微電子與光電子集成技術(shù)

1、發(fā)光二極管照明技術(shù)，吳貴祥，R&D日東精工設(shè)備部，第6章發(fā)光二極管封裝技術(shù)，6.1概述6.2發(fā)光二極管封裝方法6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)6.4功率發(fā)光二極管封裝關(guān)鍵技術(shù)6.5熒光粉溶液涂覆技術(shù)6.6密封膠膠體設(shè)計(jì)6.7散熱設(shè)計(jì)，6.1概述，1 .封裝發(fā)光二極管芯片的必要性只是一個(gè)小的固體，它的兩個(gè)電極只能在顯微鏡下才能看到，而且它在加入電流后會(huì)發(fā)光。在制造過(guò)程中，除了焊接發(fā)光二極管芯片的兩個(gè)電極以引出正電極和負(fù)電極之外，還需要保護(hù)發(fā)光二極管芯片和兩個(gè)電極。6.1概述，二。封裝功能研發(fā)低熱阻、優(yōu)異光學(xué)特性和高可靠性的封裝技術(shù)是新型發(fā)光二極管走向?qū)嵱没褪袌?chǎng)化的必由之路。發(fā)光二極管技術(shù)主要是在半導(dǎo)體

2、分離器件封裝技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展和演變的。將公共二極管管芯密封在封裝中起到保護(hù)芯片和完成電互連的作用。6.1概述，二。發(fā)光二極管的封裝功能是實(shí)現(xiàn)輸入電信號(hào)、保護(hù)芯片正常工作和輸出可見(jiàn)光的功能，包括電氣參數(shù)和光學(xué)參數(shù)的設(shè)計(jì)和技術(shù)要求。6.1概述，第三部分。發(fā)光二極管封裝模式的選擇發(fā)光二極管pn結(jié)發(fā)射的光子是非定向的，即它們?cè)谒蟹较蛏习l(fā)射的概率相同，因此不是芯片產(chǎn)生的所有光都可以發(fā)射?？梢园l(fā)射多少光取決于半導(dǎo)體材料、芯片結(jié)構(gòu)、幾何形狀、封裝材料和封裝材料的質(zhì)量。因此，對(duì)于發(fā)光二極管封裝，應(yīng)根據(jù)發(fā)光二極管芯片的尺寸和功率選擇合適的封裝方法。6.2發(fā)光二極管封裝方法，常用的發(fā)光二極管芯片封裝方法包括：引

3、腳封裝、平面封裝、表面貼裝封裝、食人魚(yú)封裝，6.2發(fā)光二極管封裝方法，1。發(fā)光二極管封裝發(fā)展過(guò)程，6.2發(fā)光二極管封裝方法，2。低功率發(fā)光二極管封裝傳統(tǒng)的低功率發(fā)光二極管封裝方法主要包括：引腳封裝；平面包裝；表面貼裝貼片發(fā)光二極管；食人魚(yú)，食人魚(yú)；6.2發(fā)光二極管封裝模式，1。引腳封裝(1)引腳封裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管引腳封裝采用引線框架作為各種封裝形狀的引腳，常見(jiàn)的是直徑為5毫米(簡(jiǎn)稱 5毫米)的圓柱形封裝。6.2發(fā)光二極管封裝方法，1。引腳式封裝(2)引腳式封裝工藝(5毫米引腳式封裝)，邊長(zhǎng)為0.25毫米的方形管芯鍵合或燒結(jié)在引線框架(一般稱為支架)上；芯片的陽(yáng)極通過(guò)引線鍵合連接到另一個(gè)引線框架

