【精品】LED理论知识

1、经常有听到到大家问这个问题，或者看到大家混淆这些术语，所以 特意整理了下，以方便大家了解：1. 发光强度（光度）的含义是什么？答：发光强度（光度，i）疋义为：点光源在某一方向上的发光强度, 即是发光体在单位时间内所射出的光量，也简称为光度，常用单位 为烛光（cd,坎德拉），一个国际烛光的定义为以鲸鱼油脂制成的 蜡烛每小时燃烧120格冷（grain）所发出的光度，一格冷等于0 0648 克2. 发光强度（光度）的单位是什么？答：发光强度常用单位为烛光（cd,坎德拉），国际标准烛光（1 cd）的定义为理想黑体在钳凝固点温度（1769°c）时，垂直于黑体（其表面积为52）方向上的60万分之

2、一的光度，所谓理想黑体 是指物体的放射率等于1,物体所吸收的能量可以全部放射出去， 使温度一直保持均匀固定，国际标准烛光（candela）与旧标准烛 光（candle）的互换关系为 lcandela=0. 981candle3 什么叫做光通量?光通量的单位是什么？答：光通量（©）的定义是：点光源或非点光源在单位时间内所发 出的能量，其中可产生视觉者（人能感觉出来的辐射通量）即称为 光通量。光通量的单位为流明（简写lm） , 1流明（lumen或lm） 定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量， 由于整个球面面积为4 n r2,所以一流明光通量等于一烛光所发出 光通量的

3、1/4 n ,或者说球面有4 71 ,因此按照流明的定义可知一个 cd的点光源会辐射4 ji流明，即（1）（流明）=4nl （烛光），假定 q为很小的立体弧角，在立体角内光通量e,则有二 aqt4. 一英尺烛光的含义是什么？答：一英尺烛光是指距离一烛光的光源（点光源或非点光源）一英 尺远而与光线正交的面上的光照度，简写为lftc （1 lm/ft2,流 明/英尺2）,即每平方英尺内所接收的光通量为1流明时的照度, 并且 lftc=10. 76 lux5. 一米烛光的含义是什么？答：一米烛光是指距离一烛光的光源（点光源或非点光源）一米远 而与光线正交的面上的光照度，称为勒克斯（lux,也有写成l

4、x）, 即每平方公尺内所接收的光通量为1流明时的照度（流明/米2）6. 1 lux的含义是什么？答：每平方公尺内所接收的光通量为1流明时的照度7. 照度的含义是什么？答：照度（e）的定义为：被照物体单位受照面积上所接受的光通 量，或者说受光照射的物体在单位时间内每单位面积上所接受的光度，单位以米烛光或英尺烛光（ftc）表示8照度与光度、距离之间有什么关系？答：照度与光度、距离间的关系是：e（照度）=1（光度）2（距离平方）9.被照体的照度大小与哪些因素有关？答：被照体的照度与光源的发光强度及被照体和光源z间的距离有关，而与被照体的颜色、表面性质及表面积大小无关小亦led工艺技术的基本介绍为了制

5、造发光的if 结型晶体，采用了iii-v和iiiv层的半导体材料，该材料是由培育层、窗口、内反 射器等组合。品体为零级水平的产品，“封装”的品体、开关触点、反射器、热拆卸装置、密封件等称为 发光等或一级水平产品。在简化的模式中，光发生在品体内向p-n结过渡时，此过程的效能称为内量子效率。它由材料的质量（杂 质、缺陷等）所决定，而且还由结构和生产层决定。材料系统的特性决定于波长（颜色），但是，并非产 生在晶体内的光全部发射到外部，这取决于晶体的光学特性（折射系数、内部吸收、几何尺寸）。从晶体 及我周围的晶体组发出的光称为出射效率。总效率是内部最子效率与出射效率的乘枳。独立的智能灯光场 景构建方案

6、（图）1995年前，ledt艺技术的定位在于信号装置中的应用，其主要参数为亮度。1995年后，不但对光效，还 对光通量给予更大的关注。因此，冇必要对led的这些参数与光源类似的参数进行比较。首先led发出的 光与传统光源不同的是冇很强的方向性。为了得到对照值，传统光源需要辅助光学器材，从而说明了冇附 加损耗。与传统照明系统效率有关的有效光通量为灯光通量的50%-75%o其次，led的多数参数与5 mm直 径的装置有关。led通常在晶体内的尺寸约为0。1mm,并按20ma计算。光效为151m/w的5 mm的led的光通量约为llmo对于这样的电流和光通量不需要太严格的热条件。对于照 明來说，通常

7、需要几pi到几千个5 mm的led來代替常用的光源。因此led灯具应是一个集合的装置，它 包含有大最的单个led,该led具有适当的电气、绝热和机械参数，达到二级水平产品。当采用标准的5 mm led时,二级水平产品的尺寸变得极大,而且与费用无关。因此,为使照明中采用led,所需的工艺技 术与标准5価辐射器有本质区别。为使二级水平产品的尺寸和价格保持在可接受的框架内，照明中的二极管的数量必须减少，而单个led发 出的光应增长10-100倍。为了实现此h标，需要增大晶体的尺寸和输出电流值。这样强大的led在1997 年首次山iip公司推出。从木质上看，led与传统光源的基木区别是：led （二级

