發(fā)光二極管資料

1、發(fā)光二極管資料作者:日期：發(fā)光二極管資料一、生產(chǎn)工藝1. 工藝：a 清洗:采用超聲波清洗PCB或LE D支架,并烘干.？b裝架:在LED管芯大圓片底部電極備上銀膠后進(jìn)行擴(kuò)張,將擴(kuò)張后的管芯大圓片安置在刺晶臺(tái)上,在顯微鏡下用刺晶筆將管芯一個(gè)一個(gè)安裝在PCB或LED支架相應(yīng)的焊盤上,隨后進(jìn)行燒結(jié)使銀膠固化.c壓焊：用鋁絲或金絲焊機(jī)將電極連接到LED管芯上,以作電流注入的引線.LED直接安裝在PCB上的,一般采用鋁絲焊機(jī).制作白光TOP-LED需要金線焊機(jī)？ d 封裝：通過點(diǎn)膠,用環(huán)氧將LED管芯和焊線保護(hù)起來.在PCB板上點(diǎn)膠,對(duì)固化后膠體形狀有嚴(yán)格要求,這直接關(guān)系到背光源成品的岀光亮度.這道工序

2、還將承當(dāng)點(diǎn)熒光粉白光LED的任務(wù).e焊接：如果背光源是采用S MD-LED或其它已封裝的LED,那么在裝配工藝之前,需要將LED焊接到PC B板上.f 切膜：用沖床模切背光源所需的各種擴(kuò)散膜、反光膜等.？ g裝配：根據(jù)圖紙要求,將背光源的各種材料手工安裝正確的位置.h測(cè)試：檢查背光源光電參數(shù)及岀光均勻性是否良好.包裝:將成品按要求包裝、入庫.二、封裝工藝1. LE D的封裝的任務(wù) ？是將外引線連接到LED芯片的電極上,同時(shí)保護(hù)好L ED芯片,并且起到提升光取岀效率的作用.關(guān)鍵工序有裝架、 壓焊、封裝.2. LED封裝形式LED封裝形式可以說是五花八門,主要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合采用相應(yīng)的外形尺寸,

3、散熱對(duì)策和出光效果.LED按封裝形式分類有 Lamp- LED TOP- LED Si d e- L ED SMD-LED High - Po wer-LED 等.3. LED封裝工藝流程4 封裝工藝說明1.芯片檢驗(yàn)鏡檢:材料外表是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)麻坑lock h ill ?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2 .擴(kuò)片由于L ED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.我們采用擴(kuò)片機(jī)對(duì)黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張,是LED芯片的間距拉伸到約 0. 6mm也可以采用手工擴(kuò)張,但很容易造成芯片掉落浪費(fèi)等不良問題.3.點(diǎn)膠在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠.

4、對(duì)于GaAs S iC導(dǎo)電襯底,具有反面電極的紅光、黃光、黃綠芯片 ,采用銀膠.對(duì)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.工藝難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的限制,在膠體高度、點(diǎn)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(shí)間都是工藝上必須注意的事項(xiàng).4. 備膠和點(diǎn)膠相反,備膠是用備膠機(jī)先把銀膠涂在LED反面電極上,然后把背部帶銀膠的LED安裝在LE D支架上.備膠的效率遠(yuǎn)高于點(diǎn)膠 ,但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝.5. 手工刺片將擴(kuò)張后LE D芯片備膠或未備膠安置在刺片臺(tái)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(gè)一個(gè)

5、刺到相應(yīng)的位置上.手工刺片和自動(dòng)裝架相比有一個(gè)好處,便于隨時(shí)更換不同的芯片,適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品.6. 自動(dòng)裝架自動(dòng)裝架其實(shí)是結(jié)合了沾膠 點(diǎn)膠和安裝芯片兩大步驟,先在LED支架上點(diǎn)上銀膠絕緣膠,然后用真空吸嘴將LE D芯片吸起移動(dòng)位置, 再安置在相應(yīng)的支架位置上.自動(dòng)裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程,同時(shí)對(duì)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,預(yù)防對(duì)LE D芯片外表的損傷,特別是蘭、綠色芯片必須用膠木的.由于鋼嘴會(huì)劃傷芯片外表的電流擴(kuò)散層.7 .燒結(jié)燒結(jié)的目的是使銀膠固化,燒結(jié)要求對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控,預(yù)防批次性不良.？銀膠燒結(jié)的溫度一般限制在 150C,燒結(jié)時(shí)間2

6、小時(shí).根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整到1 7 0C, 1小時(shí).？絕緣膠一般150C,1小時(shí).銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時(shí)或1小時(shí)翻開更換燒結(jié)的產(chǎn)品,中間不得隨意翻開.燒結(jié)烘箱不得再其他用途,預(yù)防污染.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的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種.右圖是鋁絲壓焊的過程,先在LED芯片電極上壓上第一點(diǎn),再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方,壓上第二點(diǎn)后扯斷鋁絲.金絲球焊過程那么在壓第一點(diǎn)前先燒個(gè)球,其余過程類似.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(diǎn)形狀,拉力. ？對(duì)壓焊工藝的深入研究涉及到多方面

7、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(yùn)動(dòng)軌跡等等.下列圖是同等條件下,兩種不 同的劈刀壓岀的焊點(diǎn)微觀照片,兩者在微觀結(jié)構(gòu)上存在差異,從而影響著產(chǎn)品質(zhì)量.我們?cè)谶@里不再累述.9. 點(diǎn)膠封裝L ED的封裝主要有點(diǎn)膠、灌封、模壓三種.根本上工藝限制的難點(diǎn)是氣泡、多缺料、黑點(diǎn).設(shè)計(jì)上主要是對(duì)材料的選型,選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架.一般的L ED無法通過氣密性試驗(yàn)如右圖所示的TOP-LE D和Side-LED適用點(diǎn)膠封裝.手動(dòng)點(diǎn)膠封裝對(duì)操作水平要求很高特別是白光LE D,主要難點(diǎn)是對(duì)點(diǎn)膠量的限制,由于環(huán)氧在使用過程中會(huì)變稠.白光LED的點(diǎn)膠還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致岀光色差的問題.

