為耐熱性的考慮要點(diǎn)，則可以tg來(lái)當(dāng)做參考值。塑粉的tg值主婆決定于塑粉的交聯(lián)密度:tgl=tgo+k / nc tgi：交聯(lián)后的 tgtgo：未交聯(lián)前的tgk：實(shí)驗(yàn)常數(shù)nc：兩交聯(lián)點(diǎn)前的平均原子數(shù)。交聯(lián)密度愈烏，其tg值也愈高；耐熱性愈佳，熱變形溫度也愈高。一般封裝槊粉的tg值約在160°c左右， 過(guò)高的is會(huì)使成品過(guò)硬呈脆性，降低對(duì)熱沖擊的抵抗性。4. 1. 2tg的測(cè)定測(cè)定tg的方法很多，目前木所使丿u熱膨脹計(jì)(dialtometer)dsc(differential

36、canning calorimetry)、流變儀(rheometric). tba(torsional braid analyzer)等儀器來(lái)測(cè)定 tg 值。4. 2耐腐蝕性由從事槊膠封裝電路的故障分析者所提出的故障成因中，以鋁條腐蝕(corrosion of aluminun metallization)所占比例最高，因此耐腐蝕性實(shí)為封裝塑粉的首?？紤]因索。4. 2. 1腐蝕的成因就環(huán)氧樹(shù)脂槊粉而言，造成鋁條腐蝕的主因?yàn)殚梅壑兴穆入x子及可水解性氯(hydrolyzable chloride)o當(dāng)大氣中的濕氣經(jīng)由樹(shù)脂本身及其與引線腳(lead)間的界面，擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體的內(nèi)部，這 些侵入的水

37、氣會(huì)與樹(shù)脂中的離子性不純物結(jié)合，特別是cl，而增加不純物的游動(dòng)性(mobility)o當(dāng)這些 不純物到達(dá)晶片表面時(shí)，即與鋁條形成腐蝕反應(yīng)，破壞極薄的鋁層，造成半導(dǎo)體的故障。4. 2. 2腐蝕的防止(1) 降低不純物含量對(duì)半導(dǎo)體封裝業(yè)者而言,選擇低氯離子含量的封裝膠粉是必要的。目前一般敎粉屮離子性不純物的含量均 在loppm以下。環(huán)氧脂由丁在合成過(guò)程中使用epichlorohydrin,因此無(wú)法避免有氯離子的存在，因 此樹(shù)脂要經(jīng)純化去除人部分氯離子后，再用來(lái)生產(chǎn)封裝塑粉。表3為日本廠家的環(huán)氧樹(shù)脂封裝膠粉的離子 含量及電導(dǎo)度。(2) 添加腐蝕抑制劑(corrosion inhibitor)在膠粉添

38、加腐蝕抑制劑能減低鋁條的腐蝕速率，干擾陽(yáng)極或陰極的腐蝕反應(yīng)，因而降低腐蝕全反應(yīng)(overall reaction)的速率。所選用的抑制劑要具冇如卞的性質(zhì)： 抑制劑中不能含有對(duì)電路工作有害的離子； 加入抑制劑后所増加的離子電導(dǎo)度不能產(chǎn)生有害丁-電路的副反應(yīng)； 抑制劑需能形成錯(cuò)介物(complex): 對(duì)冇機(jī)系抑制劑而言，不能與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生反應(yīng)，在移送面形成硬化過(guò)程中具冇安定性； 對(duì)無(wú)機(jī)系抑制劑而言，其所產(chǎn)生的離子不可滲入si或sio：絕緣層中，以免影響電路的工作。一般以無(wú)機(jī)系腐蝕抑制劑的效果最住。具中以鴨酸錢(qián)(ammonium tungstate)、檸檬酸鈣(calcium citrate)為常

39、用。4. 3 低的熱膨脹系數(shù)(cte, coeffictent of thermal expansion)在前面我們己經(jīng)提過(guò)由丁-樹(shù)脂與埋人件cte的不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成成品破裂的原因。在此我們將詳細(xì) 介紹cte對(duì)膠粉影響。4. 3. 1gte與內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系內(nèi)應(yīng)力可用dannenberg' s方程式表示：o：內(nèi)應(yīng)(internal stress) 0：熱膨脹系數(shù)(cte)e：彈性模數(shù)(elastic modulus) s：截面積(cross section area)r：樹(shù)脂(resin)：埋人件，框架，晶片口 nsert components leadframe,chip)由方程式

