LED封装

第二章LED封装 教师 陈世伟 更换电话通知 陈世伟 电话号码更换为用日期 2011年3月12日 目录 2 1LED封装的概念 LED 发光二极管 封装是指发光芯片的封装 LED的封装不仅要求能够保护灯芯 而且还要能够透光 LED封装的功能主要包括 1 机械保护 以提高可靠性 2 加强散热 以降低芯片结温 提高LED性能 3 光学控制 提高出光效率 优化光束分布 4 供电管理 包括交流 直流转变 以及电源控制 封装历史 LED封装举例 保护管芯控制光的发散角提高光出射效率 2 2 LED封装的分类 目前 LED按封装形式分类主要有Lamp LED TOP LED Side LED SMD LED High Power LED FlipChip LED等 根据不同的应用场合 不同的外形尺寸 散热方案和发光效果 LED封装形式多种多样 2 2 1Lamp LED 垂直LED LED引脚式封装 直插式 采用引线架作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 标准LED被大多数客户认为是目前显示行业中最方便 最经济的解决方案 典型的传统LED安置在能承受0 1W输入功率的包封内 其90 的热量是由正负极的引脚架散发至PCB板 再散发到空气中 Lamp LED早期出现的是直插LED 它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树脂 然后插入压焊好的LED支架 放入烘箱中让环氧树脂固化后 将LED从模腔中脱离出即成型 2 2 2SMD LED 表面贴装LED SMD 它是SurfaceMountedDevices的缩写 意为 表面贴装器件 它是SMT SurfaceMountTechnology中文 表面黏著技术 元器件中的一种 2 2 3Side LED 侧发光LED Side LED也属于SMD LED的一种 一般用作背光源 使用LED当LCD 液晶显示器 的背光光源 那么LED的侧面发光需与表面发光相同 才能使LCD背光发光均匀 2 2 4TOP LED 顶部发光LED TOP LED属于SMD LED的一种 一般用作大屏 三基色显示 2 2 5食人鱼LED 食人鱼LED 是一种封装 正方形的 透明树脂封装 四个引脚 负极处有个缺脚的LED 4只脚的设计和留有间距就是让食人鱼LED的散热比一般的LED要好很多 可以通过的工作电流大一点 最大可以40MA 一般的LED是20MA 所以比一般的LED亮度要高 在小功率LED里面食人鱼LED是最亮的 但跟大功率的1W和3W 5W等比较亮度不行了 食人鱼LED用的最多的是在广告字的发光模块 小结 直插式LED贴片式LED食人鱼LED 每种LED的都有各自的用处 不能单比亮度 行外人是一味比亮度 行内人是看参数的配比 看一致性 用的芯片等等 2 2 6High Power LED 高功率LED LED芯片及封装向大功率方向发展 在大电流下产生比 5mmLED大10 20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 Luxeon系列功率LED是将AlGalnN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沉与管壳中 键合引线进行封装 Norlux系列功率LED的封装结构为六角形铝板作底座 使其不导电 的多芯片组合 各个厂家对于大功率LED的封装都有自己的研究 由此产生了多种多样的封装形式 目的 1 解决散热问题2 解决材料劣化问题 飞利浦Lumileds 东芝 Toshiba 金泰克斯 Gentex 日亚nichia 2 2 7FlipChip LED 覆晶LED LED覆晶封装结构 易于安装 其特征在是在一基板上设有复数个穿孔 