LED封装生产实习报告

一、实习目的与任务LEDLEDLEDLEDLEDLED及有限元分析软件Ansys6.稳固所学的理论学问，把理论学问应用到实践中去。实二、实习原理习1.LED照明的进展概况发光二极管〔LED〕是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaN〔氮化镓〕、GaAs〔砷报化镓〕、GaP〔磷化镓〕、GaAsP〔磷砷化镓〕等半导体材料制成的，其核心告是PNNP区，空穴由PN1LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。如图 2所示。图1LED能带图 图2LED构造示意图照明光源的进展经受了四个阶段：火焰、蜡烛和油灯、灯泡和光管、LED化模组，其发光效率越来越高，被誉为一代绿色光源。LED度快等一系列优点而广泛应用到照明的各个领域：大屏幕显示、背光照明〔手机、、一般照明〔路灯、室内灯。白光LED点燃了真正“绿色照明”的光辉，被认为是21世纪最有价值的光源；白光LED将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导。1各种光源性能的比较LEDLED项性能优于传统光源，可以推测，在不久的将来LED品之一。LEDLED光电产业是一个兴的朝阳产业，具有节能、环保的特点，符合我们业进展风景。LEDLEDLEDLEDLEDLED比较的重要作用。另外中国是LED封装大国，据估量全世界80%数量的LED器件封装集中在中国。LED封装的作用：1〕机械保护，以提高牢靠性；LED性能；3〕光学掌握，提高出光效率，优化光束分布；4〕LED封装的工艺流程固晶：将芯片焊接在支架或基板 导热或导电电极垂直构造机械 固定打金线：实现芯片与外电路的电 连接涂覆荧光粉：混色实现白光出光其示意图如以下图所示：固晶 引线灌胶3LED封装的工艺流程LEDLEDLED350mA1W大小约40×40mil，即约1×1mm；额定电流150mA的0.5W芯片，大小约20×20mil0.5×0.5mm。D24DmEgLEDSiC衬底(Cree专利)、Si衬底(未商业化)。LED电极的构造分为垂直构造和水平构造。其中垂直构造的电流分布均匀性更优。晶元——水平构造 旭明——垂直构造固晶焊料a.树脂粘贴法承受树脂粘合剂在芯片和封装体之间形成一层绝缘层或是在其中掺杂金属〕形成电和热的良导体。商业常用的是银胶。b.金属合金焊接法(共晶焊接)共晶焊接原理:在共晶温度时能形成共晶的两种金属相互接触,经过互集中后便可在其间形成具有共晶成分的液相合金,随时间延长,液相层不断增厚,冷却后液相层又不断交替析出两种金属,每种金属一般又以自己的原始固相为根底而长大、结晶析出,因此两种金属之间的共晶能将两种金属严密地结合在一起。共晶焊料(锡/银/230°C焊接的方式分为：正装焊接和倒装焊接。本次实习所用固晶材料为银胶，焊接方式为正装焊接。4全自动固晶机填充材料中留有孔洞消灭虚焊〕。因此在焊接过程中要抑制这些问题。3)打线子之间在原子亲和力的作用下形成金属键，实现了金丝引线的焊接。涂覆荧光粉

图5超声波金丝球焊机455nmLED配。封装所用材料的价钱芯片0/块、硅胶9g、荧光粉0g、支架或许是几毛钱一个。LEDLED学问题。a器件的导热，b模块的散热,c荧光粉热效应,d硅胶/环氧树脂的热问题。光的问题包括：a芯片出光,b荧光粉混光,c一次光学,d二次光学。a芯片的电学,b器件的电学,c驱动电路,d掌握系统。热和光是LED封装中最为重要的两个问题。热问题LED性能产生的影响。LED大约60%的功率转变为热量。焦耳热，光的重吸取，吸取发热。热的发散：热向环境的发散过程。a.固晶材料1W/m*K，20um，热阻20K/W；导电银胶：热导率6W/m*K，厚度20um，热阻3.3K/W；共晶焊接：热导率(39～59)W/m*K，厚度2um，热阻(0.05～0.03)K/W。b．封装基板