40、(4)中，我們可淸楚的看出樹(shù)脂與埠人件z間的cte差愈大，所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也就愈人。由內(nèi)應(yīng)力 所引起的龜裂(crack)將成為外部濕氣及污染侵入的通路，進(jìn)-步造成元件的故障，因此環(huán)氧樹(shù)脂膠粉必 須具有低的cte值。目前也有人從降低彈性模數(shù)來(lái)使內(nèi)應(yīng)力變小。4. 3. 2影響cte的因素cte值可山tg或交聯(lián)密度來(lái)加以控制。此外，以下各因索也會(huì)影響cte：1)濕氣污染；2)可劇劑或潤(rùn)滑劑的流失；3)應(yīng)力的消失；4)未反應(yīng)的化學(xué)品；5)后硬化的時(shí)間與溫度。對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂槊粉而言，要擁冇低cte值必須從填充料上血來(lái)著手。一個(gè)駛粉配方工程師必須將tg及cte 常記在心，作為參考及尋找問(wèn)題的工具，因?yàn)榈偷腸te

41、及高的tg對(duì)熱沖擊抵抗性而言是十分重要的。4. 4成形性廣義的成形性包括半導(dǎo)體封裝后的尺寸安定性、離型性(脫模)、加工成形時(shí)的流動(dòng)性等等。4. 4. 1流動(dòng)性與漩流試驗(yàn)(spiral f1ow test)由于膠粉木身是部分交聯(lián)的b-stage樹(shù)脂，若貯存不當(dāng)或貯存過(guò)久會(huì)増加膠粉交聯(lián)4更化的程度，而造成流 動(dòng)性的降低，此時(shí)即該丟棄此流動(dòng)性變差的膠粉。一般以漩流實(shí)驗(yàn)所得漩流值的人小來(lái)判斷流動(dòng)性的好壞, 目前封裝采用的規(guī)格是25-35寸。漩流值過(guò)低表示膠粉的流動(dòng)性差，成形時(shí)將無(wú)法灌滿模子；漩流值過(guò)高 表示膠粉的流動(dòng)性太大，容易將埋人件的金屬細(xì)線沖斷并會(huì)產(chǎn)生溢膠現(xiàn)象。4. 4. 2 dsc與教粉流動(dòng)性

42、除了漩流試驗(yàn)z外，我們也可利用微差掃瞄式卡計(jì)(dsc)來(lái)測(cè)知膠粉是否仍然其冇好的流動(dòng)性。第一個(gè)放熱峰為膠粉硬化時(shí)所放出的聚合反應(yīng)熱，此放熱峰愈高表示膠粉的反應(yīng)熱愈多，也代表膠粉貯存 時(shí)硬化的程度少，因此具有良好的流動(dòng)性。放熱峰愈低表示膠粉已人部分硬化，只能放出少量反應(yīng)熱，代 表膠粉己失去流動(dòng)性。利用以上原理，我們可以找出放熱峰高度與漩流值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果所貯存的膠粉經(jīng)dsc分析后發(fā)現(xiàn)放熱峰高度減少10%以上,表示膠粉己失去良好流動(dòng)性，立丟棄不 再使用。4. 5電氣特性電氣性對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂膠粉而言是-種相當(dāng)重要的性質(zhì)，而介電特性(dielectric property)為考慮重點(diǎn)。 對(duì)封裝材料而

43、言，介電常數(shù)(dielectric constant)愈小其電絕緣性愈佳。介電常數(shù)會(huì)受頻率的改變、 溫度、濕度的影響。介電常數(shù)的變化遠(yuǎn)比介電常數(shù)的起始值來(lái)得靈要。此外，成品的密閉封裝是很重要的, 將直接影響到電學(xué)性質(zhì)。若成品封裝不全有空隙存在,除了提供濕氣污染的通路外，在接受電斥時(shí)會(huì)發(fā)生 電暈(corona),使電場(chǎng)集中在空隙前端，引起內(nèi)部放電而造成絕緣破壞。4. 6耐濕性濕氣侵入半導(dǎo)體元件中與離子性不純物作川，降低絕緣性，使漏電流增加并腐蝕鋁路，此為信賴度降低的 主因。濕氣侵入封裝成品中的路徑有兩條：由樹(shù)脂整體(bulk of plastic)的表面擴(kuò)散進(jìn)入;經(jīng)由樹(shù)脂與ic腳架間的界面，以毛

