LED制作工艺及LED节能灯制作工艺

1、LED 制造工艺流程及细节随着 20世纪 90年代 , 人类对氮化物 LED 的发明 ,LED 的效率有了非常快的发展 . 随着相关技术的 发展 , 不久的未来 LED 会代替现有的照明灯泡 . 近几年人们制造 LED 芯片过程中首先在衬底上制作氮 化镓 (GaN基的外延片 , 外延片所需的材料源 (碳化硅 SiC 和各种高纯的气体如氢气 H2或氩气 Ar 等惰 性气体作载体之后 , 按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好 . 接下来是对 LED-PN 结的两个电极进行 加工 , 并对 LED 毛片进行减薄 , 划片 . 然后对毛片进行测试和分选 , 就可以得到所需的 LED 芯片 . 由于制作

2、 LED 芯片设备的造价都比较昂贵 , 同时也是生产的一个投资重点 , 具体的工艺做法 , 不作详细的说明 . 下 面简单介绍一下 LED 生产流程图 , 如下 :LED 生产流程图(流程工艺 (使用设备 测试芯片芯片分选机排支架 ( 把芯片固定在支架座 芯片扩张机点胶点胶机显微镜QC固晶倒膜机扩晶机显微镜固晶座QC(*白光 固晶烘烤烘箱 150C/2H配荧光粉焊线 (芯片焊两个电极 自动焊线机超声波焊线机点荧光粉 *二焊加固锒胶点胶机显微镜(QC白光 烘烤 150C/1H - *锒胶烘烤烘箱电子称抽真空机点胶机显微镜*支架沾胶 ( 支架沾胶 点胶机烤箱 120C/20min(下面说明植入工艺

3、 植入支架 - 灌胶机 - 自动灌胶机短烤 - 烘箱离模 - 脱模机长烤烘箱 130C/6H- 切一切模具 (冲床 测试点数 LED 电脑测试机QC全切冲压机及全切模QC分光分色 LED 分选机QC封口包装封口机入库一 , 工艺说明 (植入支架 LED 外型环氧树脂封装主要有以下几步 :模条预热 -吹尘 -树脂预热 -胶 -搅拌 -抽真空 -灌胶入支 架 . 所用物料 :支架 ,LED 芯片 , 锒胶绝缘胶 (解冻 , 搅拌 , 晶片 (倒膜 , 扩晶 , 金线 , 锒胶 , 荧光粉 , 胶带包装 , 模条 (铝条 , 合金 , 导热硅脂 , 焊接材料 , 树脂 (AB胶或有机硅胶 , 各种手

4、动工具 , 各种测试材料 (如万用表 , 示波 器 , 电源等 .二 ,LED 封装技术LED 芯片只是一块很小的固体 , 它的两个电极要在显微镜下才能看见 , 加入电流后它才会发光 , 在 制作工艺上除了要对 LED 芯片的两个电极进行焊接 . 从而引出正负电极之外 . 同时还要对 LED 芯片和 两个电极进行保护 , 因此这就需要对 LED 芯片封装 . 如 :常见直径 5mm 的圆柱型引脚式封装 LED. 这种 技术就是将 LED 芯片粘结在引线架上 (一般称为支架 . 芯片的正极用金丝键合连到另一引线架上 , 负极 用银浆粘结在支架反射杯内或用金丝和反射杯引脚相连 , 然后顶部用环氧树

5、脂包封 . 做成直径为 5mm 的圆形外形 . 这种封装技术的作用是保护芯片 , 焊线金丝不受外界侵蚀 . 固化后的环氧树脂 , 可以形成 不同形状而起到透镜的功能 . 选用透明的环氧树脂作为过渡 . 可以提高芯片的出光效率 . 环氧树脂构成 的管壳具有很好的耐湿性 , 绝缘性和高机械强度 , 对芯片发出的光的折射率和透光率都很高 . 但对于大 功率 LED 而言 , 在通电后会产生较大的热量 . 并且如果用于封装的环氧和金丝的膨胀系数不一样 , 那么 膨胀时就会使金丝拉断或造成焊点接触电阻较大 , 从而影响了发光器件的质量 . 特别应注意的是 , 封装 胶会因温度过高而出现胶体变黄 , 因此

6、降低了透光度并影响光的输出 . 所以我们更应该考虑到 LED 的 长久使用效果 . 从而应该用有机硅胶材料来封装 . 如 :MOMENTIVE中的 XE14 B3445, XE14 B5778 型 硅胶就有良好的透光率 . 不会随时间而恶化 , 热膨胀系数非常好 , 在紫外线照射下稳定性很理想 . 这里 要注意的问题是 ,LED 使用散热问题 . 目前散热也是选用铝或铜为散热器 , 但要特别注意热沉与散热器 之间的粘接材料一般应采用导热胶 . 如果是两个物体的表面接触 . 中间会有空气 , 而且空气的导热系数 很差 . 所以在界面之间应有一层导热胶来让它们紧密接触 . 这样导热效果才会好 .

