（电力电子与电力传动专业论文）电致发光器件封装技术研究.pdf

1 l i l ll lii l ll l l ll 1 l l i il y 17 9 9 2 4 3 r e s e a r c ho fe l e c t r o l u m i n e s c e n td e c e f o ri l ! | a c k a g et e c h n o l o g y at h e s i ss u b m i t t e dt o s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y x ij i a n f e i t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rz h a n gf a n g h u i m a y , 2 0 1 0 电致发光器件封装技术研究 摘要 某些物质加上电压后能将电能直接转换成光能，这种发光现象就是电致发光。本课 题研究的电致发光器件涵盖l e d 和o l e d 。l e d 封装的主要目的是确保发光芯片和电 路间的电气和机械接触，并使发光芯片不受机械、热、潮湿及其它外部因素的影响，同 时l e d 的光学应用特性也需要通过封装来实现。o l e d 封装则主要是为了避免水汽和氧 气对器件性能的影响。 分析了在引线键合工艺中双键合点引线拉力试验中造成测试值与引线实际抗拉力值 存在差值的原因。讨论了引线键合拉力测试过程中吊钩位置、弧线长度以及测量过程中 金属引线存在的弹塑性变形对测试准确性的影响。指出采用单键合点引线拉力测试可以 比较准确的测得引线的实际抗拉力值。系统总结了影响引线键合强度的因素。对于常温 下超声引线键合而言，平整度是影响键合强度的关键因素之一。采用了破坏性单键合点 的测试方法。在尽量排除其它干扰因素的情况下，通过实验比较了1 0 种不同平整度条件 下细铝丝超声引线键合的结果。结果表明平整度对超声引线键合的强度有影响，随着平 整度的提高，键合强度和稳定度也随之提高。实际测试键合拉力时发现，键合良好断裂 点均在跟键处，采取补强的方式使1 2 5 m i l 细铝丝超声键合后的键合强度均值可以达到 1 6 9 f , 分析了以上实验现象产生的原因，探讨了键合强度形成的机理。 研究了固晶工艺与荧光粉涂覆工艺，用u v 胶高效的替代了传统的硅胶，并成功封 装出了大功率l e d ，对它的电压一电流特性，光谱特性，光强空间分布，及结温进行了测 试表征。并提出了高散热功率型封装形式。 低功函数金属c a 在大气中稳定性差，抗腐蚀的能力也不好，容易被氧化或剥离， 对封装要求严格，尽管如此，仍然不易避免与封装过程中残留的水汽和氧气发生反应， 所以为了减小水汽和氧气对低功函数金属阴极产生不利影响，采用制备的钙铝合金作为 器件阴极。研究了将不同比例的钙铝合金作为阴极与铝作为阴极的器件的电流电压，电 压亮度，器件的外量子效率，光谱特性等进行了对比分析，发现当钙铝合金的比例为 1 0 时器件的亮度达到最大值l o l o o c 叭n 2 ，并且器件的效率最高。 制备s b 2 t e 3 半导体玻璃薄膜作为绿光o l e d 器件：i t o 2 t - n a t a ( 1 5 n m ) n p b ( 2 5 n m ) a l q 3 ：c 5 4 5 t ( 3 0 n m ：2 w t ) a l q 3 ( 2 0 n m ) l i f ( 1 n m ) a l ( 1 0 0 n m ) 的封装层。在高真空的条件下 ( 3 1 0 4 p a ) ，利用真空蒸镀的方法，依次蒸镀完各功能层后，立即用大电流的方式在阴 极上瞬间蒸镀层s b 2 t e 3 薄膜层。对比了用玻璃封装器件和用薄膜封装后再用玻璃封装 两种器件的性能，封装过程均未使用干燥剂。实验结果发现，s b 2 t e 3 薄膜可以使器件的 i i r e s e a r c ho fe l e c t r o l u m i n e s c e n td e c e s o np a c k a g et e c h n o l o g y a b s t r a c t 功el i g h tc a nb eg e n e r a t e df r o me l e c t r i c i t yw h e ns o m em a t e r i a l sa r ea p p l i e d t ov o l t a g e ，w h i c hi sc a l l e dt h ee l e c t r o l u m i n e s c e n c e t h i sr e