图6LED封装中热学模拟图目前常见的大功率LED封装基板有PCBMCPCMAl2O3陶瓷和AlN陶瓷。类型膨胀系数ppm/K耐热性能PCB0～315300℃/120s金属覆铜板1～522288℃/30s陶瓷 氧化铝～207500℃基板 氮化铝～1805500℃图7金属覆铜板 图8陶瓷基板高功率LED陶瓷封装技术主要可区分成厚膜陶瓷技术与积层陶瓷技术两种。陶瓷封装的优点：热导率高，导热性好，热阻低，热膨胀系数〔CTE〕与化学稳定性好。陶瓷封装的缺点是本钱过高。传统高功率LED元件，多以厚膜或低温共烧陶瓷基板作为芯片散热基板，再以打金线方式将LEDCREE公司的XLamp和OSRAM公司的OSLON。随着LED集成程度的提高，特别是大功率LED多芯片问题越来越严峻。因此我们要查找高散热系数的基板材料，以取代氧化铝。将LED芯片与其基板以共晶或覆晶的方式连结，大幅增加经由芯片至系统电路板之散热效率。LED热问题的一个重要的方向是查找高热导率的固晶方式和封装基板。光问题LED的光问题包括出光效率、光色问题。出光效率与芯片构造〔如光子晶〔如倒装〕、荧光粉〔如涂覆方式〕、反射杯和透镜亲热相关。中蓝光芯片和荧光粉是最重要的两种与光亲热相关的材料。蓝光芯片影响发光的因素有：波长、强度、摆放位置、电压、电流。、颗粒、光谱。涂覆方式和光色是与荧光粉关系最大的因素。白光LED有以下获得方法：LED组成一个象素(pixel)可得到白光；LED芯片和可被蓝光激发的黄光荧光粉组成白光LED〔最常用、商业化〕LED芯片和可被蓝光激发的绿光和红光荧光粉组成白光LED。LED光LED。“多量子阱”白光LED。LED芯片和可被蓝光激发的黄光荧光粉组成的白光LED。LED封装的光电测试LED，进展相关的测量包括：I-V测试光辐射功率与光通量发光效率光谱测量色坐标、相关色温与显色指数配光曲线〔光强分布〕热阻测试光通量单色的光通量。发光效率定义：发光效率=光通量/电功率，单位：流明/瓦(lm/W)。3〕光谱测量光谱说明白对发光起作用的激发光的波长范围。放射光谱是指发光材料在某一波长激发下，发光的能量随波长的变化。放射放射光谱按放射谱带的带宽一般可分为线谱(带宽比较窄)和带谱(带宽比较宽)。图9相对光谱图CIE1931色度图CIE1931色度图是依据1931CIE－XYZ系统绘制出来的。x色度坐标相当，y色度坐标相当于绿原色的比例。图中没有z色度坐标，由于x+y+z=1。色坐标

图10CIE1931色度图在E三色鼓励值〔又称三刺激值〕表示，三刺激值即为混合某一种颜色时所需的三个基色的数量，分别用X、Y、Z平面直角色度坐标：x X y Y z ZXYZ XYZ XYZx、y、zx+y+z=1。〔发光体s(λ)，x(λ)、y(λ)、z(λ)，则光源的三刺激值为：XKs()x() YKs()y() ZKs()z() KY100K 100 s()y()该样品的色坐标为：x X y Y z ZXYZ XYZ XYZ相关色温的色度坐标很难做到恰好坐在黑体轨迹上，所以用与黑体轨迹最接近的颜色来确定该光源的色温，叫相关色温。相关色温是指与具有一样亮度刺激的颜色最相像的黑体辐射体的温度，用 K氏温度表示。C.显色指数观颜色的比较。色产生明显的色差。色差程度越大，光源对该色的显色性越差。白炽灯的显色指数定义为1008种彩8色的偏离程度，以测量该光源的显色指数，取平均偏差值Ra20-100，以100最高，平均色差越大，Ra值越低。低于20的光源通常不适于一般用途。LED善LED的显色性，可以在白光光谱中参加红光辐射。图11加红光补充，提高显示指数配光曲线〔〕12配光曲线热阻测试稳态热阻其中, 为LED的节温， 为PCB板底部温度， 为总输入电功率, 出光功率三、实习步骤与内容日程安排1〕第一天：上午教师介绍LEDTracepro模拟和Ansys软件热模拟。2〕其次天：上午进展固晶，并在废弃基板上练习打线；下午正式打线。第三天：上午涂覆荧光粉，点胶；下午进展灌封保护透镜。LED第五天，思考总结。1〕建立几何模型〔包括各局部几何尺寸及相对位置；便利观看把视图改为轮廓，圆柱体与圆锥体作差运算得基板；插入芯片；填充硅胶生成透镜，用一长方体与球体作差LED参加观测屏；色；赐予光学属性〔发光类型、波长范围、折射率等；“reflector”的“surface0”,右击选“属性”-在弹出框中选“外表”-右边名目选“dafault”-名称选“mirror”-“应用”。