LED封装生产实习报告

1 生生 产产 实实 习习 报报 告告 单位 单位 五邑大学应用物理与材料学院五邑大学应用物理与材料学院 专业 专业 应用物理学应用物理学 指导老师 指导老师 撰写人 撰写人 阿光阿光 撰写时间 撰写时间 2010 年年 11 月月 24 日日 2 一 实习目的一 实习目的 通过生产实习 了解本专业的生产过程 巩固所学专业知识 了解 LED 封装产业的 发展现状 熟悉 LED 封装和数码管制作的整个流程 掌握 LED 封装流程中的各种方法及 其存在问题 尝试找出更佳的方法提高公司的产品率 二 实习时间二 实习时间 2010 年 11 月 8 日 2010 年 11 月 20 日 三 实习单位三 实习单位 江门市长利光电技术有限公司 吉华精密光电有限公司 四 实习内容四 实习内容 1 LED 封装产业发展产业现状网上调研封装产业发展产业现状网上调研 LED 光电产业是一个新兴的朝阳产业 具有节能 环保的特点符合我们国家的能源 减碳战略 从而获得更多的产业和市场需求 成为一道亮丽的产业发展风景 LED 产业链总体分为上 中 下游 分别是 LED 外延芯片 LED 封装及 LED 应用 作为 LED 产业链中承上启下的 LED 封装产业 在整个产业链中起得无可比拟的重要作用 另外中国是 LED 封装大国 据估计全世界 80 数量的 LED 器件封装集中在中国 下面我 们从八方面来论述我国 LED 封装产业的现状与未来 1 1LED 的封装产品的封装产品 LED 封装产品大致分为直插式 贴片式 大功率三大类 三大类产品中有不同尺寸 不同形状 不同颜色等各类产品 1 2LED 封装产能封装产能 中国已逐渐成为世界 LED 封装器件的制造中心 其中包括台资 港资 美资等企业在 中国的制造基地 据估算 中国的封装产能占全世界封装产能的 60 并且随着 LED 产业的聚集度在中 国的增加 此比例还在上升 大陆 LED 封装企业的封装产能扩充较快 随着更多资本进入 大陆封装产业 LED 封装产能将会快速扩张 1 3 LED 封装生产及测试设备封装生产及测试设备 LED 封装主要生产设备有自动固晶机 自动焊线机 自动封胶机 自动分光分色机 动点胶机 自动贴带机等 LED 主要测试设备有 IS 标准仪 光电综合测试仪 TG 测试 测试仪 积分球留名测试仪 荧光粉测试仪 冷热冲击箱 高温箱等 中国在封装设备硬件上 由于购买了最新型和最先进的封胶设备 拥有后发优势 具备 先进封装技术和工艺发展的基础 3 1 4 LED 芯片芯片 LED 封装器件的性能在 50 程度上取决于芯片 50 取决于封装工艺和辅助材料 目前中国大陆的 LED 芯片企业约有十家左右 起步较晚 规模不够大 最大 LED 芯 片企业年产值约 3 个亿人民币 每家平均产能在 1 至 2 个亿 国内中小尺寸芯片已能基本满足国内封装企业的需求 大尺寸还需要进口 主要来自 美国 台湾企业 国产品牌的中小尺寸芯片性能与国外品牌差距较小 具有良好的性价比 能满足绝大 部分 LED 应用企业的需求 国产大尺寸瓦级芯片还需努力 以满足未来照明市场的巨大需求 随着资本市场对上游芯片企业的介入 预计未来三年我国 LED 芯片企业将有较大的发 展 将有力地促进 LED 封装产业总体水平的提高 1 5 LED 封装辅助材料封装辅助材料 LED 封装辅助材料主要有支架 胶水 模条 金线 透镜等 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 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 耐紫外线 优异 折射率及良好的膨胀系数等 随着全球一体化的进程 中国 LED 封装企业已能应用到世界上最新和最好的封装辅助 材料 1 6 LED 封装设计封装设计 直插式 LED 的设计已相对成熟 目前主要在衰减 光学配比 失效率等方面可进一步 上台阶 贴片式 LED 的设计尤其是顶部发光的 SMD 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 LED 的设计则是一片新天地 功率型大尺寸芯片制造还处于发展阶段 使得功 率型 LED 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 