s e a r c ha r ef o c u s e do n b o t hs u b j e c t so fl e da n do l e d i ti sp r o p o s e dt h a tt h ep a c k a g i n ga n dt h el e d c h i ps h o u l db ec o d e s i g n e d ，a n dt h ee f f e c t so fo p t i c a l ，t h e r m a l ，e l e c t r i c a la n d m e c h a n i c a ls h o u l db ec o n s i d e r e ds y s t e m a t i c a l l y , a n dt h ep a c k a g i n g p r o c e s s e sh a s g r e a t e ri m p a c to nt h el u m i n o u se 伍c i e n c yo fl e d i th a sb e e nd e m o n s t r a t e dt h a t s o m eo fo r g a n i cm a t e r i a l su s e dt of o r ml i g h t - e m i t t i n gl a y e r so fo l e d sa r ev e r y s e n s i t i v et oc o n t a m i n a t i o n ，o x i d a t i o na n dh u m i d i t y i tw a sa n a l y z e dw h a ti sl c a d i n gt ot h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt e s tv a l u ea n d a c t u a lv a l u ei nt h ed o u b l eb o n dw i r ep u l l i n gt e s t t h ee f f e c t so ft e s tp o i n t p o s i t i o n ，w i r el e n g t ha n de l a s t o - p l a s t i cd e f o r m a t i o no fm e t a l l i cw i r ee x i s t i n gi n t h ep r o c e s so ft e s t i n go na c c u r a c yo fw i r eb o n dp u l l i n gt e s tw e r ed i s c u s s e d i ti s p o i n t e d o u tt h a ts i n g l eb o n dw i r ep u l l i n gt e s tc o u l dt e s ta c t u a lw i r eb o n ds t r e n g t h m o r ea c c u r a t e l y i ti ss u m m a r i z e ds o m ek i n d so fr e a s o n so fe f f e c tb o n d i n g s t r e n g t h t h es m o o t h n e s so fs u b s t r a t ei st h em a j o rf a c t o rd e t e r m i n i n gt h et h i n a l u m i n u mw i r ew e d g eb o n d i n gs t r e n g t ha tt h ea m b i e n tt e m p e r a t u r e i tw a su s e d d e s t r u c t i v es i n g l eb o n dt e s ti nt h i sp a p e r 10g r o u p so f e x p e r i m e n t a lr e s u l t sw e r e c o m p a r e du n d e rd i f f e r e n ts u r f a c es m o o t h n e s so fs u b s t r a t ew h i l eo t h e rf a c t o r s w e r eo m i t t e d t h ee x p e r i m e n t sr e s