LED_基础知识(新辉).ppt

LED芯片基础知识,2013.08.15,一、LED简介二、LED封装简介三、LED封装原物料四、LED基础知识,什么是LED,LED是取自LightEmittingDiode三个字的缩写，中文译为“发光二极管”，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。,LED光源的特点,电压：LED使用低压电源，单颗电压在1.9-4V之间，比使用高压电源更安全的电源。效能：光效高，目前实验室最高光效已达到251lm/w,是目前光效最高的照明产品。抗震性：LED是固态光源，由于它的特殊性，具有其他光源产品不能比拟的抗震性。稳定性：10万小时，光通量为初始的70%。响应时间：LED灯的响应时间为纳秒级，是目前所有光源中响应时间最快的产品。环保：无金属汞等对身体有害物质。颜色：LED的带快相当窄，所发光颜色纯，无杂色光，覆盖整过可见光的全部波段，且可由RGB组合成任何想要可见光。,LED色彩丰富,由于LED带宽比较窄，颜色纯度高，因此LED的色彩比其他光源的色彩丰富得多。据有关专家计算，LED的色彩比其他光源丰富30%,因此，它能够更准确的反应物体的真实性，当然也更受消费者的青睐！,LED发光原理,发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，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，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。,LED产业链,各种各样的LED,LED规格类型（我司常用）,A直插：5草帽头、子弹头、食人鱼B贴片（以外形尺寸定义的）：3020、3528、3014、5060（5050）C大功率：CREE、CITILIGHT、Edison、Osram、SEOUL,DCOB光源：15*12mm、12*8mm、20*20mmE集成大功率：,芯片：三安晶元隆达晶发乾照蓝光士兰华灿109*1110*128*1510*16产品型号：358草帽头346546椭圆形食人鱼等发光角度：15182030150180等亮度：50-1800mcd电压：1.8-2.3V、2.8-3.6V电流：20mA30mA色温：RGB2700-12000K（其它色温可订做）,A、DIP直插,芯片：三安晶元隆达晶发乾照蓝光同方璨元10*1610*2323*4514*28产品型号：3014、3528、5050、2835、5630、3020、3030等发光角度：120加透镜显指：708090亮度：50-1800mcd波长：470nm520nm620nm电压：1.8-2.3V、2.8-3.6V电流：20mA30mA色温：RGB2700-12000K（其它色温可订做）,B、SMD表贴（SurfaceMountedDevices）,芯片：科锐欧司朗三安晶元迪源蓝宝30mil35mil38mil45mil23*45产品型号：3030、3535等发光角度：120加透镜显指：708090亮度：50-1800mcd波长：470nm520nm620nm电压：1.8-2.3V、2.8-3.6V电流：20mA30mA色温：RGB2700-6500K（其它色温可订做）,C、1W大功率,芯片：夏普西铁城普瑞三安晶元22*3022*4520*38产品型号：4W5W6W7W8W10W13W15W23W33W63W等发光角度：120度加透镜显色性：8090流明(Lm)：280-5500LM光效（Lm/W）：70-113电压：9.650V单颗3.2-3.5V电流：400-950mA3串