44、細(xì)現(xiàn)彖侵入。取一個(gè)14腳的dip(dua1+in line package),在上方打開(kāi)一個(gè)孔洞，孔底可達(dá)晶片表而，再將一個(gè)設(shè)有 氣體出入口的容器接在dip的孔洞乙上并密封z,然后將此裝宜浸在100%rh的水蒸氣或水屮，容器內(nèi)通 人干燥的氮?dú)?0%rh),水氣即會(huì)依上述兩種途徑侵入而進(jìn)入容器中，我們利用偵測(cè)器測(cè)出流出氮?dú)庵兴?有的水氣，而得到全部(兩種水氣滲透速率之和)的水氣滲透率pt, pt是經(jīng)由樹(shù)脂幣體侵入的水氣滲透速率 pb及經(jīng)由界面毛細(xì)侵入的水氣滲透速率pi之和，及p匸pb+pl。我們可取相同材料的樹(shù)脂封住容器的底部, 以同樣方法測(cè)出pb,再將pt與pb相減即可求出p1之值。利用上述

45、方法對(duì)犁粉進(jìn)行評(píng)佔(zhàn)。根據(jù)harrison的說(shuō)法，元件若要具冇10年的動(dòng)作壽命保證，則p1值應(yīng) 該在70以下。我們不妨利用此方法來(lái)對(duì)壞氧樹(shù)脂膠粉進(jìn)行耐濕性評(píng)估。4. 7喚化時(shí)的放熱教粉在硬化時(shí)會(huì)放出聚合反應(yīng)熱,如果配方調(diào)配不當(dāng)發(fā)熱最太大時(shí)會(huì)造成龜裂并給予元件應(yīng)力。因此化學(xué) 工程師在進(jìn)行塑粉配方研究時(shí)應(yīng)考慮硬化放熱量不可過(guò)大。事實(shí)上塑粉的交聯(lián)可分成兩個(gè)階段。先膠化，再硬化。低分子量的樹(shù)脂膠化的速度比爲(wèi)分子量者快。促進(jìn) 劑的濃度小，則膠化時(shí)間由熱或動(dòng)力決定；如果促進(jìn)劑的濃度大，則膠化時(shí)間由分子擴(kuò)散至正確的反應(yīng)位 置決定：欲快速膠化則增加熱量，所得材料具有低交聯(lián)密度、窩cte、熱收縮性人。欲慢速膠化，

46、則減少熱最，所得材料具有較高交聯(lián)密度、低cte及較小的熱收縮。4. 8抗燃性在ul規(guī)格中是以94 v-o為標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)氧樹(shù)脂塑粉均能滿足此-規(guī)格。4. 9接著性與脫模性前面已經(jīng)提過(guò)脫模劑的川量增加，樹(shù)脂的接著力會(huì)降低。若是脫模劑的添加量減少，雖然可使樹(shù)脂與腳架 引線的接著力提窩，但是模具和成形品間的接著力也増加，造成脫模的閑難。因此脫模劑的添加量要選擇 接著性與脫模性兼顧者為宜。4. 10 低 a 粒子效應(yīng)(low a -particle effec)環(huán)氧樹(shù)脂膠粉中采川二氧化硅為填充料，而二氧化硅是口然界的礦物，含有微量的鈾、飪等放射性元索。 這些放射性元索在蛻變過(guò)程中會(huì)放出«粒子。dy

47、namic ram' s及ccd，s等t導(dǎo)體元件會(huì)受«粒子的 影響而發(fā)生軟性錯(cuò)誤(soff error)o static ram' s、rom* s、prom' s及eprom，s等元件則不 受。粒子的影響。當(dāng)a粒子經(jīng)過(guò)活性元件區(qū)域(active device regions)時(shí)，會(huì)在電子與空穴重新結(jié)合z前，使n區(qū)域收集電子p-區(qū)域收集空穴。如果在一特定的區(qū)域收集到足夠的電荷，將會(huì)擾亂所貯存的資料 或邏輯狀態(tài)(logic states).如果所收集和產(chǎn)生的電子數(shù)超過(guò)臨界電荷的話，即造成所謂的軟性錯(cuò)誤。 除了填充料之外，基板(substrate).鋁條(meta