8、10 .灌膠封裝？La mp-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.11 模壓封裝將壓焊好的L ED支架放入模具中,將上下兩副模具用液壓機(jī)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(gè) LED成型槽中并固化.1 2.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135C,1小時(shí).模壓封裝一般在 1 5 0C,4分鐘.1 3 .后固化后固化是為了讓環(huán)氧充分固化,同時(shí)對(duì)L ED進(jìn)行熱老化.后固化對(duì)于提升環(huán)氧與支架PCB 的粘接強(qiáng)度

9、非常重要.一般條件為12O'C,4小時(shí).14. 切筋和劃片?由于LED在生產(chǎn)中是連在一起的不是單個(gè)丄amp封裝LED采用切筋切斷L ED支架的連筋.SMD - L ED那么是在一片P CB板上,需要?jiǎng)?片機(jī)來完成別離工作.15. 測(cè)試?測(cè)試LE D的光電參數(shù)、檢驗(yàn)外形尺寸,同時(shí)根據(jù)客戶要求對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行分選.1 6.包裝將成品進(jìn)行計(jì)數(shù)包裝.超高亮LED需要防靜電包裝.LE D封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)：1引言LED是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能的發(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)牢固,抗沖擊,耐振動(dòng),性能穩(wěn)定可靠,重量輕,體積小,本錢低等一系列

10、特性,開展突飛猛進(jìn),現(xiàn)已能批量生產(chǎn)整個(gè)可見光譜段各種顏色 的高亮度、高性能產(chǎn)品.國產(chǎn)紅、綠、橙、黃的LED產(chǎn)量約占世界總量的12%, “十五期間的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)是到達(dá)年產(chǎn)300億只的水平,實(shí)現(xiàn)超高亮度AiGs 1 nP的L E D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G aN材料的關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)藍(lán)、 綠、白的LED的中批量生產(chǎn).據(jù)預(yù)測(cè),到2005年國際上L ED的市場(chǎng)需求量約為2000億只,銷售額達(dá)80 0億美元.在LED產(chǎn)業(yè)鏈接中,上游是L ED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、高可靠的

11、封裝技術(shù)是新型LED走向?qū)嵱谩⒆呦蚴袌?chǎng)的產(chǎn)業(yè)化必經(jīng)之路,從某種意義上講是鏈接產(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,才能為顧客提供效勞,使產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)環(huán)相扣,無縫暢通.2 L ED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)根底上開展與演變而來的,但卻有很大的特殊性.一般情況下,分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi),封裝的作用主要是保護(hù)管芯和完成電氣互連.而LED封裝那么是完成輸岀電信號(hào),保護(hù)管芯正常工作,輸岀：可見光的功能,既有電參數(shù),又有光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求,無法簡(jiǎn)單地將分立器件的封裝用于LEDLED的核心發(fā)光局部是由p型和 n型半導(dǎo)體構(gòu)成的pn結(jié)管芯,當(dāng)注入pn結(jié)

12、的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí) ,就會(huì)發(fā)岀可見光,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)射有相同的幾率 ,因此,并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來,這主要取 決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料,應(yīng)用要求提升LED的內(nèi)、外部量子效率.常規(guī)5 m型LED封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上,管芯的正極通過球形接觸點(diǎn)與金絲,鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相連,負(fù)極通過反射杯和引線架的另一管腳相連,然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封.反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光,向期望的方向角內(nèi)發(fā)射.頂部包封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀,有這樣幾種作用

13、：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,限制光的發(fā)散角；管芯折射率與空氣折射率相關(guān)太大,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,大局部易在管芯內(nèi)部經(jīng)屢次反射而被吸收,易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失,選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹脂作過渡,提升管芯的光出射效率.用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性,絕緣性,機(jī)械強(qiáng)度,對(duì)管芯發(fā)岀光的折射率和透射率高.選擇不同折射率的封裝材料,封裝幾何形狀對(duì)光子逸岀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)、光輸岀方式、封裝透鏡所用材質(zhì)和形狀有關(guān).假設(shè)采用尖形 樹脂透鏡,可使光集中到 LED的軸線方向

14、,相應(yīng)的視角較??；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型,其相應(yīng)視角將增大.一般情況下,LED的發(fā)光波長隨溫度變化為 0. 2-0 . 3 nm/C,光譜寬度隨之增加,影響顏色鮮艷度.另外,當(dāng)正向電流流經(jīng)pn結(jié),發(fā)熱性 損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升,在室溫附近,溫度每升高1C,L ED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)地減少 1 %左右,封裝散熱；時(shí)保持色純度與發(fā)光強(qiáng)度非常重 要,以往多采用減少其驅(qū)動(dòng)電流的方法,降低結(jié)溫,多數(shù)LED的驅(qū)動(dòng)電流限制在 20 m A左右.但是,LED的光輸出會(huì)隨電流的增大而增加,目前,很多功率型 LED的驅(qū)動(dòng)電流可以到達(dá)7 0mA 1 00 mA甚至1A級(jí),需要改良封裝結(jié)構(gòu),全新的 LED封裝設(shè)計(jì)