8、水平）具有光强分布曲线 的性能和具有在常用灯具中灯与光学器件纽合情况下的光通量。二、led工艺技术与白光led发出似是而非的单色光，在带颜色光照明装置中，与多数传统光源相比较，山于其较高的动力效能， 认为颜色光是较好的。但在用led代替传统光源前，必须确定白光led应达到的必要效率水平和质量。山 于辐射蓝一绿光谱成份的gan的led空前进展,白光的灯具冇远人的前景。冇两种办法可以实现白光led：一种是将单独辐射红、绿、蓝色光的led混合（称为rgb）；另一种是将带荧光粉辐射的g汕蓝色辐射组 合，它可使蓝色光部分变为长波辐射，并与剩余的蓝色光结合而发出门色光。无论是第一种或是第二种方 法均可获得

9、含有二种颜色成份的白色光；具有三种颜色成份的可得到高质量颜色（隔为80-90）,为此， 利用荧光粉的工艺技术使用二种不同的成份，还有中间的方案rgb法理论上较为有效，但需要辅助光学器件，从而导致效率降低和系统价格的提高。带荧光粉的问题简 单，它与荧光粉效率有关，它可变成-种rgb系列。但是，这两种工艺技术间的主要区别在于，rgb法可 以“混合颜色”，此时的荧光粉是有稳定性能。与荧光粉不同，rgb法在照明领域开辟了新的可能性。从 白光led光效用长前景來看，led采用荧光粉，在接近2005年可达到良好的结果，光效为501m/w，可以预 测，白光led可用于今天使用灯泡和卤鹄灯的场所。提高取光效率

10、降低热阻，功率型led封装技术面对挑战 超高亮度led的应用面不断扩大，首先进入 特种照明的市场领域，并向普通照明市场迈进。由于led芯片输入功率的不断提高，对这些功率型led 的封装技术提出了更高的耍求。功率型led封装技术主要应满足以下两点要求：一是封装结构耍冇高的取 光效率，其二是热阻耍尽可能低，这样才能保证功率led的光电性能和可*性。半导体led若要作为照明光源，常规产品的光通量与白炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。 因此，led要在照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级。功率m 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

11、其内量子效率还需进一步提高,但获 得高发光通量的最人障碍仍是芯片的取光效率低。现有的功率型led的设计采用了倒装焊新结构来提高芯 片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增人芯片而积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从 而获得较高的发光通量。除了芯片外,器件的封装技术也举足轻at关键的封装技术工艺有：散热技术传统的指示灯m led封装结构，一般是用导电或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯屮或载片台上， 由金丝完成器件的内外连接后用环氧树脂封装而成，其热阻高达250v/w300c/w,新的功率型芯片若 采川传统式的led封装形式.将会因为散热不良而导致芯片结温迅速上升和环氧碳化变黃，从而造成器

12、件 的加速光衰辽至失效，甚至【人1为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。因此，对于大工作电流的功率型led芯片，低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是功率型led 器件的技术关键。可采用低阻率、高导热性能的材料粘结芯片；在芯片下部加铜或铝质热沉，并采用半包 封结构，加速散热；其至设计二次散热装置，來降低器件的热阻。在器件的内部，填充透明度高的柔性硅 橡胶,在硅橡胶承受的温度范围内（-般为-40°c20ctc）,胶体不会因温度骤然变化而导致器件开路，也不 会出现变黄现象。零件材料也应充分考虑其导热、散热特性，以获得良好的整体热特性。二次光学设计技术为提高器件的取光效率，设计外加的

13、反射杯与多重光学透镜。功率型led白光技术常见的实现白光的工艺方法有如下三种：（1）蓝色芯片上涂上yag荧光粉，芯片的蓝色光激发荧光粉发出540nm56（）nm的黄绿光，黄绿光与 蓝色光介成白光。该方法制备相对简单,效率高，具有实用性。缺点是布胶量一致性较差、荧光粉易沉淀 导致出光而均匀性差、色调一致性不好；色温偏髙；显色性不够理想。（2）rgb三基色多个芯片或多个器件发光混色成h光，或者用蓝+黄绿色双芯片补色产生白光。只要散 热得法，该方法产生的口光较前-种方法稳定，但驱动较复杂，另外还要考虑不同颜色芯片的不同光哀速 度。（3）在紫外光芯片上涂rgb荧光粉，利用紫光激发荧光粉产生三肚色光混色

14、形成口光。山于目前的紫 外光芯片和rgb荧光粉效率较低，仍未达到实用阶段。厦门华联电子冇限公司目前已采用方法和进行白光led产品的批屋生产，并已进行了 w级功率 led的样品试制，积累了一定的经验。我们认为，照明用w级功率led产品耍实现产业化还必须解决如 下技术问题：1粉涂布量控制：led芯片+荧光粉丁艺采用的涂胶方法，通常是将荧光粉与胶混合后用分配器将其涂到芯片上。在操作过程屮，山于载体胶的粘度是动态参数、荧光粉比重大于载体胶而产生 沉淀以及分配器椿度等因素的影响，此h艺荧光粉的涂布量均匀性的控制冇难度，导致了白光颜色的不均 匀。2. 片光电参数配合：半导体工艺的特点，决定同种材料同一晶圆

