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LED的封装毕业设计摘要本文主要介绍LED封装的特殊性；封装结构类型，详细的介绍了LED功率型封装；阐述LED产品封装工艺流程;中国LED封装在世界上的定位及与其他发达国家的差距和优势。1 引言 LED 是一种半导体固体发光器件, 它利用固体半导体芯片作为发光材料,直接将电能转化为可见光和辐射能。LED 具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、发光响应时间极短、光色纯、光效高、聚光好、结构牢固、抗冲击、耐振动、性能稳定可靠、重量轻、体积小、成本低、寿命长等一系列特性, 是一种环保、节能、高效的新型发光材料。LED 衬底晶片及衬底生产是LED 产业链中的上游产业, LED 芯片设计及制造生产是LED 产业链中的中游产业, LED 封装与测试是LED 产业链中的下游产业。研发低热阻、优异光学特性、高可靠性的封装技术是新型LED 走向实用、走向市场的产业化必由之路。LED技术发展突飞猛进,现已能批量生产整个可见光谱段各种颜色的高亮度、高性能产品, LED 光源的使用越来越普遍。2 LED 封装的特殊性LED 既有电参数又有光参数的设计及技术要求, 决定了LED 封装技术的特殊性。LED 的封装必须具有完成电气互连、保护管芯正常工作及输出可见光的双重功能。2. 1 LED 的光电特性及封装要求LED 的核心发光部分是P 型和N 型半导体构成的PN 结管芯,当注入PN 结的少数载流子与多数载流子复合时,就会发出可见光。但PN 结区发出的光子是非定向的,即向各个方向发射具有相同的几率, 因此, 并不是管芯产生的所有光都可以释放出来。光释放主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料等几个方面, 应用中要求提高LED 的内、外部量子效率, 提高光输出量, 封装技术是不可或缺的环节,封装内部结构与包封材料必须做到尽可能多的光输出。LED 常采用环氧树脂和软性硅胶封装, 小功率LED多采用环氧树脂封装, 大功率LED 多采用软性硅胶封装。常规 5mm 型LED 封装是将边长0. 25mm 的正方形管芯粘结或烧结在引线架上,管芯的正极通过球形接触点与金丝键合为内引线, 与一条管脚相连,负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连,然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光,向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状,有这样几种作用: ( 1 ) 保护管芯等不受外界侵蚀; ( 2 ) 采用不同的形状和材料(掺或不掺散色剂) ,起透镜或漫射透镜功能, 控制光的发散角; ( 3 ) 管芯折射率与空气折射率相关太大,致使管芯内部的全反射临界角很小,其由源层产生的光只有小部分被取出, 大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收,易发生全反射导致过多光损失,选用相应折射率的环氧树脂作过渡, 提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性、绝缘性、足够的机械强度、对管芯发出光的折射率和透射率高等性能。选择不同折射率的封装材料,封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的, 发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜,可使光集中到LED 的轴线方向,相应的视角较小; 如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型,其相应视角将增大。2. 2 LED 的热电特性及封装要求LED 的工作电压较低,一般为1. 5V 4V ,白光LED的工作电压一般为3V 4V ,工作电流一般为MA级, 直流供电,控制方便, 光效高, 常被称为冷光源。但LED在工作时,其PN 结仍产生一定的热量, 使得PN 结的工作温度升高。PN 结的工作温度越高, 发光效率越低, LED 寿命越短,同时还会影响颜色的鲜艳度, 这就是光衰现象。一般情况下,当正向电流流经PN 结,发热性损耗使结区产生温升,在室温附近, 温度每升高1 , LED 的发光强度会相应地减少1%左右, 另外, LED 的发光波长随温度变化为0. 2 0. 3 nm / , 光谱宽度随之增加, 影响颜色鲜艳度。LED 可以在- 4 0 C 85 C 的环境中工作,一般发光效率最好的环境温度是- 40 C 4 0 C,超出此范围发光效率将大幅降低。封装散热对保持色纯度与发光强度非常重要, 散热设计是LED 能否成功应用的关键技术, LED 封装时必须充分重视, 以保证PN 结的温度不超过允许温度。