15、理念和低熱阻封裝 結(jié)構(gòu)及技術(shù),改善熱特性.例如,采用大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu),選用導(dǎo)熱性能好的銀膠,增大金屬支架的外表積,焊料凸點(diǎn)的硅載體直接裝在熱沉上等方法.此外,在應(yīng)用設(shè)計(jì)中, PCB線路板等的熱設(shè)計(jì)、導(dǎo)熱性能也十分重要.進(jìn)入21世紀(jì)后,L ED的高效化、超高亮度化、全色化不斷開展創(chuàng)新,紅、橙LED光效已到達(dá)1001m/W ,綠LED為5 01m/W ,單只LE D的光通量也到達(dá)數(shù)十Im.LED芯片和封裝不再沿龔傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與制造生產(chǎn)模式,在增加芯片的光輸岀方面,研發(fā)不僅僅限于改變材料內(nèi)雜質(zhì)數(shù)量,晶格缺陷和位錯(cuò)來提升內(nèi)部效率,同時(shí),如何改善管芯及封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu),增強(qiáng)LED內(nèi)部產(chǎn)生光子岀射的幾率,

16、提升光效,解決散熱,取光和熱沉優(yōu)化設(shè)計(jì),改良光學(xué)性能,加速外表貼裝化SMD進(jìn)程更是產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的主流方向.3產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)類型自上世紀(jì)九十年代以來 丄ED芯片及材料制作技術(shù)的研發(fā)取得多項(xiàng)突破,透明襯底梯形結(jié)構(gòu)、紋理外表結(jié)構(gòu)、芯片倒裝結(jié)構(gòu),商品化的超高亮度1 cd以上紅、橙、黃、綠、藍(lán)的 LE D產(chǎn)品相繼問市,如表1所示,20 0 0年開始在低、中光通量的特殊照明中獲得應(yīng)用.LED的上、中游產(chǎn)業(yè)受到前所未有的重視,進(jìn)一步推動(dòng)下游的封裝技術(shù)及產(chǎn)業(yè)開展,采用不同封裝結(jié)構(gòu)形式與尺寸,不同發(fā)光顏色的管芯及其雙色、或三色組合方式,可生產(chǎn)岀多種系列,品種、規(guī)格的產(chǎn)品.L ED產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)的類型如表 2所示,也有

17、根據(jù)發(fā)光顏色、芯片材料、發(fā)光亮度、尺寸大小等情況特征來分類的.單個(gè)管芯一般構(gòu)成點(diǎn)光 源,多個(gè)管芯組裝一般可構(gòu)成面光源和線光源,作信息、狀態(tài)指示及顯示用,發(fā)光顯示器也是用多個(gè)管芯,通過管芯的適當(dāng)連接包括串聯(lián)和并聯(lián)與適宜的光學(xué)結(jié)構(gòu)組合而成的,構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段和發(fā)光點(diǎn).外表貼裝LED可逐漸替代引腳式 LED,應(yīng)用設(shè)計(jì)更靈活,已在LED顯示市場(chǎng)中占有一定的份額,有加速開展趨勢(shì).固體照明光源有局部產(chǎn)品上市,成為今后LED的中、長期開展方向.4引腳式封裝L ED腳式封裝采用引線架作各種封裝外型的引腳,是最先研發(fā)成功投放市場(chǎng)的封裝結(jié)構(gòu),品種數(shù)量繁多,技術(shù)成熟度較高,封裝內(nèi)結(jié)構(gòu)與反射層仍在不斷改良.標(biāo)準(zhǔn)

18、 LED被大多數(shù)客戶認(rèn)為是目前顯示行業(yè)中最方便、最經(jīng)濟(jì)的解決方案,典型的傳統(tǒng)L E D安置在能承受0.1W輸入功率的包封內(nèi),其90%的熱量是由負(fù)極的引腳架散發(fā)至PCB板,再散發(fā)到空氣中,如何降低工作時(shí)p n結(jié)的溫升是封裝與應(yīng)用必須考慮的.包封材料多采用高溫固化環(huán)氧樹脂 ,其光性能優(yōu)良,工藝適應(yīng)性好,產(chǎn)品可靠性高,可做成有色透明或無色透明和有色散射或無色散射的透 鏡封裝,不同的透鏡形狀構(gòu)成多種外形及尺寸,例如,圓形按直徑分為 2mm3mm4.4mm、5m m7mm等數(shù)種,環(huán)氧樹脂的不同組份可產(chǎn)生不同的發(fā)光效果.花色點(diǎn)光源有多種不同的封裝結(jié)構(gòu)：陶瓷底座環(huán)氧樹脂封裝具有較好的工作溫度性能,引腳可彎曲