15、芯片z间都可能存在光学参数（如波长、 光强）和电学（如正向电压）参数差异。rgb三基色芯片更是这样，对于口光色度参数影响很大。这是产业化 必须要解决的关键技术z-o3. 根据应用要求产生的光色度参数控制：不同用途的产品，对白光led的色坐标、色温、显色性、光 功率（或光强）和光的空间分布等要求不同。上述参数的控制涉及产品结构、工艺方法、材料等多方面因素 的配合。在产业化生产中，对上述因素进行控制，得到符合应用耍求、一致性好的产品十分重耍。检测技术与标准随着w级功率芯片制造技术和口光led工艺技术的发展，led产品正逐步进入（特种）照明市场，显 示或指示用的传统led产品参数检测标准及测试方法已

16、不能满足照明应用的需要。国内外的半导体设备仪 器生产企业也纷纷推出各自的测试仪器，不同的仪器使用的测试原理、条件、标准存在一定的差界，増加 了测试应用、产品性能比较工作的难度和问题复杂化。 我国光学光电子行业协会光电子器件分会行业 协会根据led产品发展的需要，于2003年发布了“发光二极管测试方法（试行）”，该测试方法増加了对led 色度参数的规定。但led要往照明业拓展，建立led照明产品标准是产业规范化的重要手段。筛选技术与可*性保证由于灯具外观的限制，照明用led的装配空间密封且受到局限，密封且冇限的空间不利于led散热， 这意味着照明led的使用环境要劣于传统显示、指示用led产品。

17、另外，照明led是处于大电流驱动下 工作，这就对其提出更高的可*性耍求。在产业化生产中，针对不同的产品用途，进彳了适半的高温老化、温 度循坏冲击、负载老化工艺筛选试验，剔除早期失效品，保证产品的可*性很有必要。静电防护技术山于gan是宽禁带材料，电阻率较高，该类芯片在生产过程中因静屯产生的感生电荷不易消失，累积 到相当的程度，可以产生很爲的静电电压。当超过材料的承受能力时，会发生击穿现象并放电。蓝宝石衬 底的蓝色芯片英正负电极均位丁芯片上面，间距很小；对t ingan/algan/gan 质结，ingan量子阱结 构层仅儿十纳米，对軸电的承受能力很小，极易被静电击穿，使器件失效。因此，在产业化

18、生产屮，静电的防范是否得当，直接影响到产品的成品率、町*性和经济效益。静电的 防范技术有如下几种：1对生产、使用场所从人体、台、地、空间及产品传输、堆放等方面实施防范，手段冇防静电服装、 手套、手环、鞋、垫、盒、离子风扇、检测仪器等。2. 芯片上设计静电保护线路。3. led ±装配保护器件。厦门华联电子冇限公司长期从事半导体led及其他光电子器件的研制、生产。目前在功率led方而， 已具备“食人鱼”、三基色芯片plcc功率型led产品的量产能力，并用于室外装饰应用产品出口欧美市 场。在多芯片混色白光技术应用方而，已有彩色显示模块出口。w级功率型led已进行研制，并推出r、 y、g、

19、b、w 色，两种外形样品。lf=350ma 下的光效分别约为 141m/w、1 llm/w、121m/w、41m/w 和 i1.51m/w。相关链接功率型led封装技术现状功率型led分为功率led和w级功率led两种。功率led的输入功率小丁- 1w(儿十毫瓦功率led 除外)；w级功率led的输入功率等于或大于iwo国外功率型led封装技术功率led绘早有hp公司丁 20枇纪90年代初推出“食人鱼”封装结构的led,并t 1994年推出改进型的“snap led”，有两种丁作电流，分别为70ma和150ma,输入功率可达0.3w。接osram公司推ip," power top l

20、ed”。之后一些公司推出多种功率led的封装结构。这些结构的功率led比原支架式封装的led输入 功率提高几倍，热阻降为几分z-。(2)w级功率ledw级功率led是未来照明的核心部分，所以世界各人公司投入很人力量，对w级功率led的封装技 术进行研究开发。单芯片w级功率led最早是ill lumileds公司于1998年推出的luxeon led,该封装结构的特点是 采用热电分离的形式,将倒装芯片用硅载体直接悍接在热沉上,并采用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等 新结构和新材料，现可提供单芯片1w、3w和5w的大功率led。osram公司于2003年推出单芯片的 "golden dra

21、gon"系列led,其结构特点是热沉与金属线路板直接接触，具有很好的散热性能，而输入功 率可达1w。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 司独冇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2(x)3年推出山64 只芯片组合封装的人功率光led。口亚公司于2003年推出号称是全世界最亮的白光led,其光通量可 达6001m,输出光束为10001m时，耗电量为30w,最大输入功率

22、为50w,提供展览的口光led模块发光 效率达331m/w。有关多芯片组合的大功率led,许多公司根据实际市场需求，不断开发出很多新结构封装的新产品， 其开发研制的速度非常快。国内功率型led封装技术国内led封装产品的品种较齐全，据初步估计，全国led封装厂超过200家，封装能力超过200亿 只/年，封装的配套能力也很强。但是很多封装厂为私营企业，规模偏小。但我国台湾uec公司(国联)采用 金属键合(me【al bonding)技术封装的mb系列大功率led的特点是，用si代替gaas衬底，散热好，并以 金属黏结层作光反射层，提高光输出。中国电子科技集团公司笫13研究所对功率型led封装技术