48、llization)也會(huì)放出a粒子，但是以填充料為a。粒 子的主要產(chǎn)生來(lái)源。為了避免a粒子效應(yīng)除了可用聚亞酸胺(polyimide)作為保護(hù)涂膜z外，可采用低放 射性元素含量的二氧化硅當(dāng)做填充料。日本已有生產(chǎn)放射性元素含量在lppb以下的二氧化硅,這些二氧化 硅是經(jīng)過(guò)純化耕煉的，價(jià)格也較高。對(duì)高可*度牛導(dǎo)體元件而言，必須設(shè)法避免a粒子效應(yīng)。4. 11長(zhǎng)期保存性目前大多數(shù)膠粉的膠化時(shí)間約在30秒左右，破化成形后通常需要后破化，并且又需冷藏貯存。若要發(fā)展出 能快速碩化，又能在室溫(max40-45c)保存六個(gè)月以上而不失膠粉的流動(dòng)性，則一定要在潛在性促進(jìn)劑上 加以研究與改良。本文僅對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂封裝膠

49、粉的紐成、選用材料及膠粉的基本待性做-簡(jiǎn)單的介紹，但愿能使半導(dǎo)體業(yè)界對(duì) 塑粉的紐成有一概括性的了解，更期望為同行們?cè)谶x擇環(huán)氧樹(shù)脂塑粉、研究封裝機(jī)理方面有所啟發(fā)。南京看一半導(dǎo)體大功率發(fā)光芯片面對(duì)半導(dǎo)體市場(chǎng)的良好前景和巨大誘惑，一場(chǎng)搶占半導(dǎo)體照明新興產(chǎn) 業(yè)制高點(diǎn)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)在國(guó)內(nèi)悄然打響。與人類(lèi)生活、生產(chǎn)息息相關(guān)的照明領(lǐng)域，正在孕育著巨大變革。南京 是“參戰(zhàn)”城市之一，和關(guān)產(chǎn)業(yè)集群正在構(gòu)架中，發(fā)力搶抓先機(jī)。據(jù)悉，與白熾燈用鴨絲不同的是，半導(dǎo)體燈使用的是發(fā)光芯片。日前國(guó)內(nèi)少數(shù)金業(yè)己在從事小功率發(fā)光 芯片的生產(chǎn)，主要用于屏幕顯示，如南京的洛普、漢徳森等公司。而用于照明的發(fā)光芯片的開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)述 基本處于空白

50、?，F(xiàn)在，這-空口即將彼南京一家企業(yè)所填補(bǔ)。這家企業(yè)便是位丁南京高新區(qū)的奧雷光電公司，由7名留 美博士回國(guó)創(chuàng)立，總投資1億元左右，主攻大功率(1瓦以上，相當(dāng)于白熾燈15瓦以上)的發(fā)光芯片，技 術(shù)在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。目前，該企業(yè)的生產(chǎn)線正在調(diào)試階段，預(yù)計(jì)明年初投產(chǎn)。公司首席執(zhí)行官黃振春 i#士告訴記者，生產(chǎn)線全部投產(chǎn)后，將達(dá)到2. 5億顆芯片的年生產(chǎn)能力，預(yù)計(jì)銷(xiāo)售收入在2()億元左右。 屆時(shí)，南京將成為國(guó)內(nèi)最早生產(chǎn)半導(dǎo)體大功率發(fā)光芯片的城市。去年10月，我國(guó)“十五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃'半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)”重人:項(xiàng)ii就已啟動(dòng)。上海、 廈門(mén)、大連和南昌被國(guó)家批準(zhǔn)成為第一批半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)

51、業(yè)化基地。在第一批基地中，南京雖無(wú)緣進(jìn)入, 但隨著奧雷光電的建成投產(chǎn)，南京的“話語(yǔ)權(quán)”將越來(lái)越大。據(jù)悉，市科技局正在規(guī)劃以?shī)W雷光電為龍頭, 在南京打造一個(gè)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)群，在支持做大上游芯片企業(yè)的同時(shí)，延伸下游產(chǎn)業(yè)，如生產(chǎn)汽車(chē)燈、照 明燈、景觀燈、手機(jī)背光源、交通燈、屏幕顯示等。h前，南京已集聚了近10家相關(guān)企業(yè)。市有關(guān)部門(mén)也 在編制這方而的招商引資產(chǎn)業(yè)目錄。黃振春博士對(duì)未來(lái)的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)極為看好。他說(shuō)，美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，到2010年前后，美國(guó)將有55% 的白熾燈和熒光燈被半導(dǎo)體燈替代，每年可節(jié)電350億美元。中國(guó)也提出，日標(biāo)2010年將有50%的光源 為半導(dǎo)體燈代替，每年節(jié)電近1000億度，