19、成所需形 狀,體積??；金屬底座塑料反射罩式封裝是一種節(jié)能指示燈,適作電源指示用；閃爍式將C M振蕩電路芯片與LED管芯組合封裝,可自行產(chǎn)生較強(qiáng)視覺沖擊的閃爍光；雙色型由兩種不同發(fā)光顏色的管芯組成,封裝在同一環(huán)氧樹脂透鏡中,除雙色外還可獲得第三種的混合色 ,在大屏幕顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛 ,并可封裝組成雙色顯示器件； 電壓型將恒流源芯片與 LED管芯組合封裝,可直接替代524V的各種 電壓指示燈.面光源是多個(gè) LED管芯粘結(jié)在微型PCB板的規(guī)定位置上,采用塑料反射框罩并灌封環(huán)氧樹脂而形成,PC B板的不同設(shè)計(jì)確定外引線排列和連接方式,有雙列直插與單列直插等結(jié)構(gòu)形式.點(diǎn)、面光源現(xiàn)已開發(fā)岀數(shù)百種封

20、裝外形及尺寸,供市場(chǎng)及客戶適用.L ED發(fā)光顯示器可由數(shù)碼管或米字管、符號(hào)管、矩陳管組成各種多位產(chǎn)品,由實(shí)際需求設(shè)計(jì)成各種形狀與結(jié)構(gòu).以數(shù)碼管為例,有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結(jié)構(gòu),連接方式有共陽極和共陰極兩種,一位就是通常說的數(shù)碼管,兩位以上的一般稱作顯示器.反射罩式具有字型大,用料省,組裝靈活的混合封裝特點(diǎn),一般用白色塑料制作成帶反射腔的七段形外殼,將單個(gè)LED管芯粘結(jié)在與反射罩的七個(gè)反射腔互相對(duì)位的 PCB板上 ,每個(gè)反射腔底部的中央位置是管芯形成的發(fā)光區(qū),用壓焊方法鍵合引線,在反射罩內(nèi)滴人環(huán)氧樹脂, 與粘好管芯的P CB板對(duì)位粘合,然后固化即成.反射罩式又分為空封和實(shí)封

21、兩種,前者采用散射劑與染料的環(huán)氧樹脂,多用于單位、雙位器件；后者上蓋濾色片與勻光膜,并在管芯與底板上涂透明絕緣膠,提升岀光效率,一般用于四位以上的數(shù)字顯示.單片集成式是在發(fā)光材料晶片上制作大量七段數(shù)碼顯示器圖形管芯,然后劃片分割成單片圖形管芯,粘結(jié)、壓焊、封裝帶透鏡俗稱魚眼透鏡的外殼.單條七段式將已制作好的大面積 LED芯片,劃割成內(nèi)含一只或多只管芯的發(fā)光條,如此同樣的七條粘結(jié)在數(shù)碼字形的可伐架上,經(jīng)壓焊、環(huán)氧樹脂封裝構(gòu)成.單片式、單條式的特點(diǎn)是微小型化,可采用雙列直插式封裝,大多是專用產(chǎn)品.LED光柱顯示器在10 6 mm長度的線路板上安置10 1只管芯最多可達(dá)2 01只管芯,屬于高密度封裝

22、,利用光學(xué)的折射原理,使點(diǎn)光源通過透明罩殼的13- 15條光柵成像,完成每只管芯由點(diǎn)到線的顯示,封裝技術(shù)較為復(fù)雜.半導(dǎo)體pn結(jié)的電致發(fā)光機(jī)理決定 LED不可能產(chǎn)生具有連續(xù)光譜的白光 ,同時(shí)單只LED也不可能產(chǎn)生兩種以上的高亮度單色光,只能在圭寸裝時(shí)借助熒光物質(zhì),藍(lán)或紫外 LED管芯上涂敷熒光粉,間接產(chǎn)生寬帶光譜,合成白光；或采用幾種兩種或三種、多種發(fā)不同色光的管芯封裝 在一個(gè)組件外殼內(nèi),通過色光的混合構(gòu)成白光 L ED.這兩種方法都取得實(shí)用化,日本2 000年生產(chǎn)白光LED達(dá)1億只,開展成一類穩(wěn)定地發(fā) 白光的產(chǎn)品,并將多只白光LED設(shè)計(jì)組裝成對(duì)光通量要求不高,以局部裝飾作用為主,追求新潮的電光

23、源.5 外表貼裝封裝在2 002年,外表貼裝封裝的 LE DSMD LED逐漸被市場(chǎng)所接受,并獲得一定的市場(chǎng)份額,從引腳式封裝轉(zhuǎn)向 SMD符合整個(gè)電子行業(yè)開展大趨勢(shì),很多生產(chǎn)廠商推岀此類產(chǎn)品.早期的SMD L ED大多采用帶透明塑料體的 SOT-2 3改良型,外形尺寸3 . 04X 1. 11mm卷盤式容器編帶包裝.在 SOT-2 3根底上,研 發(fā)出帶透鏡的高亮度 SMD勺SLM-1 2 5系列,S LM-245系列LED,前者為單色發(fā)光,后者為雙色或三色發(fā)光. 近些年,S MD LE D成為一個(gè) 開展熱點(diǎn),很好地解決了亮度、視角、平整度、可靠性、一致性等問題,采用更輕的PCB板和反射層材料,

24、在顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少,并去除較重的碳鋼材料引腳,通過縮小尺寸,降低重量,可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半,最終使應(yīng)用更趨完美,尤其適合戶內(nèi),半戶外全彩顯示屏應(yīng)用.表3示岀常見的SMD L E D的幾種尺寸,以及根據(jù)尺寸加上必要的間隙計(jì)算岀來的最正確觀視距離.焊盤是其散熱的重要渠道,廠商提供的S MD LED的數(shù)據(jù)都是以4 .OX 4.0mm的焊盤為根底的,采用回流焊可設(shè)計(jì)成焊盤與引腳相等.超高亮度LED產(chǎn)品可采用PLCC 塑封帶引線片式載體-2封裝,外形尺寸為3. 0X2. 8mm通過獨(dú)特方法裝配高亮度管芯,產(chǎn)品熱阻為4 00K/V,可按CEC C方式焊接,其發(fā)光強(qiáng)度在50mA驅(qū)動(dòng)電流