3并单颗60-150mA色温：2700K3000K3500K4000K5000K6500K,D、COB（ChipOnBoard）面光源,E、集成大功率,芯片：晶元三安新世纪光宏迪源蓝宝30mil35mil38mil45mil等产品型号：10W30W50W70W100W等散热发光角度：120度加二次光学透镜改变角度流明(Lm)：1000-1200LM8000-10000LM电压：912V单颗3.5V电流：1050MA3串3并350MA10串1并单颗150mA色温：6000-6500K3000-3200K（其它色温可订做）,LED封装,一、LED封装工艺流程,由于LED芯片在切割后依然排列紧密间距很小(约0.1mm)，不利于固晶工序的操作。故采用扩晶机对粘结芯片的膜进行扩张，使LED芯片的间距拉伸到约0.4mm。,（一）、扩晶,撕蓝膜正确手法,扩张机温度设置,工艺要求：1、待实际温度显示为505,方可将晶片环套至伸张盘上作业；2、晶片与离型纸分开时必须非常的小心及慢慢撕开,不可一下将离型纸撕开；3、待扩张之晶片必须放于引伸盘之正中央方可操作；4、作业人员须穿静电服，戴静电帽、口罩静电环（接地型）及静电手套（或静电指套）。,（二）、胶水回温,工艺要求：1、固晶胶冷冻于-40。2、解冻的银胶（绝缘胶），8（12）小时内用完.3、每瓶银胶解冻最多不多于三次4、置放在室温下解冻（约25）1.5小时，直到完全达到室温才可使用，解冻时，严格注意密封，以防止胶可能吸潮。5、搅拌银胶应使用扁平棒同方向均匀搅拌，不可快速搅拌，以避免空气进入形成气泡。搅拌棒使用完后必须清洗干净，且不可放入存储容器内与银胶或绝缘胶放在一起。6、银胶或绝缘胶不能出现分层、变色；不能有杂质、毛丝及颗粒状。,（三）、固晶固晶是结合了点胶和固晶两大步骤，先在LED支架上点上银胶（绝缘胶），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。,工艺要点固晶、点胶位置银胶量(1/3-1/2晶片高度)支架、晶片放置方向固晶后及时烘烤,银胶,点胶动作,固晶动作,胶量控制除流程卡规定外，PLCC双电极用DX-10硅胶，硅胶高度控制在1/31/2晶片高之间，晶片三面以上粘胶；其他涂覆银胶，银胶牌号：CT850或CT220；银胶高度控制在1/23/4晶片高之间，晶片三面以上粘胶，如图以银胶为例所示：,胶量太少（不合格）h1/2H(不合格)h1/3H（合格）,支架晶片、方向,对UG、UB以及UW系列产品，需要加反向齐纳二极管以保护LED免受静电击穿的，齐纳二极管需先固晶、烘烤固化完毕后，再按放LED晶片；对全彩RGB机种，也是同样的处置方法。常规固晶位置图如下：,检验、烘烤,烘烤的目的是使银胶固化，使晶片固着于支架上，利于后续工艺作业。银胶烘烤的温度一般控制在150，2小时。正在烘烤银胶的烤箱必须按工艺要求作业，中间不得随意打开。银胶与不导电胶应用不同的烤箱区分烘烤，防止污染。,晶片倒置晶片破损晶片裂片晶片粘胶晶片重叠,（四）、焊线（特殊重点控制工序）,使用自动焊线设备，完成自动进料、焊线、出料工作。将晶片通过金丝连接在PCB或金属框架对应电极上，形成电路回路。,单电极双电极(对角)双电极(左右),金线打线方式及弧形要求：,说明：A点球径为金丝直径的2-3倍；晶线拉力试验断点在A或E点时,无论拉力有多大均为不良；晶线拉力试验断点在B、C、D点晶线拉力值须在6g(含)以上,焊线工艺要求,1、双电极之负极（小区）金球不允许超出电极区，正极金球同单电极要求，无金球短路（含透明电极）现象；单电极金球偏出电极应1/4球，如下图所示：,金球未超出电极金球偏出电极1/4球(r1/4R)金球偏出电极1/4球(r1/4良好合格不合格,2、焊球大小及形状要求2.1、第一焊点金球形状要求：第一焊点球径为金丝直径的2-3倍,合格金球不对称（不合格）缩径（不合格）,2.2、第二焊点形状及大小要求：,1、合格（3d5d）2、不合格（楔形不对称）3、楔形太窄太长（W3d）,特殊重点工序质量控制要求1、质控项目：金丝拉力F、焊球推力、第一焊点，第二焊点及金丝形状、焊接机台2、质控方法：21、当更换材料、品种或者机台异常停机后必须做首件检验、测试拉力、推力，做好记录。