目前中国的 LED 封装设计水平还与国外行业巨头有一定的差距 这也与中国 LED 行业 缺乏规模龙头企业有关 缺乏有组织 有计划的规模性的研发设计投入 1 7 LED 封装工艺封装工艺 LED 封装工艺包括固晶参数工艺 焊线参数工艺 封胶参数工艺 烘烤参数工艺 分 光分色工艺等 我国 LED 封装企业这几年快速发展 LED 封装工艺已经上升到一个较好 的水平 不过我国大功率封装工艺水平还有待进一步完善 1 8 LED 封装器件的性能封装器件的性能 小芯片的亮度已与国外最高亮度产品接近 在光衰方面我国 LED 封装工艺经过多年的 发展和积累 已有较好的基础 在光衰的控制上已与国外一些产品匹敌 失效率与芯片质 量 封装辅助材料 生产工艺 设计水平和管理水平相关 中国封装企业的 LED 失效率整 体水平有待提高 不过也有少量中国优秀封装企业的失效率已达到世界水平 LED 的光效 4 90 取决于芯片的发光效率 中国 LED 封装企业对封装环节的光效提高技术也有大量研究 如果中国在大尺寸瓦级芯片的研发生产上取得突破及量产 将会极大促进功率型封装器件 光效的提高 2 直插式直插式 LED 封装工艺基本流程封装工艺基本流程 2 1 固晶固晶 在固晶前我们首先要确定我们加工的这批产品是 L 型 垂直型 还是 V 型 水平型 封装 因为如果我们选择 L 型封装那么我们就要对应选择能够导电的银胶 相反我们选择 V 型封装就要选择绝缘胶 除此之外我们要根据客户的要求 这一批产品是聚光还是散光 不同要求我们就要选取不同的支架 当确定芯片 胶水和支架时 那么我们就可以开始固 晶了 以下以聚光 垂直型封装为例 首先是往支架的聚光杯里面注入适量的 银胶 然后再往里面放进芯片 这一道工序的最后一步是烘烤 就我个人认为这一到工艺最重要的有三步 如果不做好一定会影响 LED 光效率 其一 注入银胶量的多少 采用银胶的目的是粘著芯片和支架 还有就是利用银胶导电 性 胶量最好控制在芯片高度的 2 3 1 2 如果胶量过多 超过芯片高度 1 2 会造成 PN 结 短路 最终而无法正常发光 还有银片间的结合层阻值还会增大 另外银胶量少或者缺胶 那就无法起到粘着芯片的作用 其二 芯片放置的位置及放置时的力度 在固晶中我们最理想的状态是把芯片放置在聚 光杯的正中央 这样方便我们更好的采光 如果我们把芯片的位置放偏了 一方面在下一 步自动焊线机中有可能找不到芯片的电机进行焊接 最后会造成死灯 另外就算焊接好了 那么聚光杯无法最大化的采集光线 光效率大减折扣 出现不良品的原因有 芯片悬浮在 银胶上 芯片倾斜超过 5 焊线就找不到位置 晶粒表面破损 1 4 晶粒翻转和芯片表 面粘胶 其三 烘烤温度及时间的控制 温度过低我们就无法使银胶固化 芯片与支架粘附 不好 芯片可能会脱离 另外温度过高 产生应力大 体积电阻也相应发生变化 进一步 影响焊线工艺 2 2 焊线焊线 完成固晶这一步工序之后 接下来我们就要进行焊线工作 焊线的目的是在压力 热量和超声波能量的共同作用下 使金线在芯片电极和外引线键合区之间形成良好的欧姆 接触 完成内外引线的连接 2 2 1 技术要求技术要求 a 金丝与芯片电极 引线框架键合区间的连接牢固 b 金丝拉力的测试 第一焊点金丝拉力以最高点测试 从焊丝的最高点垂直引线框架表面 在显微镜观察下向上拉 测试拉力 如果我们抽取的样品拉力不够 就要改变金线弧度 长度等参数 否则下一道工艺灌胶会把金线拉断 造成死灯现象 因此这是 LED 焊线工序 参考是否合格的一个参数 c 焊点的要求 第一焊点是金球与芯片电极的键合 如果没有选择好正确的参数 那么我 们就会造成偏焊 虚焊 偏焊和虚焊都会影响电气连接 会出现漏电的现象 影响 LED 的 发光及其寿命 第二焊点要增大表面积牢固的把它焊在支架的另一边上 d 焊线的要求 焊线的检测也作为焊线工序合格的一个参数 合格的焊线要求各条金丝键 5 合拱丝高度合适 无塌丝 无多余焊丝 焊丝的弧度不对 就会有可能造成阴阳极接触 出现短路现象 焊线多余除开会出现短路现象 还会出现漏电 影响 LED 正常发光 及寿命 2 2 2 工艺参数的要求工艺参数的要求 由于不同机台的参数设置都不一样 所以就没有对参数进行统一 在这过程中主要的 参数有键合温度 第一第二焊点的焊接时间 焊接压力 焊接功率 拱丝高度 烧球电流 丝尾长度等等 