以往多采用减少其驱动电流的办法, 降低结温, 多数LED 的驱动电流限制在20mA 左右,主要适合小功率LED 产品。但是, LED 的光输出会随电流的增大而增加,减少其驱动电流势必造成光输出的减少, 这在功率型LED 的生产中是行不通的,因为目前很多功率型LED的驱动电流可以达到70mA、1 00mA 甚至1A 级。这就需要改进封装结构, 引入全新的LED 封装设计理念和低热阻封装结构及技术,改善LED 的热特性。3 产品封装结构类型自上世纪九十年代以来, LED 芯片及材料制作技术的研发取得多项突破, 各种颜色、各种亮度和封装结构的高性能LED 产品相继问市, 不管封装结构如何变换, LED 封装的最终目标是实现微型化、应用简单、寿命长、价格低等目标。其中,如何消除LED 工作中产生的热,提高LED 的性能和寿命是各个厂家着力解决也很难完善解决的难题。采用不同封装结构形式与尺寸、不同发光颜色的管芯以及其双色、或三色组合方式, 可生产出多种系列、品种和规格的产品。根据封装结构、发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等特征, LED 产品有多种分类方法,从LED 产品的封装结构来看, 主要有引脚式封装、表面贴装封装、功率型封装三种类型。目前LED 产品有单管芯封装、多管芯封装以及与驱动电路共同封装等多种形式,单个管芯一般构成点光源, 多个管芯组装一般可构成面光源和线光源, 实际应用中, 可以把多个LED 产品进行适当的组合, 用作信息、状态指示及显示用。例如,发光显示器产品也是用多个管芯, 通过管芯的适当连接(包括串联和并联) 与合适的光学结构组合而成的,构成发光显示器的发光段和发光点。作为固体照明光源是LED 的中、长期发展方向, 目前已有很多LED 照明产品上市。3. 1 引脚式封装LED 引脚式封装采用引线架作为各种封装外型的引脚,是最先研发成功投放市场的封装结构, 技术成熟度较高, 品种繁多, 配套材料和设备齐全, 价格低廉, 使用简单,并且封装内结构与反射层仍在不断改进, 目前被广泛应用。典型的传统LED 安置在能承受0. 1W 输入功率的包封内,其90%的热量是由负极的引脚架散发至PCB板,再散发到空气中, 如何降低工作时PN 结的温升是封装与应用必须考虑的。包封材料多采用高温固化环氧树脂, 其光性能优良, 工艺适应性好, 产品可靠性高,可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透镜封装,不同的透镜形状构成多种外形及尺寸, 环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果。引脚式封装LED 有点光源、面光源以及LED 发光显示器等产品, 外引线排列和连接方式有双列直插与单列直插等结构形式。点、面光源现已开发出数百种封装外形及尺寸, 供市场及客户选用,实际应用中, 用户也可以根据实际需要采用点光源或面光源进行组合。例如,可以用大量的单个LED管组合成点阵结构式大屏幕显示器。但是这种封装形式存在致命缺陷, 首先, 体积较大,不适合器件的微型化发展; 其次, 环氧树脂固化后材质脆而硬,与金线、芯片等热膨胀系数不匹配, 不能将热量顺利、有效地传输到外界,而且环氧树脂还容易产生紫外老化, LED 芯片会因温度过高造成发光的严重衰减。这种封装形式的光输出很难得到大幅度提升, 无法成为今后发展的趋势。目前, 工作电流小于50mA 的小功率LED 多采用这种封装形式。3. 2 表面贴装封装为了增加光输出, 进一步将产品微型化, 科技人员成功开发了表面贴装封装技术( SMD ) 。SMD LED 普遍采用更轻的PCB 板和反射层材料, 在显示反射层需要填充的环氧树脂更少, 并去除较重的碳钢材料引脚, 通过缩小尺寸, 降低重量, 可轻易地将产品重量减轻一半。表面贴装封装的LED ( SMD LED ) 额定电流一般大于5 0mA (目前, LED 额定电流达到100 0mA 以上) , 功率较大,可以单只使用。目前, SMD LED 成为一个发展热点,各种新工艺和新材料不断被使用, 很好地解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题, SMD LED的性能越来越优良, SMD LED 已被大量使用, 尤其适合户内、户外全彩显示屏应用。SMD LED 替代引脚式LED , 应用设计更灵活, 从引脚式封装转向SMD 是整个电子行业发展的大趋势。表面贴装工艺的突破,使超高亮度LED 产品成为现实, 其发光强度在5 0mA 驱动电流下达1 25 0mcd , 热阻仅为1 00 1 50 /W ,为大范围区域进入照明领域开辟了道路。目前, SMD LED 封装技术的焦点是研发在3. 5V、大于1A 驱动条件下工作的功率型SMD LED 封装。3. 3 功率型封装功率LED最早始于HP公司于20世纪90年代初推出食人鱼封装结构的LED,该公司于1994年推出的改进型的Snap LED有两种工作电流,分别为70mA和150mA,输入功率可达0.3W。