23、开展研究工作，并开发出功率led产品。 英他有实力的led封装企业(外商投资除外)，如佛山国星、厦门华联等，很早就开展功率型led的研发工 作，并取得了较好的效果，如“食人鱼”和plcc封装结构的产品，均可批量生产，并已研制出单芯片1w 级的大功率led封装的样品。对于大功率led封装技术的研究开发，日前国家尚未正式支持投入，国内研究单位很少介入，封装企 业投入研发的力度(人力和财力)还很不够，形成国内对封装技术的开发力量薄弱的局而，封装的技术水平 与国外相比还有相当的差距。半导体封装业占据了国内集成电路产业的主体地位，如何选择电子封装材料的问题显得更加重要。根据资 料显示，90%以上的晶体管

24、及70%80%的集成电路已使用槊料封装材料，而环氧树脂封装槊粉是最常见 的犁料封装材料。本文将对环氧树脂封装槊粉的成分、特性、使用材料加以介绍，希望对ic封装工程师们 在选择材料、分析封装机理方而冇所帮助。1封装的目的半导体封装使诸如二极管、晶体管、ic等为了维护本身的气密性，并保护不受周围环境屮湿度与温度的影 响，以及防i匕电子纽件受到机械振动、冲击产生破损而造成纽件特性的变化。因此，封装的目的有下列儿 点：防止湿气等由外部侵入；(2)以机械方式支持导线；(3)冇效地将内部产生的热排出；(4)提供能够于-持的 形体。以陶瓷、金属材料封装的半导体组件的气密性较佳，成木较高，适用于可*性要求较高

25、的使用场合。以塑料 封装的半导体组件的气密性较差，但是成木低，因此成为电视机、电话机、计算机、收音机等民用品的主 流。2封装所使用的塑料材料半导体产品的封装大部分都采川环氧树脂。它具有的一般特性包括：成形性、耐热性、良好的机械强度及 电器绝缘性。同时为防止对封装产品的特性劣化，树脂的热膨胀系数要小，水蒸气的透过性要小，不含对 元件有彩响的不纯物，引线脚(lead)的接着性要良好。单纯的一种树脂要能完全满足上述特性是很i木i难的, 因此大多数树脂中均加入填充剂、偶合剂、硕化剂等而成为复合材料來使用。一般说來环氧树脂比其它树 脂更具有优越的电气性、接着性及良好的低压成形流动性，并且价格便宜，因此成

26、为最常用的半导体塑封 材料。3环氧树脂胶粉的纽成一般使用的封装胶粉中除了环氧树脂之外，还含有硬化剂、促进剂、抗燃剂、偶合剂、脱模剂、填充料、 颜料、润滑剂等成分，现分别介绍如下：3. 1 环氧树脂(epoxy resin)使用在封装塑粉中的环氧树脂种类冇双酚a系(bisphenol-a). novolac epoxy、环状脂肪族环氧树 脂(cyclicaliphatic epoxy)、坏氧化的丁二烯等。封装塑粉所选用的坏氧树脂必须含有较低的离子含 最，以降低对半导体芯片表面铝条的腐蚀，同时要具仃高的热变形温度，良好的耐热及耐化学性，以及对 碾化剂具有良好的反应性。可选用单一树脂，也可以二种以上

27、的树脂混合使用。3. 2 硬化剂(hardener)在封装塑粉中用来与环氧树脂起交联(crosslinking)作用的硬化剂可大致分成两类:酸酊类 (anhydr1des);(2)酚树脂(phenolicnovolac)。以酚树脂更化和酸聊更化的坏氧树脂系统冇如下的特 性比较：弗以酚树脂破化的系统的溢胶量少，脱模较易，抗湿性及稳定性均较酸肝破化者为佳；以酸肝硬化者需要较长的硬化时间及较高温度的后硬化(postcure)；兆以酸酊硬化者对表面漏电流缴感的元件具有较佳的相容性；费以酚树脂硬化者在150-175-c z间冇较佳的热稳定性，但温度高于175-(2则以酸肝硬化者为佳。硕化剂的选择除了电气

28、性质z外，尚要考虑作业性、耐湿性、保存性、价格、对人体安全性等因索。3. 3 促进剂(accelerato or catalyst)环氧树脂封装卿粉的硕化周期(curing cycle)约在90-180秒z间，必须能够在短时间内硕化，因此在删 粉中添加促进剂以缩短破化时间是必要的。现在大量使用的环氧树脂塑粉，由丁内含破化剂、促进剂，在混合加工(compounding)后已成为部分交 联的b-stage树脂。在封装使用完毕之询槊粉本身会不断的进行交联破化反应，因此必须将槊粉贮存于5°c 以下的冰柜中，以抑制犁粉的硬化速率，并且瞰粉也冇保存的期限。如果想制得不用低温保存，且具冇怏 的保存

29、期限(lnog shelflife)的塑粉，则一定要选用潜在性促进剂(latentcatalyst),这种促进剂在 室温中不会加速硬化反应，只有在高温时才会产牛促进硬化反应的效果。目前日本已有生产不必低温贮存 的坏氧树脂胶粉，其关键乃在潜在性促进剂的选用。3. 4 抗燃剂(flame retardant)环氧树脂胶粉中的抗燃剂可分成有机与无机两种。冇机系为溟化的环氧树脂或四滉化双酚 a(tetr a bromobisphenol a)o无机系则为三氧化二锤(sb203)的粉末。二者可分开单独使用，也可合 并使用，而以合并使用的抗燃剂效果为佳。3. 5 填充料(liller)在封装犁粉中，填充料