该基板的一侧的单一穿孔处皆设有两个不同区域且互为开路的导电材质 并将复数个未经封装的LED芯片分别置于该单一穿孔的位置 而单一LED芯片的正极与负极接点是利用金属球分别与基板表面上的导电材质连结 然后再以一固定大小的单位将基板做裁切 2 3 LED封装工艺流程 切脚 测试 包装 封装设备 显微镜 晶片扩张机 点胶机 固晶机 焊线机 灌胶机 烤箱 液压机 切脚机 测试机 分光分色机 1 选定食人鱼LED的支架根据每一个食人鱼管子要放几个LED芯片 需要确定食人鱼支架中冲凹下去的碗的形状大小及深浅 2 清洗支架 3 将LED芯片固定在支架碗中 4 经烘干后把LED芯片两极焊好 5 根据芯片的多少和出光角度的大小 选用相应的模粒 6 在模粒中灌满胶 把焊好LED芯片的食人鱼支架对准模粒倒插在模粒中 7 待胶干后 用烘箱烘干 脱模即可 8 然后放到切筋模上把它切下来 9 接着进行测试和分选 1 L型电极的大功率LED芯片的封装 首先在SiC衬底镀一层金锡合金 然后在热沉上同样也镀一层金锡合金 将LED芯片底座上的金属和热沉上的金属熔合在一起 称为共晶焊接 2 V型电极的大功率LED芯片的封装 对V型电极的大功率LED芯片的衬底通常是绝缘体 下表面用一种 绝缘 胶把LED芯片与热沉粘合 上面把两个电极用金丝焊出 倒装的LED芯片 正装的LED芯片 采用倒装芯片封装的LED的出光效率比正装芯片要高 倒装芯片封装的LED的出光通道折射率变化为 有源层 n 2 4 蓝宝石 n 1 8 环氧树脂 n 1 5 空气 n 1 理论基础 光线由一种介质进入另一种介质时 入射光一部分被折射 另一部分被反射 若光线由光密介质 折射率n1 射向光疏介质 折射率n2 当入射角 i1 大于全反射临界角 ic 时 折射光线消失 光线全部被反射 ic Sin 1n2 n1 n2 n1 若n2与n1的数值相差越大 则全反射临界角 ic 越小 光线越容易发生全反射现象 4 集成LED芯片封装 使用单层或双层铝基板作为热沉 把单个芯片或多个芯片用固晶胶直接固定在铝基板 或同基板 上 LED芯片的p和n两个电极则键合在铝基板表层的薄铜板上 根据所需功率的大小确定底座上排列LED芯片的数目 可组合封装成1W 2W 3W等高亮度的大功率LED 2 4LED封装生产的加工配料单 01主要材料 包含芯片 支架 因为LED的生产即为将芯片封装在支架上 所以 LED的生产的原材料即为芯片和支架 02前道 包含固晶 焊线两部分 表中 一般给出芯片的参数 极性等 其中 芯片的参数 包含波长 电压 亮度等常见参数 用来区分不同型号的芯片 03灌胶包含配方 模粒 插管方向及控制重点 配方是指灌胶时所用各种胶的比例 一般为环氧树脂胶和扩散剂 颜料的比例 模粒为灌胶时所采用的模粒 一般和LED的产品外观有关 插管方向为插支架时 支架的方向 控制重点即为常犯的错误 也就是尽量避免的 插偏浅为插支架时 没有插到位 气杂为灌胶时有气泡和杂质 04半切包含限位 两脚 模具编号等 限位指支架切好后 LED灯的脚上有没有限位 两脚指半切时 切断哪一个管脚 05测试包含电压 电流等 电压是指LED正常工作时 加载的电压 上下限内的电压都是合格的 电流是指LED正常工作时 所流过的电流 一般数值变化不大 反电流IR是指所允许存在的最大的反电流值 06分选包含电压 波长 亮度等测试条件 目的是将性能接近的产品选出来 电压 指LED正常工作时 其上的电压 分选的条件为0 2V一档 就是说电压值相差0 2伏的 我们认为都是性能接近的 可以归为一类 波长 指LED正常工作时 所发出的光的波长 分选的条件为4nm一档 就是说发光的波长 差距在4nm内的 我们都认为是性能接近的 可以归为一类 亮度是指Led的发光亮度 一般为了保持发光的均匀性 只设定一个合格范围值 07包装包含包装袋 数量 合格证等 包装袋按产品要求 选择合适的袋子 一般为防静电袋 