u l t ss h o wt h a t ：t h eh i g h e rs u r f a c es m o o t h n e s s o fs u b s t r a t e ，t h eb i g g e rt h es t r e n g t ho fb o n dw i t hs t a b i l i t ys t r e n g t ho fb o n d i nt h e 1 0 w e rs u r f a c es m o o t h n e s so fs u b s t r a t ec o n d i t i o n s b o n d i n gs t r e n g t hi ss e n s i t i v et o s m o o t h n e s so fs u b s t r a t e ，w i t ht h es u r f a c es m o o t h n e s so fs u b s t r a t ei n c r e a s i n g ，t h e b o n d i n gq u a l i t ye n h a n c e sc o r r e s p o n d i n g l y , b u ti ti sh a v eat h i c ks k i n i ti sf o u n d m a ta 1 1b r e a k p o i n t sl o c a t i o no c c u rh e e lw h e ng o o dw i r eb o n d i n gi sp u l l s oi ti s i m p o r t a n tt od e c r e a s ep l a s t i cd e f o r m a t i o no fh e e lf o re n h a n c i n gw i r eb o n d i n g s t r e n g t h b o n ds t r e n g t hc a na c h i e v e16 9 fa f t e rm e n d i ti sa n a l y s i s e dr e a s o no f p h e n o m e n o na n dd i s c u s s e dm e c h a n i s mo fb o n ds t r e n g t h i ti sr e s e a r c h e db o t ho f f i x e d c h i pt e c h n o l o g ya n dp h o s p h o rc o a t i n gp r o c e s s t o o ，a n du s eu vg l u er e p l a c e dt r a d i t i o n a ls i l i c o n e f i n a l l ye n c a p u s l a t e dh i p o w e r l e d i th a sb e e nt e s t e dt h a t v o l t a g e v sc u r r e n tc h a r a c t e r i s t i c s s p e c t r a l i h l i f e t i m eo fd e v i c ew i t hs b 2 t e 3t h i nf i l me n c a p s u l a t el a y e ri sf i v et i m e sl o n g e r t h a nt h el i f e t i m eo fd e v i c ew i t h o u ts b 2 t e 3t 1 1 i nf i l m i ti sf o u n dt h a ts b 2 t e 3t h i n f i l me n c a p s u l a t el a y e rc o u l dh a r d l ye f f e c tt h ec u r r e n tv sv o l t a g ec u r v e ，t h e l u m i n a n c ev sv o l t a g ec u r v e ，a n dc o l o rc o o r d i n a t ec h a r a c t e r i s t i co ft h ed e v i c e i t a n a l y s e dd i f f e r e n c eo fp e r f o r m a n c eo ft w ok i n d sd e v i c e s ni sd e m o n s t