30、所占的比例最多，约在70%左右，因此填充料在封装朔粉屮扮演着十分垂要的角色。3. 5. 1在塑粉中加入适量适质的填充料，具有下列几个目的：1)减少测粉便化后的收缩；2)降低环氧树脂的热膨胀系数；3)改善热传导；4)吸收反应热；5)改善硕化树脂 的机械性质与电学性质；6)降低塑粉成本。3. 5. 2填充料的种类使用于环氧树脂塑粉中的填充料，除了耍能改善电绝缘性、电介质特性之外，尚须具有化学安定性及低吸 湿性。一般常用的填充料有以下几种：(1)石英；(2)高纯度二氧化硅(使用最为广泛)：(3)氢氧化铝；(4)氧化铝：(5)云母粉末；(6)碳化硅。3. 5. 3 二氧化硅(sio2,silica)环

31、氧树脂的热膨胀系数平均约为65x 10-6m / cm / °c；,比对封装树脂中的金属埋人件的热膨胀系数大很 多。半导体所川的框架(lead frame)与环氧树脂相差甚远。若以纯树脂来封装半导体元件，由丁彼此间 热膨胀系数的差异及元件工作时所产生的热，将会产生内应力及热应力而造成封装材料的龟裂。因此加入 槊粉中的填充料，除了耍能减少树脂与金属埋入件间的热膨胀系数外，也要具冇良好的导热功能。二氧化硅粉末可分成结品性二氧化硅及熔融二氧化硅。结品性二氧化砖具冇较佳的导热性但热膨胀系数较 大，対热冲击的抵抗性差。熔融二氧化硅的导热性质较差，但却拥有较小的热膨胀系数，对热冲击的抵抗 性较佳

32、。表2是熔融性与结晶性二氧化硅充填的坏氧树脂胶粉的性质比较，可看出熔融性二氧化硅除了导 热性质较差外，挠曲强度及耐湿性均低于结晶性二氧化硅。此外，填充料用量的多少以及粒子的大小、形状、粒度分布等对于教粉在移送成形(transfcnnolding)时的流 动性，以及封装后成品的电气性质均会造成影响，这些因素在选用填充料时均要加以考虑。3. 6 偶合剂(coupliung agent)在环氧树脂中添加少量的偶合剂，能产生下列作用：增加填充料与树脂z间的相容性与亲和力;增加胶粉与埋人元件间的接着力:减少吸水性;提窩挠曲 强度；降低成形中塑粉的粘度，改善流动性；改善胶粉的热消散w 了 (thermal

33、dussipation factor)> 损失因子(loss fac-tor)及漏电流(leakagecurrent).3. 7 脱模剂(日 elease agent)环氧树脂的粘着性良好，对模具也会产生接着力，而影响加工封装完毕后的脱模，因此加入脱模剂来改善 胶粉与模具之间的脱模能力。一般常用的脱模剂有：腊、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙等。脱模剂的种类 与用暈耍视瞰粉配方(树脂、硬化剂、填充料)而定。脱模剂的用暈耍适当，如果用量太少会使脱模不易； 和反，如果用暈过多，不但容易河染模具，更会降低胶粉与埋入框架、引线间的粘着力，玄接影响到元件 的耐湿性及可*性。下图为脱模剂添加量与接着力的关

34、系，脱模剂添加愈多，胶粉与埋人件间的接着力下降 也愈多。3. 8 颜料(pigment)通常视成品的颜色来添加颜料。-般的封装胶粉均以碳黑为颜料，因此成品具有黑色的外观。3. 9 润滑剂(lubricant)为了增加胶粉在加工成形中的流动性，有时可加入部分润滑剂來降低粘度。但是此举往往会造成胶粉的玻 璃转移温®(tg glass transistion temperature)的降低及电气特性的为化，因此若冇需耍加入润滑 剂，最好选用反应性稀释剂(re-active diluent),使稀释剂分子能与树脂产生化学结合，以避免t2及 电气特性的劣化。4坏氧树脂塑粉的基木特性前面我们己提

35、到一些槊粉所要具备的特性，下面将进一步探讨这些特性。4. 1耐热性4. 1. 1玻璃转移温度，tg如果以热劣化性为耐热性的考虑要点，则可以tg来当做参考值。塑粉的tg值主婆决定于塑粉的交联密度:tgl=tgo+k / nc tgi：交联后的 tgtgo：未交联前的tgk：实验常数nc：两交联点前的平均原子数。交联密度愈烏，其tg值也愈高；耐热性愈佳，热变形温度也愈高。一般封装槊粉的tg值约在160°c左右， 过高的is会使成品过硬呈脆性，降低对热冲击的抵抗性。4. 1. 2tg的测定测定tg的方法很多，目前木所使丿u热膨胀计(dialtometer)dsc(differential

36、canning calorimetry)、流变仪(rheometric). tba(torsional braid analyzer)等仪器來测定 tg 值。4. 2耐腐蚀性由从事槊胶封装电路的故障分析者所提出的故障成因中，以铝条腐蚀(corrosion of aluminun metallization)所占比例最高，因此耐腐蚀性实为封装塑粉的首耍考虑因索。4. 2. 1腐蚀的成因就环氧树脂槊粉而言，造成铝条腐蚀的主因为槊粉中所含的氯离子及可水解性氯(hydrolyzable chloride)o当大气中的湿气经由树脂本身及其与引线脚(lead)间的界面，扩散进入半导体的内部，这 些侵入的水