25、下達(dá)1 2 50mcd七段式的一位、兩位、三位和四位數(shù)碼SMD LE D顯示器件的字符高度為5 .08- 12. 7mm ,顯示尺寸選擇范圍寬°PL CC封裝預(yù)防了引腳七段數(shù)碼顯示器所需的手工插入與引腳對(duì)齊工序,符合自動(dòng)拾取一貼裝設(shè)備的生產(chǎn)要求,應(yīng)用設(shè)計(jì)空間靈活,顯示鮮艷清楚.多色P LCC封裝帶有一個(gè)外部反射器,可簡(jiǎn)便地與發(fā)光管或光導(dǎo)相結(jié)合,用反射型替代目前的透射型光學(xué)設(shè)計(jì),為大范圍區(qū)域提供統(tǒng)一的照明,研發(fā)在3. 5 V 1A驅(qū)動(dòng)條件下工作的功率型 SMD L ED封裝.6功率型封裝LED芯片及封裝向大功率方向開展,在大電流下產(chǎn)生比 5m mLE D大1 0 -20倍的光通量,必須

26、采用有效的散熱與不劣化的封裝材料解決光 衰問題,因此,管殼及封裝也是其關(guān)鍵技術(shù),能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn).5W系列白、綠、藍(lán)綠、藍(lán)的功率型LED從 20 0 3年初開始供貨,白光LED光輸出達(dá)187 1 m,光效44. 31m/W綠光衰問題,開發(fā)出可承受 10砂率的L ED ,大面積管；匕尺寸為 2.5 X2. 5mm, 可在5A電流下工作,光輸出達(dá) 200 1 m作為固體照明光源有很大開展空間.Lu x e on系列功率L ED是將A1GalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點(diǎn)的硅載體上,然后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉與管殼中,鍵合引線進(jìn)行封裝.這種封裝對(duì)于取光效率,散熱性能

27、,加大工作電流密度的設(shè)計(jì)都是最正確的.其主要特點(diǎn)：熱阻低,一般僅為14C/W ,只有常規(guī)L ED的1/ 10;可靠性高,封裝內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體,在40-12 O'C范圍,不會(huì)因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,使金絲與引線框架斷開,并預(yù)防環(huán)氧樹脂透鏡變黃,引線框架也不會(huì)因氧化而玷污；反射杯和透鏡的最正確設(shè)計(jì)使輻射圖樣可控和光學(xué)效率最高.另外,其輸岀光功率,外量子效率等性能優(yōu)異,將LED固體光源開展到一個(gè)新水平.Norl ux系列功率LED的封裝結(jié)構(gòu)為六角形鋁板作底座 使其不導(dǎo)電的多芯片組合,底座直徑31 . 7 5mm發(fā)光區(qū)位于其中央部位,直徑約 0.375 X 2 5.4mm,可容納40只

28、LE D管芯,鋁板同時(shí)作為熱沉.管芯的鍵合引線通過底座上制作的兩個(gè)接觸點(diǎn)與正、負(fù)極連接,根據(jù)所需 輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數(shù)目,可組合封裝的超高亮度的 AlGaInN和Al GaInP管芯,其發(fā)射光分別為單色, 彩色或合成的白色,最后用高折射率的材料按光學(xué)設(shè)計(jì)形狀進(jìn)行包封.這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝,取光效率高,熱阻低,較好地保護(hù)管 芯與鍵合引線,在大電流下有較高的光輸岀功率,也是一種有開展前景的LED固體光源.在應(yīng)用中,可將已封裝產(chǎn)品組裝在一個(gè)帶有鋁夾層的金屬芯PCB板上,形成功率密度L ED PCB板作為器件電極連接的布線之用, 鋁芯夾層那么可作熱沉使用,獲得較高的發(fā)

29、光通量和光電轉(zhuǎn)換效率. 此外,封裝好的SMD LED體積很小,可靈活地組合起來,構(gòu)成模塊型、導(dǎo)光板型、 聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源.功率型LED的熱特性直接影響到 LED的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長、使用壽命等,因此,對(duì)功率型L ED芯片的封裝設(shè)計(jì)、制造技術(shù)更顯得尤為重要.7 LED開展及應(yīng)用前景近幾年,LED的發(fā)光效率增長100倍,本錢下降1 0倍,廣泛用于大面積圖文顯示全彩屏,狀態(tài)指示、標(biāo)志照明、信號(hào)顯示、液晶顯示器的背光源,汽車組合尾燈及車內(nèi)照明等等方面,其開展前景吸引全球照明大廠家都先后參加LED光源及市場(chǎng)開發(fā)中.極具開展與應(yīng)用前景的是白光LED,用作固體照明器件的經(jīng)濟(jì)性顯著