功率LED的输入功率比原支架式封装的LED的输入功率提高了几倍,热阻降为原来的几分之一。瓦级功率LED是未来照明器件的核心部分,所以世界各大公司都投入了很大力量对瓦级功率LED的封装技术进行研究开发。LED芯片及封装向大功率方向发展,在大电流下产生比5mm LED大1020倍的光通量,必须采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光衰问题,因此,管壳及封装是其关键技术,目前能承受数瓦功率的LED封装已出现。5W系列白色、绿色、蓝绿色、蓝色的功率型LED从2003年年初开始推向市场,白光LED的光输出达187lm,光效为44.3lm/W。目前正开发出可承受10W功率的LED,采用大面积管芯, 尺寸为2.5mm2.5mm,可在5A电流下工作,光输出达200lm。Luxeon系列功率LED是将AlGaInN功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上,然后把完成倒装焊接的硅载体装入热衬与管壳中,键合引线进行封装。这种封装的取光效率、散热性能以及加大工作电流密度的设计都是最佳的。在应用中,可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯PCB板上,形成功率密度型LED,PCB板作为器件电极连接的布线使用,铝芯夹层则可作为热衬使用,以获得较高的光通量和光电转换效率。此外,封装好的SMD-LED体积很小,可灵活地组合起来,构成模块型、导光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。超高亮度LED作为信号灯和其他辅助照明光源应用时,一般是将多个5mm封装的各种单色和白光LED组装在一个灯盘或标准灯座上,使用寿命可达到10万小时。2000年已有研究指出,5mm白光LED工作6000h后,其光强已降至原来的一半。事实上,采用5mm白光LED阵列的发光装置,其寿命可能只有5000h。不同颜色的LED的光衰减速度不同,其中红色最慢,蓝、绿色居中,白色最快。由于5mm封装的LED原来仅用于指示灯,其封装热阻高达300/W,不能充分地散热,致使LED芯片的温度升高,造成器件光衰减加快。此外,环氧树脂变黄也将使光输出降低。大功率LED在大电流下产生比5mm白光LED大1020倍的光通量,因此必须通过有效的散热设计和采用不劣化的封装材料来解决光衰问题,管壳及封装已成为研制大功率LED的关键技术之一。全新的LED功率型封装设计理念主要归为两类,一类为单芯片功率型封装,另一类为多芯片功率型封装。(1)功率型LED的单芯片封装1998年美国Lumileds公司研制出了Luxeon系列大功率LED单芯片封装结构,这种功率型单芯片LED封装结构与常规的5mm LED封装结构全然不同,它是将正面出光的LED芯片直接焊接在热衬上,或将背面出光的LED芯片先倒装在具有焊料凸点的硅载体上,然后再将其焊接在热衬上,使大面积芯片在大电流下工作的热特性得到改善。这种封装对于取光效率、散热性能和电流密度的设计都是最佳的,其主要特点有： 热阻低。传统环氧封装具有很高的高热阻,而这种新型封装结构的热阻一般仅为14/W,可减小至常规LED的1/20。 可靠性高。内部填充稳定的柔性胶凝体,在40120时,不会因温度骤变产生的内应力使金丝和框架引线断开。用这种硅橡胶作为光耦合的密封材料,不会出现普通光学环氧树脂那样的变黄现象,金属引线框架也不会因氧化而脏污。尺寸为2.5mm2.5mm,可在5A电流下工作,光输出达200lm。Luxeon系列功率LED是将AlGaInN功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上,然后把完成倒装焊接的硅载体装入热衬与管壳中,键合引线进行封装。这种封装的取光效率、散热性能以及加大工作电流密度的设计都是最佳的。在应用中,可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯PCB板上,形成功率密度型LED,PCB板作为器件电极连接的布线使用,铝芯夹层则可作为热衬使用,以获得较高的光通量和光电转换效率。此外,封装好的SMD-LED体积很小,可灵活地组合起来,构成模块型、导光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。超高亮度LED作为信号灯和其他辅助照明光源应用时,一般是将多个5mm封装的各种单色和白光LED组装在一个灯盘或标准灯座上,使用寿命可达到10万小时。2000年已有研究指出,5mm白光LED工作6000h后,其光强已降至原来的一半。事实上,采用5mm白光LED阵列的发光装置,其寿命可能只有5000h。不同颜色的LED的光衰减速度不同,其中红色最慢,蓝、绿色居中,白色最快。由于5mm封装的LED原来仅用于指示灯,其封装热阻高达300/W,不能充分地散热,致使LED芯片的温度升高,造成器件光衰减加快。