37、气会与树脂中的离子性不纯物结合，特别是cl，而增加不纯物的游动性(mobility)o当这些 不纯物到达晶片表面时，即与铝条形成腐蚀反应，破坏极薄的铝层，造成半导体的故障。4. 2. 2腐蚀的防止(1) 降低不纯物含量对半导体封装业者而言,选择低氯离子含量的封装胶粉是必要的。目前一般敎粉屮离子性不纯物的含量均 在loppm以下。环氧脂由丁在合成过程中使用epichlorohydrin,因此无法避免有氯离子的存在，因 此树脂要经纯化去除人部分氯离子后，再用来生产封装塑粉。表3为日本厂家的环氧树脂封装胶粉的离子 含量及电导度。(2) 添加腐蚀抑制剂(corrosion inhibitor)在胶粉添

38、加腐蚀抑制剂能减低铝条的腐蚀速率，干扰阳极或阴极的腐蚀反应，因而降低腐蚀全反应(overall reaction)的速率。所选用的抑制剂要具冇如卞的性质： 抑制剂中不能含有对电路工作有害的离子； 加入抑制剂后所増加的离子电导度不能产生有害丁-电路的副反应； 抑制剂需能形成错介物(complex): 对冇机系抑制剂而言，不能与环氧树脂发生反应，在移送面形成硬化过程中具冇安定性； 对无机系抑制剂而言，其所产生的离子不可渗入si或sio：绝缘层中，以免影响电路的工作。一般以无机系腐蚀抑制剂的效果最住。具中以鸭酸钱(ammonium tungstate)、柠檬酸钙(calcium citrate)为常

39、用。4. 3 低的热膨胀系数(cte, coeffictent of thermal expansion)在前面我们己经提过由丁-树脂与埋人件cte的不同而产生内应力，造成成品破裂的原因。在此我们将详细 介绍cte对胶粉影响。4. 3. 1gte与内应力的关系内应力可用dannenberg' s方程式表示：o：内应(internal stress) 0：热膨胀系数(cte)e：弹性模数(elastic modulus) s：截面积(cross section area)r：树脂(resin)：埋人件，框架，晶片口 nsert components leadframe,chip)由方程式

40、(4)中，我们可淸楚的看出树脂与埠人件z间的cte差愈大，所产生的内应力也就愈人。由内应力 所引起的龟裂(crack)将成为外部湿气及污染侵入的通路，进-步造成元件的故障，因此环氧树脂胶粉必 须具有低的cte值。目前也有人从降低弹性模数来使内应力变小。4. 3. 2影响cte的因素cte值可山tg或交联密度來加以控制。此外，以下各因索也会影响cte：1)湿气污染；2)可劇剂或润滑剂的流失；3)应力的消失；4)未反应的化学品；5)后硬化的时间与温度。对环氧树脂槊粉而言，要拥冇低cte值必须从填充料上血來着手。一个駛粉配方工程师必须将tg及cte 常记在心，作为参考及寻找问题的工具，因为低的cte

41、及高的tg对热冲击抵抗性而言是十分重要的。4. 4成形性广义的成形性包括半导体封装后的尺寸安定性、离型性(脱模)、加工成形时的流动性等等。4. 4. 1流动性与漩流试验(spiral f1ow test)由于胶粉木身是部分交联的b-stage树脂，若贮存不当或贮存过久会増加胶粉交联4更化的程度，而造成流 动性的降低，此时即该丢弃此流动性变差的胶粉。一般以漩流实验所得漩流值的人小來判断流动性的好坏, 目前封装采用的规格是25-35寸。漩流值过低表示胶粉的流动性差，成形时将无法灌满模子；漩流值过高 表示胶粉的流动性太大，容易将埋人件的金属细线冲断并会产生溢胶现象。4. 4. 2 dsc与教粉流动性

42、除了漩流试验z外，我们也可利用微差扫瞄式卡计(dsc)來测知胶粉是否仍然其冇好的流动性。第一个放热峰为胶粉硬化时所放出的聚合反应热，此放热峰愈高表示胶粉的反应热愈多，也代表胶粉贮存 时硬化的程度少，因此具有良好的流动性。放热峰愈低表示胶粉已人部分硬化，只能放出少量反应热，代 表胶粉己失去流动性。利用以上原理，我们可以找出放热峰高度与漩流值之间的对应关系。如果所贮存的胶粉经dsc分析后发现放热峰高度减少10%以上,表示胶粉己失去良好流动性，立丢弃不 再使用。4. 5电气特性电气性对环氧树脂胶粉而言是-种相当重要的性质，而介电特性(dielectric property)为考虑重点。 对封装材料而

43、言，介电常数(dielectric constant)愈小其电绝缘性愈佳。介电常数会受频率的改变、 温度、湿度的影响。介电常数的变化远比介电常数的起始值來得靈要。此外，成品的密闭封装是很重要的, 将直接影响到电学性质。若成品封装不全有空隙存在,除了提供湿气污染的通路外，在接受电斥时会发生 电晕(corona),使电场集中在空隙前端，引起内部放电而造成绝缘破坏。4. 6耐湿性湿气侵入半导体元件中与离子性不纯物作川，降低绝缘性，使漏电流增加并腐蚀铝路，此为信赖度降低的 主因。湿气侵入封装成品中的路径有两条：由树脂整体(bulk of plastic)的表面扩散进入;经由树脂与ic脚架间的界面，以毛