r a t e dt h a tf a b r i c a t i o np a n c h r o m a t i el u m i n e s c e n c ed e v i c e s w i t ho r g a n i cb l u e e m i s s i v el i g h t - e m i t t i n g ，t h i st e c h n i q u eo fd o w nc o n v e r s i o 1 1t oo b t a i nw h i t ee m i s s i o n i sa l r e a d yp o p u l a ri ni n o r g a n i cp o w e rl e d s a i v b l u e0 l e dd e v i c es t r u c t u r e dn q | 2 t - n a t a ( 3 0 n m ) | k 文d ：t b p e ( 5 0 w t 、4 0 n m ) a l q 3 ( 1o o n m ) l i f ( 1n m ) a l ( 10 0 n m ) w a sp r e p a r e dv i av a c u u md e p o s i t i o n p r o c e s s ，a n dt h e nc o a t e dd i f f e r e n tt h i c k n e s s e st oo b t a i nac o n t r o l l a b l ea n d u n i f o t i ns h a p ey a g ：c ep h o s p h o rl a y e r sw i t hd i f f e r e n tc o o r d i n a t ed e v e i c e s w h i c hw a sd e v e l o p e db yu s i n gy & d 2 0 0 0e q u i p m e n t i tc a nd e c r e a s e s t e p so ft e c h n i c sa n dd e g r e eo fd i f f i c u l t y ，h o w e v e r , i tc a na l s ou s em a t u r et e e h n o l o g yo fp h o s p h o r t h er e s u l t ss h o w e dt h a t i tc a no b t a i ns t e a d ys p e c t r o g r a md e v i c e sw i t hp h o s p h o r ，ab e s tp e r f o r m a n c ei n c l u d i n gam a x i m u ml u m i n a n c eo f138 4 0 c d m zt h a tw a sa b o u t2t i m e st h a nt h a to fd e v i c ew i t h o u t p h o s p h o r ；am a x i m u mc u r r e n te f 五c i e n c yo f17 3c d aw a sm o r et w i c ec o m p a r et od e v i c ew i t h o u t p h o s p h o r j u n c t i o nt e m p e r a t u r eo ft h eo l e dd e v i c ei ss u p p o s e db yl e d k e y w o r d s ：h i p o w e r l e d ， o r g a n i c b l u e - e m i s s i v e l i g h t - e m i t t i n g ， e n c a p s u l a t i o n ，w i r eb o n d v 目录 摘要i a b s t r a c t i 1 绪论。1 1 1 电致发光器件发光特性和应用优点1 1 1 1 大功率l e d 发光特性和应用优点1 1 1 2 有机电致发光器件发光特性和应用优点1 1 2 电致发光器件国内外技术发展2 1 2 1 大功率l e d 国内外技术发展2 1 2 2 有机电致发光器件国内外技术发展3 1 3 电致发光器件应用范围和市场前景3 1 3 1 大功率l e d 应用范围和市场前景。