此外,环氧树脂变黄也将使光输出降低。大功率LED在大电流下产生比5mm白光LED大1020倍的光通量,因此必须通过有效的散热设计和采用不劣化的封装材料来解决光衰问题,管壳及封装已成为研制大功率LED的关键技术之一。全新的LED功率型封装设计理念主要归为两类,一类为单芯片功率型封装,另一类为多芯片功率型封装。(2)功率型LED的多芯片组合封装六角形铝衬底的直径为3.175cm(1.25英寸),发光区位于其中央部位,直径约为0.9525cm(0.375英寸),可容纳40个LED芯片。用铝板作为热衬,并使芯片的键合引线通过在衬底上做成的两个接触点与正极和负极连接。根据所需输出光功率的大小来确定衬底上排列管芯的数目,组合封装的超高亮度芯片包括AlGaInN和AlGaInP,它们的发射光可为单色、彩色(RGB)、白色(由RGB三基色合成或由蓝色和黄色二元合成)。最后采用高折射率的材料按照光学设计形状进行封装,不仅取光效率高,而且还能够使芯片和键合的引线得到保护。由40个AlGaInP(AS)芯片组合封装的LED的流明效率为20lm/W。采用RGB三基色合成白光的组合封装模块,当混色比为0：43(R)0：48(G)：0.009(B)时,光通量的典型值为100lm,CCT标准色温为4420K,色坐标x为0.3612,y为0.3529。由此可见,这种采用常规芯片进行高密度组合封装的功率型LED可以达到较高的亮度水平,具有热阻低、可在大电流下工作和光输出功率高等特点。多芯片组合封装的大功率LED,其结构和封装形式较多。美国UOE公司于2001年推出多芯片组合封装的Norlux系列LED,其结构是采用六角形铝板作为衬底。Lanina Ceramics公司于2003年推出了采用公司独有的金属基板上低温烧结陶瓷(LTCC-M)技术封装的大功率LED阵列。松下公司于2003年推出由64只芯片组合封装的大功率白光LED。日亚公司于2003年推出超高亮度白光LED,其光通量可达600lm,输出光束为1000lm时,耗电量为30W,最大输入功率为50W,白光LED模块的发光效率达33lm/W。我国台湾UEC(国联)公司采用金属键合(Metal Bonding)技术封装的MB系列大功率LED的特点是,用Si代替GaAs衬底,散热效果好,并以金属粘结层作为光反射层,提高了光输出。功率型LED的热特性直接影响到LED的工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等,因此,功率型LED芯片的封装设计、制造技术显得尤为重要。大功率LED封装中主要需考虑的问题有： 散热。散热对于功率型LED器件来说是至关重要的。如果不能将电流产生的热量及时地散出,保持PN结的结温在允许范围内,将无法获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命。在常用的散热材料中银的导热率最高,但是银的成本较高,不适宜作通用型散热器。铜的导热率比较接近银,且其成本较银低。铝的导热率虽然低于铜,但其综合成本最低,有利于大规模制造。经过实验对比发现较为合适的做法是：连接芯片部分采用铜基或银基热衬,再将该热衬连接在铝基散热器上,采用阶梯型导热结构,利用铜或银的高导热率将芯片产生的热量高效地传递给铝基散热器,再通过铝基散热器将热量散出(通过风冷或热传导方式散出)。这种做法的优点是：充分考虑散热器的性价比,将不同特点的散热器结合在一起,做到高效散热并使成本控制合理化。应注意的是：连接铜基热衬与芯片的材料的选择是十分重要的,LED行业常用的芯片连接材料为银胶。但是,经过研究发现,银胶的热阻为1025W/(MK),如果采用银胶作为连接材料,就等于人为地在芯片与热衬之间加上一道热阻。另外,银胶固化后的内部基本结构为环氧树脂骨架+银粉填充式导热导电结构,这种结构的热阻极高且TG点较低,对器件的散热与物理特性的稳定极为不利。解决此问题的做法是：以锡片焊作为晶粒与热衬之间的连接材料锡的导热系数为67W/(MK),可以获得较为理想的导热效果(热阻约为16/W)。锡的导热效果与物理特性远优于银胶。 出光效率。传统的LED器件封装方式只能利用芯片发出的约50%的光能,由于半导体与封闭环氧树脂的折射率相差较大,致使内部的全反射临界角很小,有源层产生的光只有小部分被取出,大部分光在芯片内部经多次反射而被吸收,这是超高亮度LED芯片取光效率很低的根本原因。如何将内部不同材料间折射、反射消耗的50%光能加以利用,是设计出光系数的关键。通过芯片的倒装技术(Flip Chip)可以比传统的LED芯片封装技术得到更多的有效出光。但是,如果说不在芯片的发光层与电极下方增加反射层来反射出浪费的光能,则会造成约8%的光损失,所以在底板材料上必须增加反射层。芯片侧面的光也必须利用热衬的镜面加工法加以反射出,增加器件的出光率。而且在倒装芯片的蓝宝石衬底部分与环氧树脂导光结合面上应加上一层硅胶材料,以改善芯片出光的折射率。经过上述光学封装技术的改善,可以大幅度提高大功率LED器件的出光率(光通量)。