44、细现彖侵入。取一个14脚的dip(dua1+in line package),在上方打开一个孔洞，孔底可达晶片表而，再将一个设有 气体出入口的容器接在dip的孔洞乙上并密封z,然后将此装宜浸在100%rh的水蒸气或水屮，容器内通 人干燥的氮气(0%rh),水气即会依上述两种途径侵入而进入容器中，我们利用侦测器测出流出氮气中所含 有的水气，而得到全部(两种水气渗透速率之和)的水气渗透率pt, pt是经由树脂幣体侵入的水气渗透速率 pb及经由界面毛细侵入的水气渗透速率pi之和，及p匸pb+pl。我们可取相同材料的树脂封住容器的底部, 以同样方法测出pb,再将pt与pb相减即可求出p1之值。利用上述

45、方法对犁粉进行评佔。根据harrison的说法，元件若要具冇10年的动作寿命保证，则p1值应 该在70以下。我们不妨利用此方法來对坏氧树脂胶粉进行耐湿性评估。4. 7唤化时的放热教粉在硬化时会放出聚合反应热,如果配方调配不当发热最太大时会造成龟裂并给予元件应力。因此化学 工程师在进行塑粉配方研究时应考虑硬化放热量不可过大。事实上塑粉的交联可分成两个阶段。先胶化，再硬化。低分子量的树脂胶化的速度比爲分子量者快。促进 剂的浓度小，则胶化时间由热或动力决定；如果促进剂的浓度大，则胶化时间由分子扩散至正确的反应位 置决定：欲快速胶化则增加热量，所得材料具有低交联密度、窩cte、热收缩性人。欲慢速胶化，

46、则减少热最，所得材料具有较高交联密度、低cte及较小的热收缩。4. 8抗燃性在ul规格中是以94 v-o为标准的环氧树脂塑粉均能满足此-规格。4. 9接着性与脱模性前面已经提过脱模剂的川量增加，树脂的接着力会降低。若是脱模剂的添加量减少，虽然可使树脂与脚架 引线的接着力提窩，但是模具和成形品间的接着力也増加，造成脱模的闲难。因此脱模剂的添加量要选择 接着性与脱模性兼顾者为宜。4. 10 低 a 粒子效应(low a -particle effec)环氧树脂胶粉中采川二氧化硅为填充料，而二氧化硅是口然界的矿物，含有微量的铀、饪等放射性元索。 这些放射性元索在蜕变过程中会放出«粒子。dy

47、namic ram' s及ccd，s等t导体元件会受«粒子的 影响而发生软性错误(soff error)o static ram' s、rom* s、prom' s及eprom，s等元件则不 受。粒子的影响。当a粒子经过活性元件区域(active device regions)时，会在电子与空穴重新结合z前，使n区域收集电子p-区域收集空穴。如果在一特定的区域收集到足够的电荷，将会扰乱所贮存的资料 或逻辑状态(logic states).如果所收集和产生的电子数超过临界电荷的话，即造成所谓的软性错误。 除了填充料之外，基板(substrate).铝条(meta

48、llization)也会放出a粒子，但是以填充料为a。粒 子的主要产生來源。为了避免a粒子效应除了可用聚亚酸胺(polyimide)作为保护涂膜z外，可采用低放 射性元素含量的二氧化硅当做填充料。日本已有生产放射性元素含量在lppb以下的二氧化硅,这些二氧化 硅是经过纯化耕炼的，价格也较高。对高可*度牛导体元件而言，必须设法避免a粒子效应。4. 11长期保存性目前大多数胶粉的胶化时间约在30秒左右，破化成形后通常需要后破化，并且又需冷藏贮存。若要发展出 能快速硕化，又能在室温(max40-45c)保存六个月以上而不失胶粉的流动性，则一定要在潜在性促进剂上 加以研究与改良。本文仅对环氧树脂封装胶

49、粉的纽成、选用材料及胶粉的基本待性做-简单的介绍，但愿能使半导体业界对 塑粉的纽成有一概括性的了解，更期望为同行们在选择环氧树脂塑粉、研究封装机理方面有所启发。南京看一半导体大功率发光芯片面对半导体市场的良好前景和巨大诱惑，一场抢占半导体照明新兴产 业制高点的争夺战在国内悄然打响。与人类生活、生产息息相关的照明领域，正在孕育着巨大变革。南京 是“参战”城市之一，和关产业集群正在构架中，发力抢抓先机。据悉，与白炽灯用鸭丝不同的是，半导体灯使用的是发光芯片。日前国内少数金业己在从事小功率发光 芯片的生产，主要用于屏幕显示，如南京的洛普、汉徳森等公司。而用于照明的发光芯片的开发，国内述 基本处于空白

50、。现在，这-空口即将彼南京一家企业所填补。这家企业便是位丁南京高新区的奥雷光电公司，由7名留 美博士回国创立，总投资1亿元左右，主攻大功率(1瓦以上，相当于白炽灯15瓦以上)的发光芯片，技 术在国内处于领先水平。目前，该企业的生产线正在调试阶段，预计明年初投产。公司首席执行官黄振春 i#士告诉记者，生产线全部投产后，将达到2. 5亿颗芯片的年生产能力，预计销售收入在2()亿元左右。 届时，南京将成为国内最早生产半导体大功率发光芯片的城市。去年10月，我国“十五”国家科技攻关计划'半导体照明产业化技术开发”重人:项ii就已启动。上海、 厦门、大连和南昌被国家批准成为第一批半导体照明工程产