52、相當(dāng)于一個(gè)三峽t程的發(fā)電量。據(jù)測(cè)算，7年后僅在美國(guó)，半導(dǎo) 體照明就可能形成一個(gè)500億美元的大產(chǎn)業(yè)。而在中國(guó)，至少可以形成400億元的大產(chǎn)業(yè)。目前，半導(dǎo)體 照明已零星地用于八外廣告牌、樓宇、橋梁、廣場(chǎng)等領(lǐng)域的裝潢照明，如滬寧高速上-塊“鎮(zhèn)江出口加工 區(qū)”廣告牌、鎮(zhèn)江南徐路的草坪燈等，都使用了半導(dǎo)體照明技術(shù)。半導(dǎo)體燈何時(shí)走進(jìn)千家力戶？?jī)r(jià)格將 是決定因素盡管半導(dǎo)體照明有著種種優(yōu)勢(shì)，但ii前進(jìn)入千家力戶時(shí)機(jī)尚未成熟。奧雷光電首席執(zhí)行官黃振 春博士接受記者采訪時(shí)說(shuō)，價(jià)格太高是目前最大的制約因索。他舉例說(shuō)，以一個(gè)1瓦功率的半導(dǎo)體燈為例, 它的亮度相當(dāng)于一個(gè)15瓦的白熾燈，按照現(xiàn)在的成木計(jì)算，它的價(jià)格卻要

53、髙出一大截，達(dá)到40元左右。冇關(guān)專家認(rèn)為，城帀景觀照明是目前一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)，因?yàn)槠浜碾姸?、?duì)半導(dǎo)體發(fā)光源的耍求相對(duì) 來(lái)說(shuō)也不是很高?？萍疾坑嘘P(guān)領(lǐng)導(dǎo)則要求，以2008年北京奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)為契機(jī),推動(dòng)半導(dǎo) 體燈在城由景觀照明的應(yīng)川。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，普通照明是最大的幣場(chǎng)，而耍讓半導(dǎo)體燈早日進(jìn)入千家力戶， 前提是加大對(duì)低成木、大功率、高亮度半導(dǎo)體燈的開(kāi)發(fā)。據(jù)悉，面對(duì)半導(dǎo)體照明市場(chǎng)的巨大誘惑，世界三大照明工業(yè)巨頭通用電氣、飛利浦、奧斯拉姆集團(tuán)已紛 紛與半導(dǎo)體公司合作，成立半導(dǎo)體照明企業(yè)，提出要在2010年前，使半導(dǎo)體燈發(fā)光效率再提高8倍，價(jià)格 降低100倍。半導(dǎo)體燈vs白熾燈耗電：1 :

54、 10壽命：100： 1半導(dǎo)體燈逐步替代白熾燈和熒光燈，將掀起 金新的照明革命。據(jù)了解，作為新型高效固態(tài)光源,半導(dǎo)體照明光源具有壽命長(zhǎng)、節(jié)能等顯著優(yōu)點(diǎn)。同樣亮度下,半導(dǎo)體 燈耗電僅為普通白熾燈的十分而壽命卻可以延長(zhǎng)100倍。此外，除了壽命長(zhǎng)、耗能低z外，半導(dǎo)體 燈更人的長(zhǎng)處還有三點(diǎn)：一是應(yīng)用非常靈活，可以做成點(diǎn)、線、面各種形式的輕薄短小產(chǎn)品；二是環(huán)保效 益更佳，由于光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，屬于典型的綠色照明光源，而且廢 棄物可回收，沒(méi)有污染；三是控制極為方便，只要調(diào)整電流，就可以隨懣調(diào)光，不同光色的組合變化多端, 利用時(shí)序控制電路，更能達(dá)到豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果。le