大功率LED器件顶部透镜的光学设计也是十分重要的,通常的做法是：在进行光学透镜设计时应充分考虑最终照明器具的光学设计要求,尽量配合应用照明器具的光学要求进行设计。常用的透镜形状有：凸透镜、凹锥透镜、球镜、菲涅尔透镜以及组合式透镜等。透镜与大功率LED器件的理想装配方法是采取气密性封装,如果受透镜形状所限,也可采取半气密性封装。透镜材料应选择高透光率的玻璃或亚克力等合成材料,也可以采用传统的环氧树脂模组式封装,加上二次散热设计也基本可以达到提高出光率的效果。5 功率型的前景5.1功率型LED的进展 功率型LED的研制起始于20世纪60年代中期的GaAs红外光源,由于其可靠性高、体积孝重量轻,可在低电压下工作,因此被首先用于军用夜视仪,以取代原有的白炽灯,20世纪80年代InGaAsP/InP双异质结红外光源被用于一些专用的测试仪器,以取代原有的体积大、寿命短的氙灯。这种红外光源的直流工作电流可达1A,脉冲工作电流可达24A。红外光源虽属早期的功率型LED,但它一直发展至今,产品不断更新换代,应用更加广泛,并成为当今可光功率型LED发展可继承的技术基矗1991年,红、橙、黄色AlGaInP功率型LED的实用化,使LED的应用从室内走向室外,成功地用于各种交通信号灯,汽车的尾灯、方向灯以及户外信息显示屏。蓝、绿色AlGaInN超高亮度LED的相继研制成功,实现了LED的超高亮度全色化,然而用于照明则是超高亮度LED拓展的又一全新领域,用LED固体灯取代白炽灯和荧光灯等传统玻壳照明光源已成为LED发展目标。因此,功率型LED的研发和产业化将成为今后发展的另一重要方向,其技术关键是不断提高发光效率和每一器件(组件)的光通量。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技术和多量子阱结构,虽然其内量子效率还需进一步提高,但获得高光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率很低。目前由于沿用了传统的指示灯型LED封装结构,工作电流一般被限定为20mA。按照这种常规理念设计和制作的功率型LED根本无法达到高效率和高光通量的要求。为了提高可见光功率型LED的发光效率和光通量,必须采用新的设计理念,一方面通过设计新型芯片结构来提高取光效率,另一方面通过增大芯片面积、加大工作电流、采用低热阻的封装结构来提高器件的光电转换效率。因此,设计和制作新型芯片和封装结构,不断提高器件的取光效率和光电转换效率,一直是功率型LED发展中至关重要的课题。功率型LED大大扩展了LED在各种信号显示和照明光源领域中的应用,主要有汽车内外灯和各种交通信号灯,包括城市交通、铁路、公路、机尝海港灯塔、安全警示灯等。功率型白光LED作为专用照明光源已开始用于汽车和飞机内的阅读灯,在便携式照明光源(如钥匙灯、手电筒)、背光源及矿工灯等应用方面也得到越来越多的应用。白光除了由三基色合成外,还可通过将一种特制的磷光体涂敷在GaN蓝色或紫外波长的功率型LED芯片上而形成。功率型LED在建筑物装饰光源、舞台灯光、商场橱窗照明、广告灯箱照明、庭院草坪照明、城市夜景等方面与其同类产品相比显示出了它独有的特点。使用功率型RGB三基色LED,可制成结构紧凑、发光效率比传统白炽灯光源高的数字式调色调光光源,配合计算机控制技术,可得到极其丰富多彩的发光效果。功率型LED所具有的低电压、低功耗、体积孝重量轻、寿命长、可靠性高等优点,使其在军事上还可作为野战、潜水、航天、航空所需的特种固体光源。功率型LED结构的进步,取光和热衬的优化设计使其发光效率和光通量不断提高,由多个5mm LED组装的灯盘和灯头将被由功率型LED组装的灯芯所取代。从1970年至2000年的最近30年以来,光通量每1824个月要增加2倍。自1998年Norlux系列功率型LED问世后,光通量的增加趋势则更快。随着功率型LED性能的改进,LED照明光源引起了照明领域的更大的关注。普通照明市场的需求是巨大的,功率型LED白光技术将更能适应普通照明的应用。只要LED产业能持续这一开发方向,则LED固体照明在未来510年将会取得重大的市场突破。5.2 LED发展及应用前景近几年，LED的发光效率增长100倍，成本下降10倍，广泛用于大面积图文显示全彩屏。状态指示、标志照明、信号显示、液晶显示器的背光源，汽车组合尾灯及车内照明等等万面。其发展前景吸引全球照明大厂家都先后加入LED光源及市场开发中。极具发展与应用前景的是白光LED，用作固体照明器件的经济性显著，且有利环保。正逐步取代传统的白炽灯。世界年增长率在20以上，美、日、欧及中国台湾省均推出了半导体照明计划。目前。普通白光LED发光效率25lmw，专家预计2005年可能超过300lmw。功率型LED优异的散热特性与光学特性更能适应普通照明领域，被学术界和产业界认为是LED进入照明市场的必由之路。为替代荧光灯、白光LED必须具有150200l w 的光效。且每lm的价格应明显低于0015Im(现价约025$Im，红LED为0065Im，要实现这一目标仍有很多技术问题需要研究，但克服解决这些问题并不是十分遥远的事。按固体发光物理学原理。