22、有拉力或金球，第二焊点，金丝高度等不符合要求的情况，应立刻向工艺人员反应以便查清原因，及时纠正。23、机台如出现异常，需及时向机修人员或工艺员反应。,（五）封装,LED的封装主要有灌封、点胶、模压三种。目的是保护内部的电路免受外部电路的破坏或不受影响。1、Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED成型模粒内注入液态环氧树脂，然后插入焊好线的LED支架，放入烤箱让环氧树脂固化后，将LED从模粒中脱出即成型。2、对带框架产品，通过点胶等手段将液态环氧树脂涂覆于框架内，保护晶片及内引线，形成制成品。3、将热固性环氧树脂通过模塑成形法实现对管芯及内引线的保护，并使封装出来的LED具有规定的尺寸外形。本工序不适用PLCC型带框架产品。,点胶工艺要点胶水、荧光粉配胶、抽真空（505,15min)点胶量烘烤,目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高，折射率大，热稳定性好，应力小，吸湿性低等特点，明显优于环氧树脂，在白光、功率型灯珠中广泛应用，但成本较高。硅胶：道康宁6630、6301、6650等，长兴GD531环氧：信越1012、1016、1018,配胶方式配胶精确度,凹碗口NG,平碗口OK,凸碗口NG,封装烘烤,1、开启烤箱电源开关，使其升温，按所烘烤产品对烤箱进行时间温度设定。2、达到设定温度后，将待长烤的产品以每托盘为一组排列于烤箱中，达到设定时间后，关掉电源开关待其自然冷却后取出产品（烤箱温度必须达到135或150，才开始进行烘烤固化流程）。3、长烤时长烤是为了让环氧树脂充分固化，同时对LED进行热老化。一定要注意烘烤温度，以免产品过热变形、外壳黄化变色及电极氧化。4、每次长烤的数量不可过多，且注意通风，以保证烤箱内部温度均衡。5、硅胶固化时,一定要与使用环氧树脂的机种区分烤箱固化,且注意固化烤箱的清洁与保养。6、烘烤用烘箱内隔层要求保持水平，材料盒不可正对进出风口，以防倾斜偏光。,工艺要点：温度、时间、摆放,不同封装胶水烘烤参数一览表：,（六）、外观检验,1、气泡：材料芯片和焊线上方及周围(5mil以内)不能有气泡出现，其它位置5mil以下气泡不可超4个，510mil气泡不可超2个，不可有10mil以上气泡。2、杂物：以肉眼看不明显且不影响材料发光为原则，不得有金属残留物存在(例金线未挑干净)。3、塌线：线受外力影响造成下塌而严重变形导致碰到芯片非焊线部位。4、少胶：不可因少胶而导致有金钱外露情形。5、胶体脏：胶体表面出现之脏污程度不得影响到材料的正常发光。6、支架沾胶：支架引脚不得有沾胶现象。7、支架脏：支架表面附着之脏污不得影响材料的可焊性。8、溢胶：胶盖上不得有沾胶现象9、PIN受损：支架脚不得有受损现象。10、支架氧化：支架不得有氧化现象。11、毛刺：胶盖不得有毛刺现象，如果毛刺剥落后肉眼外观无明显异常时，可以作良品。,（七）、冲裁剥离,1、清洁上下模面及集料盘,确认模具内无残料、污垢，集料盘清洁干燥。2、在进行全切制程前,先切1PCS支架进行首件检查,以显微镜检查材料若无裂痕、变形等情况方可作业。