4、；負(fù)極用銀漿粘接在支架的反光杯內(nèi)，或用金線與反光杯的引腳連接；6.2發(fā)光二極管封裝模式，1。針式封裝(3)針式封裝原理，然后頂部用環(huán)氧樹(shù)脂封裝。直徑為5毫米的圓形反射杯的功能是收集從芯片側(cè)面和界面發(fā)出的光，并將其發(fā)射到所需的方向角。6.2發(fā)光二極管封裝模式，1。引腳封裝(3)引腳封裝原理封裝在頂部的環(huán)氧樹(shù)脂制成一定的形狀，它有幾個(gè)功能：保護(hù)芯片免受外部侵蝕；不同的形狀和材料特性(摻雜或不摻雜調(diào)色劑)被用作透鏡或擴(kuò)散透鏡來(lái)控制光的發(fā)散角。6.2發(fā)光二極管封裝模式，2。平面封裝(1)原理平面封裝發(fā)光二極管器件是由多個(gè)發(fā)光二極管芯片組成的結(jié)構(gòu)器件。通過(guò)發(fā)光二極管的適當(dāng)連接(包括串聯(lián)和并聯(lián))和適當(dāng)?shù)墓?/p>

5、學(xué)結(jié)構(gòu)，可以形成發(fā)光顯示器的發(fā)光段和發(fā)光點(diǎn)，然后這些發(fā)光段和發(fā)光點(diǎn)可以用于形成各種發(fā)光顯示器，例如數(shù)碼管、“儀表”管、矩陣管等。6.2發(fā)光二極管封裝模式，2。平面封裝(2)結(jié)構(gòu)，6.2發(fā)光二極管封裝模式，3。表面貼裝封裝表面貼裝發(fā)光二極管(SMD)是一種新型的表面貼裝半導(dǎo)體發(fā)光器件，具有體積小、散射角大、發(fā)光均勻性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。其發(fā)光顏色可以是包括白光在內(nèi)的各種顏色，可以滿足各種表面貼裝結(jié)構(gòu)的電子產(chǎn)品的需求，尤其是手機(jī)和筆記本電腦。6.2發(fā)光二極管封裝，3。表面貼裝封裝，6.2發(fā)光二極管封裝，4。食人魚(yú)包裝(1)結(jié)構(gòu)，6.2發(fā)光二極管包裝，4。食人魚(yú)包裝(2)優(yōu)點(diǎn)為什么這種發(fā)光二極管被稱

6、為食人魚(yú)，因?yàn)樗男螤罘浅ｎ愃朴趤嗰R遜的食人魚(yú)？食人魚(yú)發(fā)光二極管產(chǎn)品有很多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槭橙唆~(yú)發(fā)光二極管所用的支架是由銅制成的，而且有很大的面積，所以它可以很快地傳熱和散熱。當(dāng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮后，pn結(jié)產(chǎn)生的熱量可以從支架的四條腿迅速導(dǎo)出到印刷電路板的銅帶上。6.2發(fā)光二極管封裝模式，4。食人魚(yú)封裝(2)優(yōu)勢(shì)食人魚(yú)發(fā)光二極管傳熱速度快于3毫米和5毫米的pin管，可延長(zhǎng)器件的使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，食人魚(yú)發(fā)光二極管的熱阻比3毫米和5毫米燈管的熱阻小一半，所以很受用戶歡迎。3.功率型封裝功率型發(fā)光二極管是未來(lái)半導(dǎo)體照明的核心。大功率發(fā)光二極管散熱功率大，發(fā)熱量大，發(fā)光效率高，壽命長(zhǎng)。6.2發(fā)光二極管封裝方法