LED的发光效率能近似100。因此。LED被誉为21世纪新光源。有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。阐述LED产品封装工艺流程 1. LED产品封装工艺流程一、LED生产工艺1、工艺：a）清洗：采用超声波清洗PCB或LED支架，并烘干。b）装架：在LED管芯底部电极备上银胶后进行扩张，将扩张后的管芯安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。c）压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流注入的引线。LED直接安装在PCB上的，一般采用铝丝焊机。d）封装：通过点胶，用环氧将LED管芯和焊线保护起来。在PCB板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉的任务。e）焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED,则在装配工艺之前，需要将LED焊接到PCB板上。f）切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等。g）装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。h）测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好。I）包装：将成品按要求包装、入库。二、封装工艺1、LED的封装的任务是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。2、LED封装形式LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。3、LED封装工艺流程三：封装工艺说明1、芯片检验镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求；电极图案是否完整2、扩片由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小，不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm.也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。3、点胶在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。4、备胶和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。5、手工刺片将扩张后LED芯片安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品。6、自动装架自动装架其实是结合了沾胶和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上银胶，然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。7、烧结烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在150，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170，1小时。绝缘胶一般150，1小时。银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。8、压焊压焊的目的将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作。LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。右图是铝丝压焊的过程，先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。压焊是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝拱丝形状，焊点形状，拉力。对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀选用、劈刀运动轨迹等等。9、点胶封装LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。一般情况下TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高，主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。10、灌胶封装Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型。