7、如 GE 的 TSE-3081或 MOMENTIVE 品牌中的硅脂等都有很好的散热紧密连接的作用 .四 ,LED 的生产环境制作 LED 的生产环境要有一万级到十万级的净化车间 , 并且温度和湿度都可调控的 .LED 的生产环 境中要有防静电措施 , 车间内的地板 , 墙壁 , 桌 , 椅等都要有防静电功能 , 特别是操作人员要穿上防静电 服并戴上防静电手套 . 为了尽量降低静电效应给器件带来的破坏和影响 , 对生产 LED 的洁净车间 , 整机 装配调试车间 , 精密电子仪器生产车间都有严格的环境要求 :(1地面 , 墙壁 , 工作台带静电情况 :光刻车间塑料板地面的静电电位约为 500 1

8、000V 扩散间的 塑料墙地面为 700V, 塑料顶棚为 0 1000V .(2工作台面为 500 2000V, 最高可达 5KV.(3风口 , 扩散间铝孔板的送风口为 500 700V.(4人和服装可为 30KV, 非接地操作人员一般可带 3 5KV, 高时可达 10KV .(5喷射清洗液的高压纯水为 2KV, 聚四氟乙烯支架有 8 12KV, 蕊片托盘为 6KV, 硅片间的隔纸可 2KV.五 , 防静电措施 .静电击穿器件使其失效是在不知不觉中发生的 , 被静电损坏的 LED 不能用筛选方法排除 , 所以只有做好预防措施 , 建立一套防静电 (ESD生产工艺和测试流程规范 . 这对提高 L

9、ED 产品质量及成品率是 十分关键的 . 主要的措施包括各环节要尽量减少接触这类 LED 器件的人数 , 限制人员不必要的走动 , 搬 推椅子 . 使用导电率好的包装袋来包装 LED. 应戴上手套接触 LED 器件 (但不能戴尼龙和橡皮手套 . 取出 备用的 LED 器件后不要堆叠在一起 , 器件尽量不要互相接触 . 从包装袋中取出而暂时不用的器件 , 应用 防静电袋包装起来 . 必须用手接触 LED 的器件时 , 应接触管壳而避免接触 LED 器件的引出端 . 要接触 LED 器件前 , 应将手或身体接地一下 , 把静电释放干净 . 电烙铁要求永久接地 . 工作环境的相对湿度应保持 在 50

10、%左右 , 不穿容易产生静电的工作服 . 车间地面应采用含碳塑料 , 含碳橡胶或导电乙烯做成 , 电阻率 <105欧 .cm 或用静电耗散性材料 , 电阻率应在 105欧 .cm 109欧 .cm 之间 . 椅子和工作台上应附加 一层静电耗散材料 , 椅子的电阻率应是 105欧 .cm 108欧 .cm 之间 . 工作服 , 棉制工作服有一定的导电 性 , 最好使用防静电服 . 工作鞋要用静电耗散型材料做成 , 电阻率在 105欧 .cm 108欧 .cm 之间 , 也要 有防静电鞋 . 带上防静电手镯实际上是手镯与手接触 , 再把手镯接地 , 这样手与地就成为同电位 , 可将 人身上的

11、静电释放 . 在工作区域使用离子风扇防止静电积累 , 因为离子风扇送出的负离子能与静电中 和 , 不会使静电积累成很高电压 . 车间里所用的设备都要有良好的接地 , 接地电阻不能大于 10欧 . 车间 入口处一定要有接地金属球 , 人进入时先摸金属球 , 以释放身上的静电 .LED 日光灯LED 日光灯 LED 日光灯是采用超高亮 LED 白光作为发光光源, 外壳为亚克力 /铝合金。 外罩可用 PC 管制作,耐高温达 135度。 LED 日光灯与传统的日光灯在外型尺寸口径上都一样,长度有 60cm 和 120cm 、 150cm 三种,其功率分别为 10W 、 16W 和 20W, 而 20W