焊接时间影响它的牢固性 焊接压力和功率过大会损坏芯片 高度不当会 造成短路 烧球电流过小满足不了焊点要求 要做好焊线这一步工序就要严格控制 哪一 步也不能麻烦 否则会影响产品质量 2 2 3 注意事项注意事项 a 不得用手直接接触支架上的芯片以及键合区域 b 操作人员需要佩戴静电手环 穿防静电工作服 避免静电对芯片造成伤害 c 材料在搬运过程中须小心轻放 避免静电的产生及碰撞 需防倒丝 塌丝 断线及粘 附杂物 2 2 4 问题讨论 为什么要金线焊接 铜线可不可以 问题讨论 为什么要金线焊接 铜线可不可以 丝球焊广泛采用金引线 金丝具有电导率大 耐腐蚀 韧性好等优点 广泛应用于集 成电铝丝由于存在形球非常困难等问题 只能采用楔键合 主要应用在功率器件 微波器 件和光电器件 但是金的价格昂贵 成本较高 很多研究结果表明铜是金的最佳代替品 铜丝球焊具有很多优势 a 价格优势 成本只有金丝的 1 3 1 10 b 电学性能和热学性能 铜的导电率比金的导电率大 铜的热导率也高于金 c 机械性能 铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线键合 d 焊点金属间化合物 对于金引线键合到铝金属化焊盘 会出现 紫斑 和 白斑 问题 并且因金和铝两种元素的扩散速率不同 导致界面处形成柯肯德尔孔洞及裂纹 降低了焊 点力学性能和电学性能 对于铜引线键合到铝金属化焊盘 研究较少 不过有些 人认为较好 因此 铜丝球焊焊点的可靠性药高于金丝球焊焊点 但是目前铜丝球焊所占引线键合的比例依然很少 主要是因此铜丝球焊技术面临着一 些难点 1 铜容易被氧化 键合工艺不稳定 2 铜的硬度 屈服强度等物理参数高于金和铝 键合时需要施加更大的超声能量和键合 压力 因此容易对硅芯片造成损伤甚至是破坏 2 3 点荧光粉点荧光粉 点荧光粉是针对白光 LED 主要步骤是点胶和烘烤 根据查资料 目前所有荧光粉有两种 其中一个是 蓝色芯片 YAG 另一种是 紫 色或紫外 RGB 荧光粉 不过现在市场上用的主要是前者荧光粉 后者还不成熟存在较多 要解决的问题 就 YAG 为例说明 LED 荧光粉的配比问题 改变树脂内 YAG 荧光体浓度 之后 LED 色区坐标的结果 由图可知只要色坐标是在 LED 与 YAG 荧光体两色坐标形成 的直线范围内 就可任意调整色调 依此可知 YAG 荧光体浓度较低时 蓝色穿透光的比 率较多 整体就会呈蓝色基调白光 相对的如果 YAG 荧光体浓度较高时 黄色转换光的 比率较多 整体呈黄色基调白水 2 4 灌胶灌胶 6 灌胶的过程是先在 LED 成型模腔内注入液态环氧 然后插入焊好的 LED 支架放入烘 箱让环氧固化后 将 LED 从模腔中脱出就成型了 LED 灌胶工艺看似很简单 但是还 要注意一下几个方面 1 将模条按一定方向装在铝盘上 吹尘后放进 125 40 分钟的烘箱内进行预热 2 根据生产的需求量进行配胶 后将已配好的胶搅拌均匀后置入 45 15 分钟的真空烘箱 内进行脱泡 3 进行灌胶 后进行初烤 初烤的温度和时间要看 LED 的直径大小 4 进行离模 为了更好的固化 后进行长烤 125 6 8 小时 如果灌胶的不良 可能会出现一下现象 1 支架插偏 支架插深 支架插浅 支架插反 支架爬胶 支架变黄 氧化 烘烤温度过 高或时间过长 2 环氧树脂中有气泡 3 杂质 多胶 少胶 雾化 4 胶水水纹 胶体损伤 胶体龟裂 胶水老化或比例不对 胶体变黄 A 胶比例过大 2 5 切筋 测试 分光 包装切筋 测试 分光 包装 由于 LED 在生产中是连在一起的 不是单个 Lamp 封装 LED 采用切筋切断 LED 支 架的连筋 如果是 SMD 式的 LED 则是在一片 PCB 板上 需要划片机来完成分离工作 然后我们就可以对切筋后的 LED 进行测试 光电参数 检测外形尺寸 以此同时根据客户 要求用分光 分色机对 LED 产品进行分选 最后对分好类的 LED 产品进行计数包装 超 亮度 LED 需要放静电包装 3 数码管封装数码管封装 数码管的封装在工艺上其实和直插式 LED 没什么太大的区别 都要进过固晶 焊线 灌胶 检测这几个工序 甚至他们在这些工序的标准也是一样的 比如说 固晶时银胶的 用量 芯片的位置和烘烤 再就是焊线的判别合格标准都和直插式 LED 封装中的一样 以 下是数码管的封装 