7、，3。功率封裝大功率發(fā)光二極管的封裝不能簡(jiǎn)單地應(yīng)用低功率發(fā)光二極管的傳統(tǒng)封裝，而必須是：封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；選擇材料；選擇設(shè)備和其他方面重新考慮和研究新的包裝方法。目前，電源指示燈主要有六種封裝：1 .大尺寸環(huán)氧樹(shù)脂封裝遵循針式發(fā)光二極管封裝的理念，6.2發(fā)光二極管封裝，3。動(dòng)力組件2。食人魚(yú)式環(huán)氧樹(shù)脂封裝，6.2個(gè)發(fā)光二極管封裝，3個(gè)。動(dòng)力組件3。鋁基板(MCPCB)封裝。6.2發(fā)光二極管封裝，3。電源包，4。TO封裝基于大功率三極管的思想，6.2發(fā)光二極管封裝，3。電源包，5。電源貼片封裝，6.2發(fā)光二極管封裝，3。電源封裝，6.3發(fā)光二極管封裝，1。引腳封裝，6.3發(fā)光二極管封裝，1。針式封裝

8、技術(shù)，6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)，1。主要技術(shù)，6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)，1。主要技術(shù)，6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)，1。針式包裝技術(shù)2。主要技術(shù)說(shuō)明(1)用切片顯微鏡檢查材料表面是否有機(jī)械損傷或麻點(diǎn)；芯片尺寸和電極尺寸是否符合工藝要求；電極圖案是否完整。6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)，(2)擴(kuò)展芯片，因?yàn)榍懈詈蟀l(fā)光二極管芯片仍然排列緊密，間距非常小(約0.1毫米)，這不利于后處理的操作。結(jié)合到芯片上的薄膜通過(guò)薄膜擴(kuò)張器膨脹，使得發(fā)光二極管芯片之間的距離被拉伸到大約0.6毫米.也可以使用手動(dòng)擴(kuò)展，但它很容易導(dǎo)致芯片掉落和浪費(fèi)等不良問(wèn)題。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，2。主要工藝描述(3)在發(fā)光二極管支架的相應(yīng)

9、位置上涂上銀膠或絕緣膠。對(duì)于GaAs和碳化硅導(dǎo)電基板，帶有背面電極的紅色、黃色和黃綠色芯片使用銀膠。對(duì)于藍(lán)寶石絕緣基板的藍(lán)綠色發(fā)光二極管芯片，采用絕緣膠固定芯片。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。鉛型封裝工藝2。主要過(guò)程描述(3)點(diǎn)膠過(guò)程的難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的控制，對(duì)膠體的高度和點(diǎn)膠位置有詳細(xì)的過(guò)程要求。由于銀膠和絕緣膠在儲(chǔ)存和使用中有嚴(yán)格的要求，因此銀膠的喚醒、攪拌和使用時(shí)間都是過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。引腳封裝過(guò)程2。主要過(guò)程描述(4)粘合劑制備與分配相反。在粘合劑制備中，首先將銀粘合劑涂覆在發(fā)光二極管的后電極上，然后將背面帶有銀粘合劑的發(fā)光二極管安裝在發(fā)光二極管支架上。

10、準(zhǔn)備膠水的效率比點(diǎn)膠高得多，但不是所有的產(chǎn)品都適合準(zhǔn)備膠水。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。針式包裝工藝2。主要工藝描述(5)手動(dòng)針刺將膨脹的發(fā)光二極管芯片(帶或不帶粘合劑)放在針刺臺(tái)的夾具上，并將發(fā)光二極管支架放在夾具下。在顯微鏡下，發(fā)光二極管芯片被一個(gè)接一個(gè)地針刺到相應(yīng)的位置。與自動(dòng)架裝相比，手動(dòng)紋身有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，方便隨時(shí)更換不同的芯片，適用于需要安裝多個(gè)芯片的產(chǎn)品。，6.3發(fā)光二極管封裝工藝，2。主要過(guò)程描述(6)自動(dòng)支架安裝自動(dòng)支架安裝實(shí)際上是兩個(gè)主要步驟的結(jié)合：首先，將銀膠(絕緣膠)放在發(fā)光二極管支架上，然后使用真空吸嘴將發(fā)光二極管芯片吸上來(lái)，并將其移動(dòng)到相應(yīng)的支架位置。6.3發(fā)光二極管