12、 传统日光灯(电感镇流器实际 耗电约为 53W,40W 传统日光灯(电感镇流器实际耗电约为 68W.LED 日光灯 T81定义:10WLED 日光灯亮度要比传统 40W 日光灯还要亮, 16WLED 日光灯要比传统 64W 日光灯还要亮, LED 日光灯亮度尤其显得更柔和更使人们容易接授。使用寿命在 5万 -8万小时供电电压为为 AC85V-260V (交流 ,无需起辉器和镇流器,启动快,功率小,无频闪,不容易视疲劳。它不但超 强节能更为环保。是国家绿色节能照明工程重点开发的产品之一,是目前取代传统的日光灯的主要 产品。LED 日光灯安装比较简单,它分电源内置和外置两种,电源内置的 LED 日

13、光灯安装时,将原有 的日光灯取下换上 LED 日光灯,并将镇流器和起辉器去掉,让 220V 交流市电直接加到 LED 日光灯 两端即可。电源外置的 LED 日光灯一般配有专用灯架,更换原来的就可以使用了。LED 日光灯节电高达 80%以上,寿命为普通灯管的 10倍以上,几乎是免维护,不存在要经常更 换灯管、镇流器、起辉器的问题,约半年下来节省的费用就可以换回成本。绿色环保型的半导体电 光源,光线柔和,光谱纯,有利于工人的视力保护及身体健康, 6000K 的冷光源给人视觉上清凉的 感受,有助于集中精神,提高效率 .发光原理:PN 结的端电压构成一定势垒, 当加正向偏置电压时势垒下降, P 区和

14、N 区的多数载流子向对方 扩散。由于电子迁移率比空穴迁移率大得多,所以会出现大量电子向 P 区扩散,构成对 P 区少数载 流子的注入。 这些电子与价带上的空穴复合, 复合时得到的能量以光能的形式释放出去。 这就是 PN 结发光的原理。发光效率:一般称为组件的外部量子效率,其为组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积。所谓组件 的内部量子效率, 其实就是组件本身的电光转换效率, 主要与组件本身的特性 (如组件材料的能带、 缺陷、杂质 、组件的垒晶组成及结构等相关。而组件的取出效率则指的是组件内部产生的光子, 在经过组件本身的吸收、折射、反射后,实际在组件外部可测量到的光子数目。因此,关于取出效

15、率的因素包括了组件材料本身的吸收、组件的几何结构、组件及封装材料的折射率差及组件结构的 散射特性等。而组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积,就是整个组件的发光效果,也就是 组件的外部量子效率。早期组件发展集中在提高其内部量子效率,主要方法是通过提高垒晶的质量及改变垒晶的结构, 使电能不易转换成热能, 进而间接提高 LED 的发光效率, 从而可获得 70%左右的理论内部量子效率, 但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论上的极限。在这样的状况下,光靠提高组件的内部量子 效率是不可能提高组件的总光量的,因此提高组件的取出效率便成为重要的研究课题。目前的方法 主要是:晶粒外型的改变 -TIP 结构

16、,表面粗化技术。电气特性:电流控制型器件,负载特性类似 PN 结的 UI 曲线,正向导通电压的极小变化会引起正向电流的 很大变化(指数级别 ,反向漏电流很小,有反向击穿电压。在实际使用中,应选择。 LED 正向电压 随温度升高而变小,具有负温度系数。 LED 消耗功率,一部分转化为光能,这是我们需要的。剩下 的就转化为热能,使结温升高。散发的热量(功率可表示为。光学特性:LED 提供的是半宽度很大的单色光,由于半导体的能隙随温度的上升而减小,因此它所发射的 峰值波长随温度的上升而增长,即光谱红移,温度系数为 +23A/.LED发光亮度 L 与正向电流近似成 比例:,K 为比例系数。电流增大,发

17、光亮度也近似增大。另外发光亮度也与环境温度有关,环境温 度高时,复合效率下降,发光强度减小。热学特性:小电流下, LED 温升不明显。若环境温度较高, LED 的主波长就会红移,亮度会下降,发光均 匀性、一致性变差。尤其点阵、大显示屏的温升对 LED 的可靠性、稳定性影响更为显着。所以散热 设计很关键。寿命:LED 的长时间工作会光衰引起老化,尤其对大功率 LED 来说,光衰问题更加严重。在衡量 LED的寿命时,仅仅以灯的损坏来作为 LED 寿命的终点是远远不够的,应该以 LED 的光衰减百分比来规 定 LED 的寿命,比如 35%,这样更有意义。LED 日光灯特点LED 日光灯以质优、 耐用