LED“chip”的顶面“surface4”，右击选“外表光源”，设置参数；硅胶透镜属性设置:同时选择“silicone”和“lens”，右击“属性”-“材料”-名目“plastic”-名称“acrylic”–“应用”;长，但准确度越高；模拟结果分析13，由于模型有环形对称性，所以四个角度代表的配55光斑分析：单击点选接收面“screen”的下外表“surface2”，再选择“辐照度分析图14射总光通量、光照度最大值、最小值、平均值等。图13配光曲线 图14照度图LED—硅胶—透镜—空气，耗散的热量远小于芯片产生总热量，于是无视这一传热路径的所散掉的热量。15LED热学模拟的具体步骤如下：拉伸”画出实体并保存。文件的扩展名为.par。将各实体零件装配。ANSYSx-t。jobnameRUN；solid、brick8node70、OK、colse；vglue，all2：导热胶-1.2；4：银胶-2.0；6：芯07080、输入KXX。多种材料对应多种属性；〔10〕材料属性与体对应该。preprocesor—meshing—mesh应；〔11〕划分网格。preprocesor—meshing—meshtool—mesh—pickall(无视warning〔12〕定义负载与边界条件。preprocesor—load—definegenerate(onvolume0.8e10)/convenction；试验中：芯片6的生成率设为0.8e10W/mm3。基板底面6定义对流系数为3025；Solution—solve—currentLS—OK；结果显示。Generalpostproc—plotresult—contourplot—nodalsolu—DOFsolution—nodaltemperature；显示各个体的结果。菜单栏中 select—Entities—第一个下拉框选中volume，其次个下拉框选中 输入体号；然后再菜单栏中Select—Entities—第一个下拉框选中Elements,其次个下拉框选中attachedto—voOK。之后再Generalpostproc—plotresult—contourplot—nodalsolu—DOFsolution—nodaltemperature.就可以显示出所选体的结果了。16LED的热学模拟图LED固晶固晶的具体步骤为：首先把银浆搅拌均匀，确保均匀的导电与导热性能。把反射杯放在在显微镜下面，往聚光杯里注入适量的银胶。然后将芯片放严密接触。在固晶过程中，要留意以下事项：银胶量过多溢出，会造成PN结短路，结合层的阻值增大。另外假设银胶量少，那就无法起到粘结芯片的作用。。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。打线本次实习用超声波金丝球焊机进展打线。打线的具体步骤如下：微镜下进展的。LED再把焊头调高到适宜的高度。即焊头到达了一焊的瞄准位置。一端焊在了电极上。然后焊头向上运动，焊头处的金丝被烧出一个小球。，调好高度以后，松开主操作键，焊头打在二焊位置上，金丝的另一端就被焊到LDE外引线槽的另一位置打下二焊。LED打线过程中，我们要留意一下问题：在错误的位置。后焊头往里移，让金线形成拱形，以防金丝接触到反射杯的边缘，造成短路。6LED丝和金丝遇到反射杯。点胶〔涂覆荧光粉〕涂覆荧光粉的具体步骤如下：1:8然后把配制好的荧光粉渐渐地涂在已经打好线的芯片上。1400C在点胶过程中要留意荧光粉的涂覆要留神，以免损坏金丝或造成LED短路；荧光粉的量要掌握好，如过多，则LEDLED偏蓝。灌封保护透镜灌胶的具体步骤如下：脱泡。进展灌胶，使胶成半球形，形成保护透镜。140℃的恒温烤箱中烘烤一小时，使胶固化。应使保护透镜尽量成半球状，提高光的萃取率。LEDLED通量，色坐标、相关色温与显色指数，配光曲线〔光强分布，热阻测试。数的测量光谱、计算机光谱分析软件等〕17LEDLED开头测试。软件测试完毕后在弹出的对话框中输入电流、电压、环境温度、湿度等参数，软件会自动算动身光效率，光谱测量，色坐标、相关色温与显色指数等各项参数。所得结果如以下图所示。略IVLEDLEDI-V即是不同电压下对应的电流值，