3、一个批号的产品全切完毕检视上下模及切割机台确认有无残留之材料，如有确认为同批次产品用酒精擦拭后放入已切材料。4、确认无材料遗漏后将已单颗剥离的材料装入筛网用离子气枪从同一方向吹1-2分钟以去除毛边（铁屑）。5、作业员作业时桌面只能摆放一种材料以防混料，并及时清料。检查新的材料前，必须将工作台清理干净。,（八）、分选,将产品按照设置的光电参数测试，剔除不良品，同时将良品分档，确保同档产品光电参数的一致性。,工艺要点校机光电参数(1)VF:电压V(2)IV:光强mcd(3)WD:波长nm(4)CIEx/y:光色,1、检查圆振盘、平振轨道、转盘、及各Bin料筒，及机台周围是否还有余料，若有余料必须清除。2、每种型号材料在测试前需由品管制定至少3PCS标准管，并做标示以便校验机台。3、取出标准灯对机台参数进行校对，校验无误后，在规格与写档页输入写档名称并开始写档。,4、用一颗标准件将测试机台校正后，须用另外2PCS标准件来验证校正结果，由作业员2H小时校验一次，品管4H抽检一次。5、各项光电参数管控范围：（1）正向电压(VF)：与标准件的偏差须在0.03V以内。（2）主波长(WLD)：与标准值的偏差须在0.3nm以内。（3）坐标(X、Y)：白光：X，Y的值与标准值的偏差须在0.005以内。（4）亮度(IV)：a.普通亮度(低于130mcd)，与标准值的偏差须在3%以内。b.高亮度(高于130mcd)，与标准值偏差须在5%以内。6、如果标准件的IR2A，则此标准件作废。7、标准管、机台校验完毕后：设置档位参数。,（九）、包装编带,将分类好的良品进行卷带包装，利于客户用贴片机自动贴片。,工艺要点混料灯珠方向一致性盖带拉力储存,注意事项：1、将同一BIN材料倒入振动入料盘内振动入料，每编完一档及时清机、检查。2、机台PR设定要准确，以防止无法识别导致极性错误。3、不得有热压不良、盖带偏、盖带拉力不符要求等现象。4、编带包装完成后将型号、等级标示清楚，放入烤箱中做除湿烘烤，烘烤温度为705，时间为12h，烘烤时间最长不可超过24h。超过24小时整卷及散bin半成品需抽真空入库或放入防潮柜。5、每天作业前需对吸嘴及热压刀进行清洗，清洗方式为用棉签蘸酒精擦拭。,三、封装原物料（一）、原物料-芯片,1、分类（1）、按强度级别：按照晶片的价值、抗静电能力、衰减指标等，将晶片性能分为：H高性能；M中性能；L低性能；E其他等（2）、按尺寸大小：088mil099mil1010mil7*97mil*9mil8*108mil*10mil类似的有：9*1110*1212*1213*138*1510*1610*1810*2310*3024*2435*3540*40（3）、按是否测试：专案芯片、原片、方片（4）、按电极数量（常规）：单电极、双电极，前者多为红光、黄光等高波段后者多为绿光、蓝光等底波段（5）、按衬底分：红黄光主要采用GaP、GaAs作为衬底蓝绿光主要采用蓝宝石、碳化硅作为衬底（6）、按波长大小：,2、芯片的组成材料LED晶片的元素为III-V族化合半导体,红黄光：二元GaP磷化镓三元GaAsP磷砷化鎵三元GaAlAs砷化铝镓四元AlGaInP磷化铝镓铟,蓝绿光：GaN氮化鎵InGaN氮化镓铟,3、芯片的参数电压：单电极1.8V-2.6V双电极2.8V-3.6V波长：同上亮度：裸晶参数90-100mcd200-220mcd60-70mcd4、芯片厂家CREE、普瑞、晶元、隆达、新世纪、晶发、奇力、奇美、广稼、华上、泰谷、三安、华灿、迪源、蓝光、蓝宝、士兰、乾照、路美、华光、立德、德豪、同方、映伦等5、部分芯片图,华上10*10晶发7*9奇力12*12,路美10mil乾照9mil三安9mil,（二）、原物料-支架,14*20,20,