11、封裝工藝，1。針式包裝工藝2。主要過(guò)程描述(6)自動(dòng)架裝自動(dòng)架裝應(yīng)熟悉設(shè)備操作和編程，同時(shí)調(diào)整設(shè)備的涂膠和安裝精度。在選擇噴嘴時(shí)盡量使用膠木噴嘴，以防止損壞發(fā)光二極管芯片的表面，尤其是藍(lán)色和綠色芯片。因?yàn)殇搰娮鞎?huì)劃傷芯片表面的電流擴(kuò)散層。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，2。主要工藝描述(7)燒結(jié)的目的是固化銀漿，燒結(jié)需要監(jiān)控溫度以防止不合格批次。銀漿的燒結(jié)溫度一般控制在150，燒結(jié)時(shí)間為2小時(shí)。根據(jù)實(shí)際情況，可調(diào)節(jié)至1701小時(shí)。絕緣膠一般是150保溫1小時(shí)。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。引腳封裝過(guò)程2。主要工藝說(shuō)明(7)燒結(jié)銀膠的燒結(jié)爐必須根據(jù)工藝要求每2小時(shí)(或1小時(shí))打開(kāi)一次，燒結(jié)后的產(chǎn)品不能

12、隨意打開(kāi)。燒結(jié)爐不得用于其他目的，以防污染。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。引腳封裝過(guò)程2。主要工藝說(shuō)明(8)壓焊的目的是將電極引向發(fā)光二極管芯片，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接。有兩種LED壓焊工藝：金絲球焊和鋁絲壓焊，6.3 LED封裝工藝，1。引腳封裝過(guò)程2。主要工藝描述(8)壓焊1)鋁線壓焊工藝：先按下發(fā)光二極管芯片電極上的第一個(gè)點(diǎn)，然后將鋁線拉到相應(yīng)的支架上，按下第二個(gè)點(diǎn)，然后將鋁線折斷。2)金絲球焊工藝：先焊球后壓第一點(diǎn)，其他工藝類似。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。引腳封裝過(guò)程2。主要工藝描述(8)壓焊是發(fā)光二極管封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要監(jiān)控的主要工藝是壓焊金線(鋁線)的弓絲形狀、焊點(diǎn)形狀

13、和拉力。對(duì)壓力焊接技術(shù)的深入研究涉及到許多問(wèn)題，如金屬(鋁)絲材料、超聲波功率、壓力焊接的壓力、切割頭(鋼噴嘴)的選擇、切割頭(鋼噴嘴)的運(yùn)動(dòng)軌跡等。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。引腳封裝過(guò)程2。主要工藝描述(9)分裝：頂部發(fā)光二極管和側(cè)面發(fā)光二極管適用于分裝。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。鉛型封裝工藝2。主要工藝描述(9)分裝基本上，工藝控制的難點(diǎn)是氣泡、缺料和黑點(diǎn)。在設(shè)計(jì)上，主要注重材料的選擇，選用環(huán)氧樹(shù)脂和支架結(jié)合良好。(一般發(fā)光二極管不能通過(guò)氣密性測(cè)試)，6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。針式包裝工藝，2。主要工藝描述(9)點(diǎn)膠包裝手動(dòng)點(diǎn)膠包裝要求高操作水平(尤其是白色發(fā)光二極管)，主要困

14、難是點(diǎn)膠量的控制，因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂在使用過(guò)程中會(huì)變稠。白色發(fā)光二極管的分配還存在由磷光體沉淀引起的色差問(wèn)題。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。鉛型封裝工藝2。主要過(guò)程描述(10)燈-發(fā)光二極管的封裝是封裝的形式。封裝過(guò)程如下：首先將液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂注入發(fā)光二極管成型腔內(nèi)，然后將壓焊好的發(fā)光二極管支架插入，將發(fā)光二極管放入烘箱中固化環(huán)氧樹(shù)脂，然后將發(fā)光二極管從腔內(nèi)取出成型。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，2。主要工藝描述(11)成型包裝將壓焊好的發(fā)光二極管支架放入模具中，用液壓機(jī)關(guān)閉上下模具并抽真空，將固體環(huán)氧樹(shù)脂放入注射通道的入口加熱，用液壓頂桿將其壓入模具通道，環(huán)氧樹(shù)脂沿通道進(jìn)入各發(fā)光二極管成型槽并固化。6.

