第三章 制作白光LED

第三章白光LED的制作白光LED的制作（封裝）

屬LED的中游產(chǎn)業(yè)

靠設(shè)備關(guān)于LED封裝白光就是有各種顏色光組成的，平常的太陽光，日光燈都屬于白光。LED的發(fā)展方向→所有的照明領(lǐng)域→白光是照明領(lǐng)域最重要的光源白光LED的重要性3.1制作白光LED3.2白光LED的可靠性及使用壽命3.3熒光粉3.4RGB三基色合成白光的制作本章內(nèi)容：白光LED的制作3.1制作白光LED一、制作白光LED的幾種方法（了解）二、涂覆YAG熒光粉工藝流程和制作方法（理解掌握）三、大功率白光LED的制作（了解）內(nèi)容一、制作白光LED的三種方法1、LED藍(lán)光芯片上涂覆YAG熒光粉2、LED紫外光芯片上涂覆RGB熒光粉3、RGB三基色混合基本原理在LED藍(lán)光芯片上涂覆YAG（yttriumaluminumgarnet，釔鋁石榴石）熒光粉，芯片發(fā)出的藍(lán)光激發(fā)熒光粉后可產(chǎn)生典型的500~560nm的黃綠光，黃綠光再與剩余的藍(lán)色光合成白光。1、LED藍(lán)光芯片上涂覆YAG熒光粉一、制作白光LED的幾種方法優(yōu)點(diǎn)：相當(dāng)簡單，便于實(shí)現(xiàn)且效率高，資金投入不太大，因此具有一定的實(shí)用性。缺點(diǎn)：是熒光粉與膠混合后，均勻性較難控制。由于熒光粉易沉淀，導(dǎo)致布膠不均勻、布膠量不好控制，因而造成出光均勻性差、色調(diào)一致性不好、色溫易偏離且顯色性不夠理想。

涂覆YAG黃綠熒光粉優(yōu)缺點(diǎn)一、制作白光LED的幾種方法基本原理這種方法利用紫外光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生三基色光來混合形成白光。2、LED紫外光芯片上涂覆RGB熒光粉

一、制作白光LED的幾種方法缺點(diǎn)：其出光效率較低，而且用于封裝的環(huán)氧樹脂在紫外光照射下易分解老化，從而使透光率下降。涂覆RGB熒光粉特點(diǎn)一、制作白光LED的幾種方法基本原理這種方法是將綠、紅、藍(lán)三種LED芯片組合，同時(shí)通電，然后將發(fā)出的綠光、紅光、藍(lán)光按一定比例混合成白光。紅、綠、藍(lán)的比例通常是3：6：1。（計(jì)算）藍(lán)光芯片加黃綠色的雙芯片補(bǔ)色來產(chǎn)生白光。

3、RGB三基色混合一、制作白光LED的幾種方法只要通過各色芯片的電流穩(wěn)定、散熱較好，那么這種方法產(chǎn)生的白光比上述產(chǎn)生的白光穩(wěn)定且制作簡單。光衰問題：驅(qū)動方法要考慮到不同芯片的光衰不一樣。采用不同的電流進(jìn)行補(bǔ)償，使之發(fā)出的光比例控制在3：6：1。這樣可以保持混合的白光穩(wěn)定，從而達(dá)到理想的效果。

RGB三基色混合特點(diǎn)一、制作白光LED的幾種方法二、涂覆YAG熒光粉的工藝流程和制作方法

藍(lán)光芯片與熒光粉匹配實(shí)驗(yàn)選擇：熒光粉比較儀1、選擇藍(lán)光芯片和熒光粉二、涂覆YAG熒光粉的工藝流程和制作方法根據(jù)芯片選擇膠，把LED芯片固定在支架上（或熱沉上）。L型電極的芯片：芯片是上、下各有一個電極。導(dǎo)熱導(dǎo)電膠。V型電極的芯片：上面有兩個電極，下面沒有電極，導(dǎo)熱絕緣膠。2、固定芯片二、涂覆YAG熒光粉的工藝流程和制作方法電極焊接方法：一般采用金絲球焊的可靠性較好。（專門設(shè)備完成：金絲球焊接機(jī)）力學(xué)：加在焊線上的壓力不要太大，一般是30~40g之間，壓力太大容易把電極打裂，而這種裂縫通過一般的顯微鏡都是看不見的，特別需要注意。3、電極焊線二、涂覆YAG熒光粉的工藝流程和制作方法烘烤次數(shù)：芯片放進(jìn)烘箱內(nèi)三四次。應(yīng)當(dāng)合理控制溫度：最好溫度不超過120℃。4、烘烤芯片二、涂覆YAG熒光粉的工藝流程和制作方法熒光粉和環(huán)氧樹脂調(diào)配：調(diào)配的濃度和數(shù)量都要根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)。特別強(qiáng)調(diào)：熒光粉和環(huán)氧樹脂一定要充分?jǐn)嚢杈鶆颉Ｔ邳c(diǎn)熒光粉的過程中，熒光粉不能沉淀，濃度要始終保持一致。5、涂覆熒光粉二、涂覆YAG熒光粉的工藝流程和制作方法熟練工人：目前生產(chǎn)白光LED的廠家，大多數(shù)是采用人工點(diǎn)熒光粉，點(diǎn)熒光粉的工人要經(jīng)過長期的培訓(xùn)，在掌握經(jīng)驗(yàn)后才能很好地完成這項(xiàng)工藝。效率低、產(chǎn)品一致性不易保證。6、點(diǎn)熒光粉的操作人員二、涂覆YAG熒光粉的工藝流程和制作方法7、粘膠機(jī)二、涂覆YAG熒光粉的工藝流程和制作方法7、點(diǎn)膠機(jī)二、涂覆YAG熒光粉的工藝流程和制作方法三、大功率白光LED的制作單芯片：1~3W的白光LED采用單芯片LED封裝成點(diǎn)光源。多芯片集成：而5W以上的大多數(shù)白光LED是由大功率藍(lán)光LED芯片集成的。10W以上大功率白光LED一般都直接集成在鋁基板或銅基板上，然后做成條狀或圓盤狀的面光源。三、大功率白光LED的制作W級功率白光LED的封裝有其特殊性用到熒光粉。功率大、發(fā)熱量大——同一般大功率封裝