30、,且有利環(huán)保,正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈,世界年增長率在20%以上,美、日、歐及中國臺(tái)灣省均推出了半導(dǎo)體照明方案.目前,普通白光LED發(fā)光效率2 51m/W,專家預(yù)計(jì)200 5年可能超過3001m/W功率型LED優(yōu)異的散熱特性與光學(xué)特性更能適應(yīng)普通照明領(lǐng)域,被學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為是LED進(jìn)入照明市場(chǎng)的必由之路.為替代熒光燈、白光LED必須具有1502 0 0 1m/W的光效,且每I m的價(jià)格應(yīng)明顯低于 0 . 015/lm(現(xiàn)價(jià)約0. 2 5$/I m,紅LED為0. 06 5 / I m),要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)仍有很多 技術(shù)問題需要研究,但克服解決這些問題并不是十分遙遠(yuǎn)的事.按固體發(fā)光物理學(xué)原理,L E

31、D的發(fā)光效率能近似100%因此,LED被譽(yù)為21世紀(jì)新光源,有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源.8結(jié)束語國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)中有20余家上、中游研制及生產(chǎn)單位和150余家后道封裝企業(yè),高端封裝產(chǎn)品還未見推向市場(chǎng).目前,完成G血基藍(lán)綠光LED中游工藝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究,力爭(zhēng)在短期內(nèi)使產(chǎn)品的性能指標(biāo)到達(dá)國外同時(shí)期同類產(chǎn)品的水平,力爭(zhēng)在較短時(shí)間內(nèi)到達(dá)月產(chǎn)1 0 k k的生產(chǎn)水平,開發(fā)白光照明光源用的功率型LED芯片等新產(chǎn)品.科技部將投入8 000萬元資金,啟動(dòng)國家半導(dǎo)體照明工程,注意終端產(chǎn)品,先從特種產(chǎn)品做起,以汽車、城市景觀照明作為市場(chǎng)突破口,把大功率、高亮度LED放在突岀位置,它的

32、成果將要效勞于北京奧運(yùn)會(huì)和上海世博會(huì).無庸質(zhì)疑,產(chǎn)業(yè)鏈中的襯底、外延、芯片、封裝、應(yīng)用需共同開展,多方互動(dòng)培植,封裝是產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下局部,需要關(guān)注與重視.高亮度L ED之封裝光通原理技術(shù)分析：編者按：毫無疑問的,這個(gè)世界需要高亮度發(fā)光二極管 (Hi gh Brightness Li gh t-E m i t ti ng D i o de; HB L ED),不僅是高亮度的白光 LED ( H B WLD),也包括高亮度的各色L ED,且從現(xiàn)在起的未來更是積極努力與需要超高亮度的L ED ( Ultra High B r ightnes s L ED ,簡(jiǎn)稱:UHD LED).用L ED背光取

33、代手持裝置原有的EL背光、C CFL背光,不僅電路設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔容易,且有較高的外力抗受性.用LED背光取代液晶電視原有的 CCF L背光,不僅更環(huán)保而且顯示更逼真亮麗.用LED照明取代白光燈、鹵素?zé)舻日彰?不僅更光亮省電,使用也更長效,且點(diǎn)亮反響更快,用于煞車燈時(shí)能減少后車追撞率.所以,LED從過去只能用在電子裝置的狀態(tài)指示燈,進(jìn)步到成為液晶顯示的背光,再擴(kuò)展到電子照明及公眾顯示,如車用燈、交通號(hào)志燈、看板訊息跑馬燈、大型影視墻,甚至是投影機(jī)內(nèi)的照明等,其應(yīng)用仍在持續(xù)延伸.更重要的是,LED的亮度效率就如同摩爾定律(Moore' s L aw)樣,每24個(gè)月提升一倍,過去認(rèn)為白光LED只

34、能用來取代過于耗電的白熾燈、鹵素?zé)?即發(fā)光效率在103 0l m /W內(nèi)的層次,然而在白光L ED突破60 1 m/W甚至達(dá)1001m/ W后,就連熒光燈、高壓氣體放電燈等也開始感受到威脅.雖然LED持續(xù)增強(qiáng)亮度及發(fā)光效率,但除了最核心的熒光質(zhì)、混光等專利技術(shù)外,對(duì)封裝來說也將是愈來愈大的挑戰(zhàn),且是雙重難題的挑戰(zhàn),一方面封裝必須讓 LED有最大的取光率、最高的光通量,使光折損降至最低,同時(shí)還要注重光的發(fā)散角度、光均性、與導(dǎo)光板的搭配性.另一方面,封裝必須讓LED有最正確的散熱性,特別是 HB (高亮度)幾乎意味著 HP(Hig h P owe r,高功率、高用電),進(jìn)岀LED的電流值持續(xù)在增大

35、,倘假設(shè)不能良善散熱,那么不僅會(huì)使LED的亮度減弱,還會(huì)縮短L ED的使用壽命.所以,持續(xù)追求高亮度的LED,其使用的封裝技術(shù)假設(shè)沒有對(duì)應(yīng)的強(qiáng)化提升,那么高亮度表現(xiàn)也會(huì)因此打折,因此本文將針對(duì)HB LE D的封裝技術(shù)進(jìn)行更多討論,包括光通方面的討論,也包括熱導(dǎo)方面的討論.附注：大陸方面稱為發(fā)光二極管.？附注：一般而言,HB L ED多指81m /W (每瓦8流明)以上的發(fā)光效率.？附注：一般而言,H P L ED多指用電1W(瓦)以上,功耗瓦數(shù)以順向?qū)妷撼艘皂樝驅(qū)娏? Vf XI f ,f = forw a rd )求 得.裸晶層：量子井、多量子井提升光轉(zhuǎn)效率雖然本文主要在談?wù)?LED