51、业化基地。在第一批基地中，南京虽无缘进入, 但随着奥雷光电的建成投产，南京的“话语权”将越來越大。据悉，市科技局正在规划以奥雷光电为龙头, 在南京打造一个半导体照明产业群，在支持做大上游芯片企业的同时，延伸下游产业，如生产汽车灯、照 明灯、景观灯、手机背光源、交通灯、屏幕显示等。h前，南京已集聚了近10家相关企业。市有关部门也 在编制这方而的招商引资产业目录。黄振春博士对未来的半导体照明产业极为看好。他说，美国能源部预测，到2010年前后，美国将有55% 的白炽灯和荧光灯被半导体灯替代，每年可节电350亿美元。中国也提出，日标2010年将有50%的光源 为半导体灯代替，每年节电近1000亿度，

52、相当于一个三峡t程的发电量。据测算，7年后仅在美国，半导 体照明就可能形成一个500亿美元的大产业。而在中国，至少可以形成400亿元的大产业。目前，半导体 照明已零星地用于八外广告牌、楼宇、桥梁、广场等领域的装潢照明，如沪宁高速上-块“镇江出口加工 区”广告牌、镇江南徐路的草坪灯等，都使用了半导体照明技术。半导体灯何时走进千家力户？价格将 是决定因素尽管半导体照明有着种种优势，但ii前进入千家力户时机尚未成熟。奥雷光电首席执行官黃振 春博士接受记者采访时说，价格太高是目前最大的制约因索。他举例说，以一个1瓦功率的半导体灯为例, 它的亮度相当于一个15瓦的白炽灯，按照现在的成木计算，它的价格却要

53、髙出一大截，达到40元左右。冇关专家认为，城帀景观照明是目前一个比较现实的市场，因为其耗电多、对半导体发光源的耍求相对 来说也不是很高。科技部有关领导则要求，以2008年北京奥运会和2010年上海世博会为契机,推动半导 体灯在城由景观照明的应川。但从长远来看，普通照明是最大的币场，而耍让半导体灯早日进入千家力户， 前提是加大对低成木、大功率、高亮度半导体灯的开发。据悉，面对半导体照明市场的巨大诱惑，世界三大照明工业巨头通用电气、飞利浦、奥斯拉姆集团已纷 纷与半导体公司合作，成立半导体照明企业，提出要在2010年前，使半导体灯发光效率再提高8倍，价格 降低100倍。半导体灯vs白炽灯耗电：1 :

54、 10寿命：100： 1半导体灯逐步替代白炽灯和荧光灯，将掀起 金新的照明革命。据了解，作为新型高效固态光源,半导体照明光源具有寿命长、节能等显著优点。同样亮度下,半导体 灯耗电仅为普通白炽灯的十分而寿命却可以延长100倍。此外，除了寿命长、耗能低z外，半导体 灯更人的长处还有三点：一是应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品；二是环保效 益更佳，由于光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，属于典型的绿色照明光源，而且废 弃物可回收，没有污染；三是控制极为方便，只要调整电流，就可以随懣调光，不同光色的组合变化多端, 利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果。le

55、d是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，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，结构牢同，抗冲击，耐振动，性能稳定町*，重最轻，体积小，成本低等一系 列特性，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。国产红、绿、 橙、黄的led产量约占世界总量的12%, “ i-五”期间的产业目标是达到年产300亿只的能力，实现超高 亮度aigslnp的led外延片和芯片的大生产,年产10亿只以上红、橙、黄超高亮度led管芯,突破gan材 料的关键技术，实现蓝、绿、口的led的中批量生产。据预测，到2005年国际上led的市场需求量约为2 0

56、00亿只，销售额达800亿美元。在led产业链接中,上游是led衬底晶片及衬底生产，中游的产业化为led芯片设计及制造生产，下 游归led封装与测试，研发低热阻、优异光学特性、高可*的封装技术是新型led泄向实用、走向市场的产 业化必经之路，从某种总:义上讲是链接产业与市场的纽带，只有封装好的才能成为终端产品，才能投入实 际应用，才能为顾客提供服务，使产业链环环相扣，无缝畅通。2 led封装的特殊性led封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而來的，但却冇很大的特殊性。一般情况 下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主耍是保护管芯和完成电气互连。而led封装则是完 成输出电信

57、号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有电参数，乂有光参数的设计及技术要求， 无法简单地将分立器件的封装用于led。led的核心发光部分是山p型和n型半导休构成的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，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射冇 和同的儿率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构 及儿何形状、封装内部结构与包封材料，应用耍求提高led的内、外部量子效率。常规5mni型led m装 是将边长0. 25nun的止方形管芯粘结或烧结在引线架卜.，管芯的正极通过球形接他点与金丝，

58、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，向期與的方向角内发射。顶部包封的坏氧树脂做成一定形状，有这样几 种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质（掺或不掺散色剂），起透镜或漫射透镜功 能，控制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太人，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层 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， 选川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，机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率窩。选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光了 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惻形或平 面型，其相应视角将増大。一般情况下,led的发光波长随温度变化为0. 2-0. 3nm/°c,光谱宽度随之增加,影响颜色鲜艳度。 另外，当