所以,封裝時(shí)需考慮W級功率白光的三個通道1、W級功率白光LED的光、電、熱通道三、大功率白光LED的制作出光通道：封裝膠的材料和過渡層的折射率電流通道：封裝材料的熱脹冷縮系數(shù)選配好，特別是金絲能否經(jīng)受大電流的沖擊熱通道：固晶膠與共晶焊接,芯片與熱沉的接觸面積要大,散熱快注意:三種通道最好都是獨(dú)立的,不要共用,特別是電流通道和熱通道2、W級功率白光LED的光、電、熱問題三、大功率白光LED的制作W級功率白光LED的色溫分布是怎樣的？光強(qiáng)的分布情況是怎樣的？熱阻大小是多少？經(jīng)過一段時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮，它的光通量衰減曲線是怎樣的？色溫有什么變化？反向漏電有什么變化？3、評價(jià)W級功率白光LED的指標(biāo)三、大功率白光LED的制作3.2白光LED的可靠性及使用壽命

一旦光通量下降至初始值的50%后，或者色溫變化大，超過額定標(biāo)準(zhǔn)，則該光源的有效使用壽命終止，這段時(shí)間稱為光通量的半衰期，即該光源的半光衰壽命，簡稱白光LED的壽命。

白光LED的壽命1芯片良好的導(dǎo)熱性

2芯片抗靜電性能

3芯片抗浪涌電壓和電流等一、影響白光LED壽命的主要因素電路在遭雷擊和在接通、斷開電感負(fù)載或大型負(fù)載時(shí)常常會產(chǎn)生很高的操作過電壓，這種瞬時(shí)過電壓（或過電流）稱為浪涌電壓（或浪涌電流），是一種瞬變干擾。浪涌電壓(電流)返回1、封裝方法封裝材料:固晶膠(L/V)支架材料:銅/鐵2、Pn結(jié)的工作溫度

110~120度考慮長期工作的情況下，pn結(jié)盡量保持在100℃左

右。當(dāng)LED芯片內(nèi)結(jié)溫升高10℃時(shí)，光通量就會衰減1%，LED芯片發(fā)光的主波長就會漂移1～2nm

二、工藝流程對白光LED壽命的影響藍(lán)光LED芯片的衰減熒光粉衰減試驗(yàn)探究:（一）白光LED和藍(lán)光LED1、同等條件對比，發(fā)現(xiàn)白光衰減要比藍(lán)光衰減快。疑問：熒光粉？

三、引起白光LED快速衰減的主要原因兩種觀點(diǎn)2、白光色度坐標(biāo)LED向黃色調(diào)方向變化。否定：熒光粉3、藍(lán)光LED與白光LED光線在器件內(nèi)部行程對比。結(jié)論：熒光粉層附近的短波長輻射和熱量高度集中，造成環(huán)氧樹脂“黃變”白光LED快速衰減的主要原因（二）同一藍(lán)光芯片與不同的熒光粉激發(fā)光譜峰值波長為460nm+5nm，發(fā)射波長有540nm、550nm、560nm三種，光通量如圖所示結(jié)論：同一種藍(lán)光芯片激發(fā)不同雜質(zhì)的熒光粉，將導(dǎo)致發(fā)射不同的黃光波長，因而混合而成的白光也有不同的衰減。白光LED快速衰減的主要原因（三）同一種藍(lán)光芯片與同一種熒光粉涂在藍(lán)光芯片上厚度不同結(jié)論：涂得較厚的熒光粉比涂得較薄的熒光粉的芯片，其白光衰減較快，如圖所示。白光LED快速衰減的主要原因結(jié)論：引起白光衰減的原因有很多，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，然后用實(shí)驗(yàn)證實(shí)?！?.3熒光粉