36、封裝對(duì)光通量的強(qiáng)化,但在此也不得不先說明更深層核心的裸晶局部,畢竟裸晶結(jié)構(gòu)的改善也能使光通量大幅提升.熱能并消散掉廢熱,而提升此一轉(zhuǎn)換效率的重點(diǎn)就在p-n接面p -n j u ncti. o n上,p-n接面是L E D主要的發(fā)光發(fā)熱位置,透過p- n接面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改變可提升轉(zhuǎn)化效率.EC2d11B11|<11Fg 11QW;energy gap11.4_ zVBThh1AIGaAsGaAsAIGaAsA Quantum Well Structure?量子井Qu antum W l 1; QW的結(jié)構(gòu)圖.郭長佑制圖關(guān)于此,目前多是在p-n接面上開鑿量子井Quantum Wel 1； Q,以

37、此來提升用電轉(zhuǎn)換成光能的比例,更進(jìn)一步的也 將朝更多的開鑿數(shù)來努力,即是多量子井M u 1t ip 1 e Quan tu m We ll;M Q W技術(shù).裸晶層：換料改構(gòu)、光透光折拉高岀光效率如果光轉(zhuǎn)效率難再要求,進(jìn)一步的就必須從出光效率的層面下手,此層面的作法相當(dāng)多,依據(jù)不同的化合材料也有不同,目前HB LE D較常使用的兩種化合材料是 AIGalnP及G aN/I nGaN,前者用來產(chǎn)生高亮度的橘紅、橙、黃、綠光,后者GaN用來產(chǎn)生綠、翠綠、藍(lán)光,以及用I nG aN產(chǎn)生近紫外線、藍(lán)綠、藍(lán)光.至于作法有哪些？這包括改變實(shí)體幾何結(jié)構(gòu)橫向轉(zhuǎn)成垂直、換用基板substrat e ,也稱：襯底的

38、材料、參加新的材料層、改變材料層的接合方式、不同的材料外表處理等.不過,無論如何變化,大體都不脫兩個(gè)要那么：一、降低遮蔽、增加光透率.二、強(qiáng)化光折射、反射的利用率.舉例來說,過去AlGa In P的LED,其基板所用的材料為 GaAs ,然黑色外表的GaAs使 p-n接面散發(fā)出的光有一半被遮擋 吸收,造成光能的浪費(fèi),因此改用透明的GaP材料來做基板.又如日本日亞化學(xué)工業(yè)N ichi a在Ga N的LED中 ,將p型電極p type局部做成網(wǎng)紋狀Mesh P at te rn ,以此來增加p極的透明度,減少光阻礙同時(shí)提升光透量.至于增加折反射上,在 AlGaInP的結(jié)構(gòu)中增加一層 DBRDist

39、r i bu te d Bragg Refl ecto r反射層,將另一邊的 光源折向同一邊.GaN方面那么將基板材料換成藍(lán)寶石 Sap p hire,A12 03三氧化二鋁來增加反射,同時(shí)將基板表 面設(shè)計(jì)成凹凸紋狀,藉此增加光反射后的散射角度,進(jìn)而使取光率提升.或如德國歐司朗OSRAM使用SiC材料的基板,并將基板設(shè)計(jì)成斜面,也有助于增加反射,或參加銀質(zhì)、鋁質(zhì)的金屬鏡射層.最左為最根底標(biāo)準(zhǔn)的即是用HB LED所組構(gòu)成LED幾何結(jié)構(gòu),接著開始號(hào)志應(yīng)用,此為國內(nèi)工地外圍的交通方向指示燈?亮度提升的L ED已經(jīng)跨足到公眾場(chǎng)合的郭長佑攝影n、P四種元素化合而成.？附注：在一般的質(zhì)從GaAs換成Si.

40、圖片來源：晶元光電附注：Al Gal nP磷化鋁鎵銦也稱為四元發(fā)光材料,即是以Al、Ga圖形結(jié)構(gòu)解說時(shí),p-n接面也稱為發(fā)光層,emit t i n g layer或activ e 附注：除了減少光遮、增加反射外,有時(shí)換用不同技術(shù)的用意是在于躲避其它業(yè)者已申請(qǐng)的專利1 ayer、a cti v e re gionDBR后再參加電流局限Cur ren t B l ockingen c e全方位鏡面接合技術(shù),該技術(shù)也將基板材StandardOMADBR design Current btocWng + DBR二14-LOX :2.0 3皿 15-20 ImAW-301mA¥-50 Im/

41、W各種AlGaInP LE D的發(fā)光效能強(qiáng)化法,由左至右為技術(shù)先進(jìn)度的差異, 參加 DBR D is t r ib u ted Bra g g R ef l ecto r反射層,再來是有 技術(shù),而最右為晶元光電的0MA Orm i-direct i onal Mirror Adhe rStandardA TONNOTA對(duì)Ga N、I nG aN化合材料的LED而言,也有其自有的一套制程結(jié)構(gòu)光通強(qiáng)化法用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),200ThinGaNmirror contactcarrier,以德國0 SRAM來說,1999年還在使2年就進(jìn)展到 AT0 N結(jié)構(gòu),200 3年換成更佳的N0TA結(jié)構(gòu),2005年那么是