3 1 3 2 有机电致发光器件应用范围和市场前景5 1 4 电致发光器件封装的意义6 1 4 1 大功率l e d 封装的意义6 1 4 2 有机电致发光器件封装的意义6 1 5 本文工作内容7 2 实验8 2 1 大功率l e d 8 2 1 1 封装工艺8 2 1 2 封装设备与材料8 2 1 3 性能评价与表征仪器：1 0 2 2o l e d 器件制备与封装1 1 2 2 1 工。艺1 1 2 2 2 设备与材料1 1 2 2 3 性能评价与表征仪器1 2 3 引线键合研究1 4 3 1 键合强度测试方法分析。1 4 3 1 1 评价键合强度的方法1 4 3 1 2 破坏性双键合点键合强度测试方法误差建模分析1 5 17 18 18 18 1 9 1 9 19 1 9 ：! ( ) 2 2 2 3 2 z i ：! z l ：! z l ：! ! i ：1 6 2 7 。2 7 2 7 ：1 8 ：1 9 ：；1 31 研究31 ：；1 ：；1 ：；1 3 4 ：；! ； ：；6 6 1 硫系玻璃封装前期研究3 6 6 2s b 2 t e 3 薄膜作为封装层对o l e d 器件性能的影响3 6 6 2 1 实验方法3 6 6 2 2 实验结果与分析3 6 6 2 3 结论：3 8 7 基于无机l e d 研究o l e d 4 0 7 1 模拟无机白光l e d 出光方式制备有机电致发光全色器件4 0 7 1 1 实验方法4 0 7 1 2 结果与讨论4 1 7 1 3 结论4 3 7 2 基于l e d 探讨o l e d 4 3 7 2 1 0 l e d 结温概念的引入4 3 8 结论和展望4 4 8 1 结论4 4 8 2 展望4 5 垂| ( 谢4 6 参考文献：4 7 攻读学位期间发表的学术论文目录5 1 攻读学位期间参加的科研项目5 2 原创性声明及关于学位论文使用授权的说明5 3 i i i 电致发光器件封装技术研究 1 绪论 某些物质加上电压后能将电能直接转换成光能，这种发光现象称为电致发光。本课 题中的电致发光器件涵盖大功率发光二极管和有机电致发光器件。毋庸置疑，这二者都 符合节能，环保的大趋势，是本世纪以来光电，显示，照明等方面炙手可热的研究方向。 1 1 电致发光器件发光特性和应用优点 发光是物体内部以某种方式吸收能量后转化为光辐射的过程。 电致发光，又称为电场发光，英文缩写为e l ，是通过加在两电极的电压产生电场， 被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化、复合导致发光的一种 物理现象。从发光材料角度可以将电致发光分为无机电致发光和有机电致发光。 1 1 1 大功率l e d 发光特性和应用优点 发光二极管，英文缩写为l e d ，是一种将电能直接转换为紫外光，可见光，红外光 的固态半导体发光器件，属于无机电致发光器件。l e d 基本部分是一个半导体电致发光 结构，它含有至少一个复合区产生辐射，并含有不同导电类型区( p 区和n 区) 提供参 与复合的载流子，它属于一种注入式发光器件，注入的少数载流子与多数载流子复合时 会把多余的能量以光的形式释放出来。大功率l e d 一般指的是功率大于或等于1 w 的 l e d 。 目前l e d 已经被成功应用于液晶电视作为背光源，而大功率l e d 在照明领域的应 用则显得更加令人期待。相比较于传统的白炽灯，荧光灯，大功率l e d 具有以下的优良 特性：( 1 ) 发光效率高：半导体材料的禁带宽度决定了发光二极管的发光波长在一个很 小的范围区间，因此利用不同的半导体材料所封装出来的发光二极管就可以非常高效的 得到不同颜色的单色光，同时能在较低的温度下发光，属于“冷光源 。而普通的白炽灯 属于热致发光，光辐射大部分为红外光，因此其电光转换效率不高；( 2 ) 工作电流小， 能耗低；( 3 ) 寿命长：亮度半衰期可以达到1 0 万小时；( 4 ) 可靠性高：l e d 体积小， 重量轻，为全固态发光，耐震动和冲击，不易破碎；( 5 ) 响应时间快：l e d 一般可在几 十纳秒的时间内响应，采用l e d 作为汽车刹车灯，提高了汽车的安全性；( 6 ) 无频闪； ( 7 ) 色度纯，色域宽：l e d 作为液晶显示器的背光源，光色度覆盖可以达到n t s c 标 准的1 1 0 ；( 8 ) 环保，无污染：不含有水银，铅等有害物质；( 9 ) 禁带宽度同样决定 了用于显示，照明的l e d 不存在红外、紫外辐射，不会造成二次污染。 1 1 2 有机电致发光器件发光特性和应用优点 有机电致发光，英文缩写为e l ，指由电能激发有机材料而放光的现象。 有机电致发光器件，英文缩写为o l e d ，是一种全新产生光的方法，它将厚度为纳 l 一 陕西科技大学硕士学位论文 米级别的有机材料制备在阳极和阴极之间，外加1 0 v 以下的电压，所制备的有机材料就 会产生电致发光现象。