全世界在該領(lǐng)域的專利申請總量已超過500件，其中90%是無機(jī)熒光粉材料。在LED熒光粉發(fā)明專利申請量中，紅色和綠色熒光粉均約占30%，藍(lán)色熒光粉接近20%，黃色熒光粉超過20%，白色熒光粉僅約為1%。從無機(jī)熒光材料發(fā)明專利申請量看，稀土（比如Ce3+）激活的石榴石熒光粉位居首位（約占26%），其次是鋁酸鹽或稀土激活的鋁酸鹽；接下來是硅酸鹽或稀土激活的（鹵）硅酸鹽等。

LED熒光粉及其制造技術(shù)領(lǐng)域發(fā)明專利排名第一位的是日本，其專利申請總量占據(jù)全世界的一半。我國大陸關(guān)于熒光粉的專利申請量排在世界第二；美國排名第三。熒光粉材料及其專利技術(shù)1.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。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。采用熒光粉薄膜式涂布可以解決上述問題：

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?yàn)闊晒夥鄣慕M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。二、調(diào)熒光粉三、YAG熒光粉制作白光LED的方法之一，是在藍(lán)光LED芯片外面涂覆熒光粉。具體的工藝是將發(fā)射光的波長主峰在450~470nm范圍內(nèi)的藍(lán)光LED芯片焊好后，在其表面涂覆稀土釔鋁石榴石（YAG）系列熒光粉。這種熒光粉在藍(lán)光輻射下會發(fā)射黃光，這樣，部分藍(lán)光轉(zhuǎn)變成黃光，和剩余的藍(lán)光混合而形成白光LED。

由于稀土釔鋁石榴石熒光粉有兩個特點(diǎn)：一是它的發(fā)射光的波長主峰在500~580nm范圍內(nèi)，即黃光區(qū)域的任意位置；二是它的最佳激發(fā)波長在430~480nm范圍內(nèi)的不同位置。因此，選用該系列熒光粉加上配有不同波長藍(lán)光的LED，就可以制備不同色溫的白光LED。

四、RGB熒光粉在紫光及紫外光激發(fā)的白光LED產(chǎn)品方面，飛利浦公司于1997年5月27日在美國申報(bào)了“UV（紫外光）led+熒光粉”發(fā)光裝置的發(fā)明專得。但是該專利沒有涉及具體的熒光粉的組成。

我國的有關(guān)單位已經(jīng)在2000年開始了紫光及紫外光激發(fā)的白光LED用熒光粉的研究，并于2001年6月分別在第五屆中韓雙邊新材料學(xué)術(shù)研討會和北京第四屆國3.4RGB三基色合成白光的制作LED中游產(chǎn)業(yè)LED的封裝LED的下游產(chǎn)業(yè)光學(xué)為電學(xué)提供參數(shù)內(nèi)容一、RGB三基色合成白光的制作原理二、RGB三基色合成白光制作注意事項(xiàng)一、RGB三基色合成白光的制作原理1、原理三個發(fā)射紅、綠、藍(lán)三基色的LED芯片，集成電路IC控制電流，調(diào)節(jié)通過三個RGBLED芯片的電流大小，從而使三個芯片的發(fā)光強(qiáng)度相應(yīng)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)三基色光混合比例隨之發(fā)生變化，這樣就可以產(chǎn)生多種變換的色彩。

可以合成三角形內(nèi)部所有的顏色，當(dāng)然包括白光。一、RGB三基色合成白光的制作原理2、三基色RGB混合白光的產(chǎn)品小功率白光：將三個紅、綠、藍(lán)芯片封裝在φ5mm~φ10mm的一個組件內(nèi)，固定接通電流。小功率彩色光：上面的結(jié)構(gòu)，加裝一個IC芯片，變換接通電流，彩色光。大功率白光：可做成W級大功率LED，將功率級芯片的紅、綠、藍(lán)三基色混合成白光。一、RGB三基色合成白光的制作原理引腳式白光LED一、RGB三基色合成白光的制作原理

3W白光LED燈一、RGB三基色合成白光的制作原理

3W白光LED燈一、RGB三基色合成白光的制作原理二、三基色合成白光注意事項(xiàng)1、主波長選擇問題（1）三色主波長范圍：紅光615-620mm，綠光530-540mm，藍(lán)光460-470nm。經(jīng)過試驗(yàn)選擇最佳的主波長配比，達(dá)到最佳光效。（2）四色：紅（635nm）、黃（580nm）、綠（525nm）、藍(lán)（460nm），可得到最佳的顯色指數(shù)（達(dá)95以上），光效可