15、3發(fā)光二極管封裝工藝，1。引腳封裝過(guò)程2。主要工藝描述(12)固化和后固化是指包裝環(huán)氧樹(shù)脂的固化。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)氧樹(shù)脂的固化條件是135固化1小時(shí)。成型包裝一般在150下進(jìn)行4分鐘。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。鉛后固化對(duì)于提高環(huán)氧樹(shù)脂與印刷電路板的結(jié)合強(qiáng)度非常重要。一般條件是120，4小時(shí)。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。引腳封裝過(guò)程2。主要工藝描述(13)切肋和劃片由于生產(chǎn)中的發(fā)光二極管是連接在一起的(不是單個(gè)的)，所以由燈封裝的發(fā)光二極管采用切肋的方法來(lái)切斷發(fā)光二極管支架的連接肋。貼片發(fā)光二極管在印刷電路板上，需要?jiǎng)澠弫?lái)完成分離。6.3發(fā)光二極管封裝工藝，1。引腳封裝過(guò)程2。主要工藝描述(

16、14)測(cè)試發(fā)光二極管的光電參數(shù)，檢查外形尺寸，根據(jù)客戶要求對(duì)發(fā)光二極管產(chǎn)品進(jìn)行分類。(15)包裝：對(duì)成品進(jìn)行計(jì)數(shù)和包裝。超亮的發(fā)光二極管需要防靜電封裝。封裝設(shè)備(1)金相顯微鏡，6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)，3)晶片擴(kuò)展器，6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)，3)點(diǎn)膠機(jī)，6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)，3)點(diǎn)膠機(jī)，3)點(diǎn)膠機(jī)，像粘片機(jī)一樣，要求高精度，所以可以有效控制。如果膠量太多，貼片后很容易擠出多余的膠，阻擋和吸收芯片周圍的光，吸收反射杯壁發(fā)出的光，影響亮度；如果膠水的量太少，特別是在進(jìn)入引線鍵合過(guò)程時(shí)，芯片會(huì)從杯底脫落，這將導(dǎo)致死燈、漏電等，從而導(dǎo)致產(chǎn)品不良。封裝設(shè)備(4)背膠機(jī)、6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)、

17、3)芯片焊接機(jī)、6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)、3)封裝設(shè)備(5)芯片焊接機(jī)，發(fā)光二極管芯片在封裝位置的放置精度影響整個(gè)封裝器件的發(fā)光效率。如果芯片在反射杯中的位置偏離，光不能完全發(fā)射。因此，芯片焊接機(jī)必須選擇高精度芯片焊接機(jī)，最好采用先進(jìn)的預(yù)圖像識(shí)別系統(tǒng)。6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)，3。封裝設(shè)備(6)引線鍵合機(jī)，6.3發(fā)光二極管封裝技術(shù)，(6)引線鍵合機(jī)在使用引線鍵合機(jī)之前，必須調(diào)整焊接1和2的功率、溫度和壓力；以及超聲波的溫度和功率。讓這些參數(shù)使金絲承受5g的拉力。這樣，在隨后的烘焙過(guò)程中，金線不會(huì)由于物質(zhì)的不同膨脹系數(shù)而斷裂或脫焊。包裝設(shè)備(7)灌膠機(jī)，6.3發(fā)光二極管包裝技術(shù)，(7)灌膠機(jī)灌膠機(jī)的針必須保持在同一水平，漏膠通道不得有殘?jiān)?/p>