11、模压封装将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。12、固化与后固化固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135，1小时。模压封装一般在150，4分钟。13、后固化后固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行热老化。后固化对于提高环氧与支架的粘接强度非常重要。一般条件为120，4小时。14、切筋和划片由于LED在生产中是连在一起的，Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。15、测试测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选。16、包装将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。中国封装技术与国外的差异 本文从封装设备 芯片辅助封装材料封装设计封装工艺 器件性能等方面描述了当今中国 封装技术与国外技术的差异 既肯定了中国 封装技术长足的进步也找出了与国外技术之间的差距引 言产业链总体分为上中下游，分别是外延芯片 封装及 应用作为 产业链中承上启下的 封装，在整个产业链中起着无可比拟的重要作用基于 器件的各类应用产品大量使用 器件，如大型 显示屏液晶显示器的 背光源 照明灯具 交通灯和汽车灯等， 器件在应用产品的总成本中占了，且 应用产品的各项性能往往 以上由 器件的性能决定中国是 封装大国，据估计全世界 的器件的封装集中在中国，分布在各类美资 台资港资内资封装企业在过去的五年里，外资 封装企业不断内迁大陆，内资封装企业不断成长发展，技术不断成熟和创新在中低端 器件封装领域，中国 封装企业的市场占有率较高，在高端 器件封装领域，部分中国企业也有较大突破 随着工艺技术的不断成熟和品牌信誉的积累，中国 封装企业必将在中国这个应用大国中扮演重要和主导的角色。下面从封装产业链的各个环节来阐述这些差异，封装生产及测试设备差异主要封装生产设备包括固晶机焊线机封胶机分光分色机点胶机智能烤箱等 五年前，自动封装设备基本是国外和台湾品牌的天下，主要来自欧洲和台湾，中国大陆只有少量半自动固晶焊线设备的供应在过去的五年里，中国的生产设备制造业有了长足的发展，如今自动固晶机自动封胶机分光分色机自动点胶机智能烤箱等均有厂家供应，具有不错的性价比主要测试设备包括 标准仪光电综合测试仪 点测试仪积分球流明测试仪荧光粉测试仪等及冷热冲击高温高湿等可靠性试验设备除标准仪主要来自德国和美国外，其它设备目前均有国产厂家生产供应目前中国 封装企业中，处于规模前列的封装企业均拥有世界最先进的封装设备，这是后发优势所决定的就硬件水平来说，中国规模以上的 封装企业是世界上最先进的 当然，一些更高层次的测试分析设备还有待进一步配备因此，中国在封装设备硬件上已具备世界领先水平，具备先进封装技术和工艺发展的基础芯片差异目前中国大陆的 芯片企业约有十家左右，起步较晚，规模不够大，最大的 芯片企业年产值约 亿元人民币，每家平均年产值在 亿元这两年中国大陆的 芯片企业发展速度较快，技术水平提升也很快，中小尺寸芯片（指以下）已能基本满足国内封装企业的需求，大尺寸芯片（指功率型 级芯片）还需进口，主要来自美国和台湾企业，不过大尺寸芯片只有在 进入通用照明后才能大批量应用封装器件的性能在 的程度上取决于芯片， 芯片的核心指标包括亮度波长失效率抗静电能力衰减等目前国内封装企业的中小尺寸芯片多数选用国产品牌，这些国产品牌的芯片性能与国外品牌差距较小，具有良好的性价比，亦能满足绝大部分 应用企业的需求 尤其是部分品牌芯片的性能已与国外品牌相当，通过封装工艺技术的配合，已能满足很多高端应用领域的需求封装辅助材料差异封装辅助材料包括支架金线环氧树脂硅胶模条等辅助材料是 器件综合性能表现的一个重要基础，辅助材料的好坏可以决定 器件的失效率衰减率光学性能能耗等目前中国大陆的封装辅助材料供应链已较完善，大部分材料已能在大陆生产供应 但高性能的环氧树脂和硅胶以进口居多，这两类材料主要要求耐高温耐 折射率优异及膨胀系数良好等。随着全球一体化的进程，中国 封装企业已能应用到世界上最新和最好的封装辅助材料封装设计差异的封装形式主要有支架式 表贴式及功率型 三大主类的封装设计包括外形结构设计散热设计光学设计材料匹配设计参数设计等支架式 的设计已相对成熟，目前主要在衰减寿命光学匹配失效率等方面可进一步上台阶贴片式 的设计尤其是顶部发光 型处在不断发展之中，封装支架尺寸 封装结构设计材料选择光学设计散热设计等不断创新，具有广阔的技术潜力功率型 的设计则是一片新天地由于功率型大尺寸芯片制造还处于发展之中，使得功率型的结构光学材料参数设计也处于发展之中，不断有新型的设计出现中国的封装设计是建立在国外及台湾已有设计基础上的改进和创新 设计需依赖良好的电脑设计工具 良好的测试设备及良好的可靠性试验设备，更需依据先进的设计思路和产品领悟力 目前中国的