o l e d 与l e d 一样也属于注入式发光器件，发光过程可以分为5 个阶段：( 1 ) 载流子的注入：当施加一定的偏压时，空穴和电子克服界面势垒后，经由 阳极和阴极注入；( 2 ) 载流子的迁移：注入的空穴和电子分别进入空穴输运层中的h o m o 能级( 类似于半导体中所谓的价带) 和电子输运层的l u m o 能级( 类似于半导体中的导 带) ，电荷在外部电场的驱动下，传递至空穴输运层和电子输运层中的界面，因为界面的 能级差，使得界面会有电荷的积累；( 3 ) 载流子的复合：电子和空穴在有发光特性的有 机物质内复合，形成处于激发态的激子；激子是彼此束缚在一起的电子和空穴对；( 4 ) 激子的迁移：激子在电场作用下将能量传递给有机发光分子，并激发有机分子中的电子 从基态跃迁到激发态；( 5 ) 电致发光：此激发态是不稳定的，激子退激到基态多余的能 量将以光或者热的形式释放出来。 o l e d 作为下一代主流显示器件，有如下的优点：( 1 ) 结构简单，体积小，重量轻， 成本低，工艺不复杂，易进行大规模、大面积生产，具有超薄、大面积、便于携带、平 板显示的特点；( 2 ) 主动发光，宽视角：视角接近于1 8 0 。，不需要背光源；( 3 ) 响应 速度快，图像稳定：1 0 微秒，比1 5 1 8 毫秒的l c d 快1 0 0 1 0 0 0 倍，图像刷新率高， 不会产生图像拖尾等不良现象；( 4 ) 亮度高，发光效率高：由于不需要偏光片和扩散器， o l e d 比l c d 更亮，对比性更强，即使在明亮环境下o l e d 也可以提供清晰的图像， 并且可以实现全色显示，高亮度和低功耗使其有高的发光效率；( 5 ) 工作温度范围宽： 一般为- - 4 0 - - 7 5 ，而液晶材料在较低温度时，将不发生偏转，使l c d 无法工作；( 6 ) 驱动电压和功率损耗低：能与半导体集成电路的电压相匹配，使大屏幕平板显示的驱动 电路容易实现；( 7 ) 全固态结构，抗震性能好，因而可以适应巨大的加速度和剧烈振动 等恶劣环境；( 8 ) 有机材料的机械性能好，易加工成各种形状和大面积制作，可以形成 柔性显示】。基于以上优点，有机电致发光显示器件被誉为未来的“梦幻显示器”，是未 来重要的固态平板显示技术之一。 1 2 电致发光器件国内外技术发展 1 2 1 大功率l e d 国内外技术发展 l e d 节能，环保，世界各国都早早制定了半导体照明发展规划，并投入了大量资金 进行研发。美国能源部制定了2 0 0 2 2 0 2 0 年的“下一代照明计划”，将降低l e d 灯的成 本和提高l e d 的光效作为研究重点；欧盟则从2 0 0 0 年开始制定了“彩虹计划”，希望 通过应用半导体照明以实现高效、节能、不使用有害环境的材料、模拟自然光的目标， 计划通过欧洲共同体的补助金来推广超高亮白光l e d 的应用；日本则更早，从1 9 9 8 年 起就制定了半导体照明的“2 1 世纪照明计划 。国际各大照明公司也不甘人后，积极研 2 电致发光器件封装技术研究 发大功率l e d 芯片和封装技术，美国的p h i l i p s ，c r e e ，德国的o s r a m ，日本的日亚( n i c h i a ) 等国际大公司在技术上处于领先地位。2 0 1 0 年2 月份，c r e e 公司宣布在实验室开发出了 光效突破2 0 0 1 m w 的大功率白光l e d 。 我国也相应制定了“十一五”国家8 6 3 “半导体照明工程”重大项目，投入了大量人 力和物力进行相关研究，并以2 0 0 8 年北京奥运会和2 0 1 0 年上海世博会为契机，推动 半导体照明在城市景观照明的应用。我国大陆地区研发机构和公司有北京大学，中科院 物理所，中电集团第1 3 所，华中科技大学，厦门三安、大连路美、武汉迪源光电科技， 杭州士蓝明芯、上海蓝光、深圳方大、上海蓝宝、山东华光、江西联创、深圳世纪晶源 等公司，国内的大功率芯片的封装厂家有深圳雷曼，佛山国星光电、厦门华联电子、宁 波爱米达、江西联创光电等，但封装技术正处于起步探索阶段，和国际知名厂家有一定 的差距。我国台湾省在外延片及芯片生产、器件封装、应用产品开发等方面发展较好的 有亿光电子，光宝电子，光磊、晶元等公司。 1 2 2 有机电致发光器件国内外技术发展 有价值的低驱动电压的有机电致发光器件最初是在1 9 8 7 年由k o d a k 公司的 c w t a n g t s 】采用真空蒸镀小分子有机化合物a l q 3 作为发光材料研制出的。