42、ThinGa N結(jié)構(gòu).圖片來源：晶元光電 封裝層：抗老化黃光、透光率保衛(wèi)戰(zhàn) 從裸晶層面努力增加光亮后,接著就正式從封裝層面接手,務(wù)使光通維持最高、光衰減至最少.要有高的流明保持率 仃r ansmi t ta n ce ,透光率、穿透率,以百分比單位表示,第一步是封裝材質(zhì),過去L ED最常用的 是環(huán)氧樹脂e pox y,不過環(huán)氧樹脂老化后會(huì)逐漸變黃因苯環(huán)成份,進(jìn)而影響光亮顏色,尤其波長愈低時(shí)老 化愈快,特別是局部WL ED使用近紫外線Ne ar u 1 travi ol et發(fā)光,與其它可見光相比其波長又更低,老化更快.新的提案是用硅樹脂s 11 icone換替環(huán)氧樹脂,例如美國Lumil ed

43、 s公司的L u x eon系列LED即是改采硅封膠.使用硅膠的不只是 Lumi l e d s Lu x eo n,其它業(yè)者也都有硅膠方案,如通用電氣.東芝G E Toshiba公司的InvisiSi 1,東麗.道康寧Dow Cori n g Toray 的SR 7 01 0等也都是L E D的硅膠封裝方案.硅膠除了對(duì)低波長有較佳的抗受性、較不易老化外,硅膠阻隔近紫外線使其不外泄也是對(duì)人體健康的一種保護(hù),此外硅膠的光透率、折射率、耐熱性都很理想,GE T o sh i b a的InvisiS i 1具有高達(dá)1.5 7. 5 3的折射率,波長范疇在350nm -8 00nm間的光透率達(dá)95%,

44、且波長低至300nm時(shí)仍有75%£ 0%的光透,或者與折射率進(jìn)行取舍,將折射率降至1.41,如此即便是300n m波長也能維持9 5%的光透性.同樣的,Do w Co r in g To ra y的SR 7010在4 0 5 nm波長以上時(shí)光透 率達(dá)9 9%,且硬化處理后折射率亦有1. 51,另外耐熱上也都能達(dá)18 0C -200 C的水準(zhǔn),關(guān)于熱的問題我們?cè)诖藭翰挥懻?此外,也有業(yè)者提出所謂的無樹脂封裝,即是用玻璃來作為外套保護(hù),或如日本京瓷Kyocer a提出的陶瓷封裝,都是為了抗老化而提岀,其中陶瓷也有較佳的耐熱效果. L um il ed s L i ghtin g公司的L

45、uxe on系列LED(lnG a N)的橫切面圖,從圖中可知一Lu xe on用硅封裝進(jìn)行裸晶 防護(hù),而非傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂.(圖片來源：L umi 1 eds .c om) ?% % %o u O2 0 8.10 1000 2000-*-5-mrn 6® 11D隨著使用時(shí)間的增長丄ED的光通量也會(huì)逐漸降低,WLE)指示燈,上方紅色線那么是高功率LED照明燈5(109 6000 7000 8000 9000 1M0C 時(shí)間(小時(shí))哥遼瞬I KI)圖中是兩個(gè)LED的壽命光通量曲線比擬, 下方藍(lán)色線為一般 5mm的(圖片來源 丄umi led s )附注:另一個(gè)加速環(huán)氧樹脂老化變黃的因素來

46、自溫度,高溫會(huì)加速老化封裝層：透鏡的透射反射杯的反射、折射前述的封裝主要在于保護(hù)LED裸晶,并在保護(hù)之余盡可能讓光熱忠實(shí)向外傳遞,接下來還是在封裝層面,不過不再是內(nèi)覆的Res in局部,而是外蓋的Lens局部.在用膠封裝完后,依據(jù)L ED的不同用途會(huì)有各種不同的接續(xù)作法,例如做成一個(gè)一個(gè)的獨(dú)立封裝組件,過去最典型的單 顆LED指示燈即是如此,另一種那么是將多個(gè)LED并成一個(gè)整體性組件,如七段顯示器、點(diǎn)陣型顯示器等.此外焊接腳位方面也有兩種區(qū)分,即穿孔技術(shù)(Through- Hole T echn o Io g y;TH T )及外表黏著技術(shù)(Su rf a c e- Mount Te chno

47、lo gy ; S MT).在此暫且不談?wù)撊杭缘钠叨物@示器、點(diǎn)陣型顯示器,而就逐一獨(dú)立、別離、離散性的封裝來說,也要因應(yīng)不同的應(yīng)用而有不同的封裝外觀,假設(shè)是與過往L ED相同是做為穿孔性焊接的狀態(tài)指示燈那么只要采行燈泡(L amp)型態(tài)的封裝(今日也多俗稱成炮彈型),即便確定是此型也還有透鏡型態(tài)( Lens Ty p e)的區(qū)別,如典型L amp卵橢圓Oval、超卵橢圓S up er Oval、平直Fla t等.而假設(shè)是外表黏著型,也有頂視Top V ie w 邊視Side Vie w、圓頂Do me等.為何要有各種不同的透鏡外型 ？其實(shí)也有各自的應(yīng)用需求,就一般而言,Lamp用來做指示燈號(hào)、Ov al用于戶外標(biāo)示或號(hào)志、Top Vi e w用來做直落式的背光、 Flat與Side View配合導(dǎo)光板(Guide P lat e:LGP )做側(cè)邊入光式的背光、 D ome做為小型照明燈泡、小型閃光燈等.外型不同、應(yīng)用不同,發(fā)光的可視角度(View Angle)也就不同,此局部也就再次考驗(yàn)封裝設(shè)計(jì),運(yùn)用不同的設(shè)計(jì)方式,可以獲得不同的發(fā)光角度、光強(qiáng)度、光通量,此方面常見的作法有四：中軸透鏡Axi