1 1 准备现成 PCB 板及 pin 脚 然后按照要求插 pin 接着就是拿去压 Pin 如果是多位数 码管那么我们还要进行焊接 由于我们接下来的工序是固晶 如果我们没有保证 PCB 板表 面清洁 那么就会直接影响固晶效果 为此我们还有对带 Pin 脚的 PCB 板进行超声波清洗 超声波清洗机有两个槽 其中清洗有三个步骤 一就是把材料放进含有三氯乙烯溶液的第 一个槽温度大概 60 清洗十几分钟后我们把材料放置在第二个槽的上面气浴 三我们在 放上一点晾干 那么固晶前准备工作已经完成 1 2 固晶 1 3 焊线 1 4 灌胶 这一步只需要把已经焊好线的 PCB 板放置在模板上灌上胶水即好 注意事项和 LED 制造差不多 其中胶水的种类和配比与直插 LED 时不一样 后者用了两种胶水 而 后者三种胶水 1 5 检测 剪 Pin 刻字 最后包装入库 4 IC 的制造的制造 在 IC 制造过程中 和其他两种产品制造不一样的是 而又是最为重要的两步是 7 4 1PCB 板的切割 一块 PCB 板里面的大概集成几百个 IC 如果对这工序不是很熟悉 操作错误 那么就会造成巨大的损失 据了解吉华公司在这方面的成品率大概为 80 估计大部分不良品与这一步骤操作不当有关 4 2在烘烤已焊好的 PCB 要在三十分钟之内拿去真空包装 否则包装不了包装后的干燥 有可能造成 IC 的击穿 在我们实习时 他们加工的是一种红外感应 IC 在显微镜下我们可以很清楚地看见 IC 里 面有三个类似与 LED 的东西 其中有一个是可以发射红外线的 LED 另外两个是接收头 一个是红外接收头 另一个白光接收头 5 实习企业各项指标对比实习企业各项指标对比 企业文化是一个企业为解决生存和发展的问题而树立形成的 但是它也指企业在实践 中 逐步形成的为全体员工所认同 遵守 带有本企业特色的价值观念 经营准则 经营 作风 企业精神 道德规范 发展目标的总和 为此我个人认为企业文化集中体现了一个 企业管理的核心主张 更是一个企业蓬勃发展的前提 在实习这两周里面 虽然我无法去了解两间公司的本质而去评价 仅从我所观察到的 我发觉中国民营企业与台资企业之间的差别 就企业管理而言 吉华光电精密有限公司的部门设置合理 管理部 销售部 人事部 技 术部等 还有职位分工明确 上置部分经理 接着到车间科长 班长 员工 他们都在自 己的岗位上各施其职 每一个工序上配有相应的品管 虽然长利光电有限公司也设置相应 的部门 但是据我观察 长利光电部门之间的分工不是很明确 很多部门的人数设置不合 理 就好像人事部只有一个员工 特别是员工与员工之间分工合作不明显 另外从企业制 度来说 我还是认为吉华光电严于长利 比如在吉华如果我们员工要离开工作岗位 那必 须要取得离岗证才可以离开 在长利光电我没有看到这种制度 另外吉华的惩罚制度比较 严格 可是在员工口中并没有听到他们相应有什么很好的奖励制度 这个也是他们的疏忽 之处 企业环境方面 两间公司都有他各自的特点 吉华光电的外部环境给人看起来舒适 内部环境规划合理 相比之下长利纵使内部环境设置的很好 起到很好的防静电效果 可 是外部环境搞的不是那么美观 特别是员工的生活区 就员工的娱乐设施 吉华比长利略 胜一筹 由于长利面积过小 所以几乎没有什么娱乐设施 就我个人而言一间公司能否取得更高的效率 不仅仅是在乎它的生产 一下是我实习 后会企业管理的一些见解 其一 公司要合理设置部门 具有明显的分工和有效的合作 另外制定长期计划根据本公 司的发展侧重某一些部门发展 长利光电应该注意长期的发展 完善部门设置 侧重发展 树立自己的品牌 其二 制定严明的公司制度 规定员工在车间要按照制度认真工作 规范他们的行为 还 有奖罚制度要分明 据了解两间公司的惩罚制度都比较厉害 但是相应的奖励制度并没有 体现出来 其三 塑造良好的公司环境 公司不仅仅是表面的注重生产效率 让员工长时间工作 甚 至加班赶任务 还有注意树立企业形象 譬如企业外部环境和广告宣传 其四 定期进行员工素质培训 因为这两间是一个 LED 封装加工厂 有较一大批是素质不 高的员工 也因为这个有可能造成生产效率不是很高 其五 添加更多娱乐设施 长利光电根本就没有什么娱乐设施 许多员工下班后没有更多 的娱乐节目 往往下班都是睡觉 自然他们的积极性不会提高 相对吉华光电 它有篮球 场 网吧 阅览室 电视房 除此之外