高分子o l e d 的发展始于1 9 9 0 年，英国剑桥大学的b u r r o u g h e s t 6 】等人第一次发现了共轭高分子材料 p p v 亦具有良好的电致发光性能，成功的研制出第一个有机高分子发光器件。由此拉开 了有机小分子和高分子电致发光器件产业化和商品化的序幕。 有机电致发光器件前途“如此多娇 ，引得无数厂家和公司竞相投入研发。美国的 d u p o n t 、l i p ，英国的c d t 、o p s y s ，日本的p i o n e e r 、e p s o n ，荷兰p h i l i p s ，韩国的s a m s u n g 、 l g 等投入该方面的研究和开发，并取得了巨大进展。我国的清华大学以及相应成立的维 信诺公司已经实现部分产品商业化；中科院长春光机所，华南理工大学，上海大学等也 都加入到o l e d 研究的大军之中；广东宏威数码有限公司，上海天马有限公司，陕西彩 虹集团等都进行了预研并计划投入巨资；台湾省工业研究院，r i t d i s p l a y , u n i v e r s i o n ，等 在o l e d 研究方面也取得了不俗的成绩。 1 3 电致发光器件应用范围和市场前景 1 3 1 大功率l e d 应用范围和市场前景 基于l e d 自身的优点，现主要应用于以下几个方面： ( 1 ) 显示屏、交通讯号显示光源，铁路及机场等指示光源的应用。 ( 2 ) l c d 背光源的应用。 l e d 作为l c d 背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高，画面 对比度更高，色域覆盖更广。与c c f l 背光源相比还有节能，环保的优势。例如联想的 笔记本电脑现在大部分都使用l e d 作为背光源，如图1 1 所示。 ( 3 ) 照明光源。 照明消耗占整个电力消耗的约五分之一，使用l e d 照明可以节省能源、减少石油进 口、降低温室效应。这里的瓶颈依然是价格。因此一旦突破价格上的优势，将会占有更 大的市场份额，图1 1 所示为西安高新区科技六路的l e d 路灯照明系统。 ( 4 ) 汽车用灯。 4 电致发光器件封装技术研究 汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、 侧灯以及头灯等。汽车用灯要求耐震动撞击、不易损坏，并且作为刹车灯，由于l e d 响 应速度快，可以减少汽车追尾事故的发生。例如奥迪a 8 近光灯中使用德国欧司朗公司 生产的大功率l e d ，如图1 2 所示。伴随着汽车行业在国内的蓬勃发展，大功率l e d 在汽车行业的应用也将兴起。尤其在2 0 0 9 年1 2 月哥本哈根全球气候会议的低碳减排效 应下，将使l e d 光电产业更加符合我们国家的能源、减碳战略，因而将获得更多的产业 支持和市场需求。 有机电致发光器件制作的军用电 子地图 维信诺公司制作的有机电致发 光柔性照明产品雏形 图1 - 2 0 l e d 应用产品 f i g1 - 2o l e da p p l i c a t i o n s 1 3 2 有机电致发光器件应用范围和市场前景 o l e d 的应用前景被人们看好。随着它的发光亮度、效率以及封装等问题得以解决， 在民用及军事领域必将得到广泛的应用。o l e d 产品的目标市场将包括：( 1 ) 显示器件： 可以实现显示器件的轻量化、薄型化、高亮度、快速响应( 与液晶相比) 、高清晰度、低 电压化、高效率化和低成本化，可以柔性显示，大幅度地节省空间，极方便携带。同时 由于其为全固态器件，宽工作温度范围，可以用于极端环境下的军用显示，例如2 0 0 8 年9 月，维信诺公司就成功将o l e d 显示器应用于环境条件要求极其严苛的“神七”舱外 航天服上，圆满地完成了任务。尤其是o l e d 显示屏还可以做成柔性的，可以很容易地 附着在任何形状和任何曲面的基底介质上，设计成曲面，甚至可卷曲，折叠成任何形状 和任何尺寸的卷面显示器。这些都是其它显示技术很难实现的功能【7 - 9 】，如图5 所示有机 电致发光器件制作的军用电子地图；( 2 ) 照明光源：它可以制造出大面积、高亮度的平 面或曲面光源以及高色纯度的单色光源，甚至还可以用它制造出大平面激光光源和高效 率偏振光光源，如图1 2 所示北京维信诺公司的用有机电致发光材料制作的柔性照明产 品雏形；( 3 ) 在o l e d 技术发展的起步阶段，可以先进入v f d 市场，l c d 背光源市场 l 一 传统的有机电致发光器件使用玻璃或金属封装盖来封装，并加入了吸湿剂。为了进一步 减少器件的厚度及提高封装质量，降低成本。