1、按尺寸类型分类：发光管、点阵数码管、食人鱼、SMD0603、SMD3014、SMD3528、SMD2835、SMD5050、SMD5630、1W伯朗型、集成大功率、集成COB等2、厂家：大铎、一诠、博罗冲压、宏磊达等3、性能：（1）红墨水实验无渗透（2）镀银层膜厚测试:40-100u（1麦为0.026um）（3）打线测拉力、推力、残金符合要求（4）高温150烘烤4H，PPA塑壳无黄化、支架无变形、碗壁内镀银无变色（5）镀层表面无氧化、露铜、起泡、发黑（6）外观尺寸符合要求等,（三）、原物料-金线,1、按类型分类：（1）金线（2）铝线（3）铜线（4）铜钯线（5）金铝合金线2、线径：0.8mil1.0mil1.2mil1.5mil3、厂家：贺利氏、达博4、性能：（1）导电、导热性（2）延展性（3）焊线参数设置,（四）、原物料-胶水,1、按类型分类：（1）、固晶胶水：银胶CT220、CT850-6；硅胶DX-10、DX-20（2）、封装胶水：a、硅胶：道康宁6630、6301、6650等，信越SCR-1018、KER-3000，长兴GD531；b、环氧：信越1012、1016、10182、厂家：信越、道康宁、京瓷、三越、杰果、长兴化工3、性能：（1）导电、导热性（2）折射率、透光率（3）使用注意事项：a：应避免与含有N、P、S等有机化合物，Sn、Pb、Hg、Sb、Bi、As等重金属的离子性化合物，含有乙炔基等不饱和基的有机化合物接触；b：应避免与有机酸等可能与固化剂反应的物质接触；c：搅拌混合时要使用金属或玻璃制品；d：要在阴凉处密封保存，开封后要密封好，防止受潮。,（五）、原物料-荧光粉,1、按类型分类：（1）YAG铝酸盐荧光粉，优点：亮度高，发射峰宽，成本低，应用广泛，黄粉效果较好缺点：激发波段窄，光谱中缺乏红粉的成分，显色指数不高，（2）硅酸盐荧光粉优点：激发波段宽，绿粉较好缺点：发射峰窄，对湿度较敏感，不耐高温，适合用在小功率LED（3）氮化物荧光粉优点：激发波段宽，温度稳定性好，红粉较好：缺点：制造成本高2、厂家：英特美、宏大、虹耀、优彩,LED基础知识,1、LED结温和热阻2、温度对LED的影响3、常用LED光电参数介绍4、应用照明常用光源,LED的结温,结温：是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。,热阻,总热阻为各层热阻之和,热阻：是指反映阻止热量传递能力的综合参量。单位：/W，即物体持续传热功率为1W时，导热路径两端的温差。,LED的寿命,一切事物都有发生、发展和消亡的过程，LED也不例外，是有一定寿命的。早期的LED只是手电筒、台灯这类的礼品，用的时间不长，寿命问题不突出。但是现在LED已经开始广泛地用于室外和室内的照明之中，尤其是大功率的LED照明，其功率大、发热高、工作时间长，寿命问题就十分突出。LED的寿命10万小时，其实只是理论上实验室的寿命。假如不考虑电源和驱动的故障，LED的寿命表现为它的光衰，也就是时间长了，亮度就越来越暗，直到最后熄灭。通常定义衰减30%的时间作为其寿命。单色光光衰50%为失效；照明光衰30%为失效,结温与寿命,大多数白色LED是由蓝色LED照射黄色荧光粉而得到的。引起LED光衰的主要原因有两个，一个是蓝光LED本身的光衰，蓝光LED的光衰远比红光、黄光、绿光LED要快。还有一个是荧光粉的光衰，荧光粉在高温下的衰减十分严重。各种品牌的LED它的光衰是不同的。LED的光衰是和它的结温有关，所谓结温就是半导体PN结的温度，结温越高越早出现光衰，也就是寿命越短。从图上可以看出，假如结温为105度，亮度降至70%的寿命只有一万多小时，95度就有2万小时，而结温降低到75度，寿命就有5