55、d是一類(lèi)可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光和輻射能的發(fā)光器件，具有工作電壓低，耗電量小，發(fā)光效率高, 發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，光色純，結(jié)構(gòu)牢同，抗沖擊，耐振動(dòng)，性能穩(wěn)定町*，重最輕，體積小，成本低等一系 列特性，發(fā)展突飛猛進(jìn)，現(xiàn)已能批量生產(chǎn)整個(gè)可見(jiàn)光譜段各種顏色的高亮度、高性能產(chǎn)品。國(guó)產(chǎn)紅、綠、 橙、黃的led產(chǎn)量約占世界總量的12%, “ i-五”期間的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)是達(dá)到年產(chǎn)300億只的能力，實(shí)現(xiàn)超高 亮度aigslnp的led外延片和芯片的大生產(chǎn),年產(chǎn)10億只以上紅、橙、黃超高亮度led管芯,突破gan材 料的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)藍(lán)、綠、口的led的中批量生產(chǎn)。據(jù)預(yù)測(cè)，到2005年國(guó)際上led的市場(chǎng)需求量約為2 0

56、00億只，銷(xiāo)售額達(dá)800億美元。在led產(chǎn)業(yè)鏈接中,上游是led襯底晶片及襯底生產(chǎn)，中游的產(chǎn)業(yè)化為led芯片設(shè)計(jì)及制造生產(chǎn)，下 游歸led封裝與測(cè)試，研發(fā)低熱阻、優(yōu)異光學(xué)特性、高可*的封裝技術(shù)是新型led泄向?qū)嵱?、走向市?chǎng)的產(chǎn) 業(yè)化必經(jīng)之路，從某種總:義上講是鏈接產(chǎn)業(yè)與市場(chǎng)的紐帶，只有封裝好的才能成為終端產(chǎn)品，才能投入實(shí) 際應(yīng)用，才能為顧客提供服務(wù)，使產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)環(huán)相扣，無(wú)縫暢通。2 led封裝的特殊性led封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來(lái)的，但卻冇很大的特殊性。一般情況 下，分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi)，封裝的作用主耍是保護(hù)管芯和完成電氣互連。而led封裝則是完 成輸出電信

57、號(hào)，保護(hù)管芯正常工作，輸出：可見(jiàn)光的功能，既有電參數(shù)，乂有光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求， 無(wú)法簡(jiǎn)單地將分立器件的封裝用于led。led的核心發(fā)光部分是山p型和n型半導(dǎo)休構(gòu)成的pn結(jié)管芯，當(dāng)注入pn結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流 子復(fù)合時(shí)，就會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光，紫外光或近紅外光。但pn結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個(gè)方向發(fā)射冇 和同的兒率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來(lái)，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu) 及兒何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料，應(yīng)用耍求提高led的內(nèi)、外部量子效率。常規(guī)5mni型led m裝 是將邊長(zhǎng)0. 25nun的止方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架卜.，管芯的正極通過(guò)球形接他點(diǎn)與金絲，

58、鍵合為內(nèi)引線 與一條管腳相連，負(fù)極通過(guò)反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹(shù)脂包封。反射杯的作用 是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光，向期與的方向角內(nèi)發(fā)射。頂部包封的壞氧樹(shù)脂做成一定形狀，有這樣幾 種作用：保護(hù)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；管芯折射率與空氣折射率相關(guān)太人，致使管芯內(nèi)部的全反射臨界角很小，其有源層 產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導(dǎo)致過(guò)多光損失， 選川相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹(shù)脂作過(guò)渡，提高管芯的光出射效率。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹(shù)脂須具有耐濕性，絕 緣性，機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)管芯發(fā)出光的折射率和透射率窩。選擇不同折射率的封裝材料，封裝幾何形狀對(duì)光了 逸出效率的影響是不同的，發(fā)光強(qiáng)度的角分布也與管芯結(jié)構(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用材質(zhì)和形狀有關(guān)。 若采用尖形樹(shù)脂透鏡，可使光集中到led的軸線方向，相應(yīng)的視角較?。蝗绻敳康臉?shù)脂透鏡為惻形或平 面型，其相應(yīng)視角將増大。一般情況下,led的發(fā)光波長(zhǎng)隨溫度變化為0. 2-0. 3nm/°c,光譜寬度隨之增加,影響顏色鮮艷度。 另外，當(dāng)