加干燥剂 数量 指每一包产品的数量 合格证 是指需要填写的数据 08成品率包含投料数 A品 B品 C品 投料数 就是一共领取的原料数 包含支架 芯片 A品为合格品 B品为可以使用的不合格产品 可以点亮 但是不符合这次的产品要求 C品为废弃的产品 一般 会将B品中 哪一项不合格 电压 波长等 列出来 以便于分析原料及生产中可能出现的问题 注 单铝垫 正 LED芯片制造时 为了制造有效可靠的低欧姆接触电极 所以会提供焊线的压垫 单铝垫即说 焊垫是铝的 正代表正极 注 加颜料时 因为颜料所需的量非常小 所以一般会将颜料稀释到B胶中 这样在添加时 便于测量 注 平面LED 由芯片 板 芯片焊在上面 盖子 产品的外观盖 组成 工序上多了前测 即焊线完后 对LED板进行测试 平面的不用切脚即可测试 测试完后 将坏点补焊好 以便于灌胶后得到完整的产品 其余要求 和单管是类似的 2 5LED检测 LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管 其电压与电流之间的关系称为伏安特性 LED电特性参数包括正向电流 正向电压 反向电流和反向电压 LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作 通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压 正向电流及反向电压 电流 此外也可以测定LED的最佳工作电功率 LED光特性的测试主要包括光通量 发光效率 辐射通量 辐射效率 光强 光强分布特性和光谱参数等 光通量和光效 光通量的测试有两种方法 即积分球法和变角光度计法 在测得光通量之后 配合电参数测试仪可以测得LED的发光效率 光强和光强分布特性 CIE 127提出了两种推荐测试条件 A 远场 B 近场 使得各个LED在同一条件下进行光强测试与评价 光谱参数 LED的光谱特性参数主要包括峰值发射波长 光谱辐射带宽和光谱功率分布等 光谱功率分布的测试需要通过分光进行 将各色光从混合的光中区分出来进行测定 一般可以采用棱镜和光栅实现分光 LED开关特性是指LED在通电和断电瞬间的光 电 色变化特性 过LED开关特性的测试可以获得LED在通断电瞬间的工作状态 物质属性等的变化规律 由此不仅可了解通断电对LED的损耗 也可用以指导LED驱动模块的设计等 LED的颜色特性主要包括色品坐标 主波长 色纯度 色温及显色性等 LED的颜色特性对白光LED尤为重要 现有的颜色特性测试方法有分光光度法和积分法 分光光度法是通过单色仪分光测得LED光谱功率分布 然后利用色度加权函数积分获得对应色度参数 积分法是利用特定滤色片配合光电探测器直接测得色度 分光光度法的准确性要大大高于积分法 LED的热学特性主要指热阻和结温 热阻是指沿热流通道上的温度差与通道上耗散的功率之比 结温是指LED的PN结温度 LED的热阻和结温是影响LED光电性能的重要因素 LED的可靠性包括静电敏感度特性 寿命 环境特性等 静电敏感度特性是指LED能承受的静电放电电压 某些LED由于电阻率较高 且正负电极距离很短 当两端的静电电荷累积到一定值时 这一静电电压会击穿PN结 严重时可将PN结击穿导致LED失效 因此必须对LED的静电敏感度特性进行测试 获得LED的静电放电故障临界电压 目前 一般采用人体模式 机器模式 器件充电模式来模拟现实生活中的静电放电现象 为了观察LED长期连续使用时光性能的变化规律 需要对LED进行抽样试验 通过长期观察和统计来获得LED的寿命参数 对于LED环境特性的试验往往采用模拟LED在应用中遇到的各类自然侵袭的方法 一般有高低温冲击试验 湿度循环试验 潮湿试验 盐雾试验 沙尘试验 辐照试验 振动和冲击试验 跌落试验 离心加速度试验等 LED高温测试箱 作业 描述一种LED颗粒的封装过程 请画出流程图 描述各