有机电致发光器件的封装呈现以下趋势： 与器件制作工艺一体化，不破坏真空度；薄膜封装取代玻璃或金属盖封装；封装薄膜具 有透明性，低温制程，附着力强，大面积化，成膜速率快；封装薄膜无针孔，边缘无缺 陷。 6 电致发光器件封装技术研究 1 5 本文工作内容 本文的主要工作内容如下： ( 1 ) 键合线断裂导致器件失效是一种常见的大功率l e d 失效原因，因此研究大功 率l e d 的键合有重要意义。而通行的双键合点破坏性拉力测试方法测量值不易准确，对 此针对大功率l e d 封装过程中的引线键合测量方法进行了建模分析，提出了准确的测量 方法；介绍了影响键合强度的因素，实验研究了平整度对细铝丝超声引线键合强度的影 响，并探讨了键合强度形成的机理；提出了增强键合强度的方法，使1 2 5 m i l 细铝丝键 合强度达到工业要求值的2 5 倍左右，该方法同样适合于其它线径的键合线。 ( 2 ) 同时基于武汉迪源光电b 4 0 l 芯片对封装过程的回流焊固晶，荧光粉涂覆等 工艺进行了研究；成功封装出了白色大功率l e d ，对它的电压电流特性，光的空间分布， 光谱特性，结温特性进行了测试表征；提出了新的高散热功率型封装模型。 ( 3 ) 课题组已经研究的结果表明趾阴极在空气中不稳定。而功函数更低的c a 在 大气中稳定性更差，采用c a ：a 1 合金作为器件阴极相比较c a 作为器件阴极而言，更易于 封装，但还需要考虑到对器件其它性能的影响，因此研究了c a ：a 1 合金作为器件阴极对 器件其它性能的影响。 ( 4 ) 在本课题组对器件引入硫系元素s e 、s b 、t e 等薄膜封装层可以有效增加器 件寿命的基础上，研究了s b 2 t e 3 薄膜作为封装层对o l e d 器件性能的影响。 ( 5 ) 模拟无机大功率白光l e d 由蓝色芯片激发荧光粉形成白光的发光方式，基于 有机电致蓝光器件激发黄色的y a g ：c e 荧光粉来实现全色器件。并藉由l e d 的概念，提 出了有机电致发光器件结温的概念。 7 固化设备为香港益达科技的紫外固化光源，如图2 5 所示，操作时必须戴防紫外线的眼 镜，以免损伤眼睛；真空干燥设备为北京科伟永兴仪器有限公司的d z f 型真空干燥设备， 如图2 6 所示。 8 电致发光器件封装技术研究 图2 - 1 真空吸笔 f i g2 - 1v a c u u ms u c t i o np e n 图2 - 3 超音波铝线焊接机 f i 9 2 - 3u l t r a s o n i ca l u m i n u mw i r e w e l d i n gm a c h i n e 图2 - 5 紫外固化设备 f i 9 2 5u vs o l i d i f ye q u i p m e n t 图2 - 2 回流焊设备 f i g2 - 2r e f l o we q u i p m e n t 图2 4y & d2 0 0 0 点胶机 f i g2 - 4d i s p e n s e ro f y & d 2 0 0 0 图2 - 6 真空烤箱 f i g2 - 6v a c u u mo v e n 芯片采用武汉迪源光电科技生产的b 4 0 l1 w 大功率芯片，芯片表面形貌如图2 7 所 示。芯片表面圆形的焊点为芯片的正极，方形的焊点则为芯片的负极。从照片中可以看 出，芯片表面电极的布线方式主要采用了梳状的结构，这样做的目的是：通电后条形电 9 陕西科技大学硕士学位论文 极之间的区域将会有光放出，从而实现了由点光 源到面光源的过渡，提高了芯片总的光输出通量。 同样可以优化芯片上电极结构使得整个芯片在工 作后能得到均匀的电流扩散分布的形式还有，米 子型结构等。焊料使用l e s c 2 型免清洗型锡膏和 相应的调和剂。键合引线使用t a n a k a 公司生产 的1 2 5 m i l ，1 硅铝丝。砂纸使用s h a r p n e s s 牌砂纸。未有防氧化的表面镀镍层，因为测试是 在研磨抛光后立即进行的，氧化对键合强度不会 产生太大的影响。荧光粉为深圳英特美光电公司 提供的h l t e m m i xy a g 一0 4 。u v 胶为西安瑞联电 子科技生产，基板使用覆铜板。 2 1 3 性能评价与表征仪器 图2 8 光谱测试系统 f i g2 - 8t e s ts y s t e mo fs p e c m a n 图2 7 芯片表面形貌照片 f i g2 - 7p h o t o so fe i l i pm o 印h o l o g y 测力计使用改装后的j 0 0 7 0 1 条形盒测力计， 量程为5 0 9 l 精度为0 1 9 f i 焊点表面形貌采用4 x b 金相显微镜分析；电流一电压特