18、、 节能为主要特点, 投射角度调节范围大, 15W 的亮度相当于普通 40W 日光灯,抗高温,防潮防水,防漏电。使用电压有:110V 、 220V 可选,外罩可选玻璃或 PC 材质。 灯头与普通日光灯一样。LED 日光灯采用最新的 LED 光源技术,数位化外观设计,节电高达 70%以上, 12W 的 LED 日光 灯光强相当于 40W 的日光灯管 LED 日光灯寿命为普通灯管的 10倍以上,几乎免维护,无须经常更 换灯管、镇流器、启辉器。绿色环保的半导体电光源,光线柔和,光谱纯,有利于使用者的视力保 护及身体健康。 6000K 的冷光源给人视觉上清凉的感受,人性化的照度差异设计,更有助于集中精

19、 神,提高效率。1、适用性强,在室内外各种恶劣环境下的适应性和可靠性都有提高2、色彩丰富:由三基色(红、绿、蓝显示单元箱体组成,使电子屏实现显示色彩丰富、高 饱和度、高解析度、显示频率高的动态图像3、亮度高:采用超高亮度的 LED, 太阳强光底下远距离仍清晰可见4、效果好:采用非线性校正技术,图像更清晰,层次感更强5、可靠性强:采用静态扫描技术和模块化设计技术,可靠性、稳定性更高6、显示模式多样化:支持多种显示模式。普通日光灯特点普通日光灯两端各有一灯丝,灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气,灯管内壁上涂有萤光粉, 两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线,使萤光粉发出柔和的可见光。普通日光灯工作特点:

20、灯管开始点燃时需要一个高电压,正常发光时只允许通过不大的电流, 这时灯管两端的电压低于电源电压。普通日光灯管两端装有灯丝,玻璃管内 壁涂有一层均匀的薄萤光粉, 管内被抽成真空度 10-3-10-4毫米汞柱以后,充入少量惰性气体,同时还注入微量的液态水银。电感镇流器是一个铁芯 电感线圈,电感的性质是当线圈中的电流发生变化时,则在线圈中将引起磁通的变化,从而产生感 应电动势,其方向与电流的方向相反,因而阻碍着电流变化。起辉器在电路中起开关作用,它由一个氖气放电管与一个电容并联而成,电容的作用为消除对 电源的电磁的干扰并与镇流器形成振汤回路,增加启动脉冲电压幅度。放电管中一个电极用双金属 片组成,利

21、用氖泡放电加热,使双金属片在开闭时,引起电感镇流器电流突变并产生高压脉冲加到灯管两端。 当普通日光灯接入电路以后，起辉器两个电极间开始辉光放电，使双金属片受热膨胀而与静触 极接触，于是电源、镇流器、灯丝和起辉器构成一个闭合回路，电流使灯丝预热，当受热时间 1-3 秒后，起辉器的两个电极间的辉光放电熄灭，随之双金属片冷却而与静触极断开，当两个电极断开 的瞬间， 电路中的电流突然消失， 于是镇流器产生一个高压脉冲， 它与电源叠加后， 加到灯管两端， 使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，在正常发光过程中，镇流器的自感还起着稳定电路中电 流的作用。 通过 LED 日光灯属性特点与普通日光灯属性特点对

22、比得出结论： LED 日光灯和普通日光灯比较具备优点如下： 节能，寿命长，适用性好，因单颗 LED 的体积小，可以做成任何形状，回应时间短，环保，无 有害金属，废弃物容易回收，色彩绚丽，发光色彩纯正，光谱范围窄，并能通过红绿蓝三基色混色 成七彩或者白光。 LED 日光灯和普通日光灯比较 LED 日光灯具备缺点如下：价格贵，目前能普遍做到的光效率和 理论光效率还有很大差距，目前能做到的寿命和理论寿命还有很大差距，.还是有一定的发热量，光 衰还可以大幅度缩小。 优点： 1、环保灯具，保护地球 传统的日光灯中含有大量的水银蒸汽，如果破碎水银蒸汽则会挥发到大气中。但 LED 日光灯则 根本不使用水银，且 LED 产品也不含铅，对环境起到保护作用。LED 日光灯公认为二十一世纪的绿 色照明。 2、高效转换，减少发热 传统灯具会产生大量的热能，而 LED 灯具则是把电能全都转换为光能，不会造成能源的浪费。 而且对文件，衣物也不会产生退色现象。 3、清静舒适，没有噪音 LED 灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场合为上佳之选。适合于图书馆，办公室之 类的场合。 4、光线柔和，保护眼睛 传统的日光灯使用的是交流电，所以每秒钟会产生 100-120 次的频