LED封装工艺简介

主讲：罗坚义博士五邑大学

应用物理与材料学院Email：luojiany@短号:645104LED封装制造工艺基础主要内容概述封装工艺介绍产品性能测试和分光一、概述封装的必要性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，加入电流之后它才会发光。在制作工艺上，除了要对LED芯片的两个电极进行焊接，从而引出正极、负极之外，同时还需要对LED芯片和两个电极进行保护。

封装的作用

研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路.LED技术大都是在半导体分离器件封装技术基础上发展与演变而来的。将普通二极管的管芯密封在封装体内，起作用是保护芯片和完成电气互连。一、概述1.封装的定义：LED（发光二极管）封装就是将芯片与电极引线、管座和透镜等组件通过一定的工艺技术结合在一起，使之成为可直接使用的发光器件的过程。它相比集成电路封装有较大不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要求能够透光，所以对封装材料有着特殊的要求。给芯片穿衣戴帽，并且提供接线一、概述封装的目的：LED的封装是为了维护本身的气密性，并保护不受周围环境中湿度与温度的影响，以及防止组件受到机械振动、冲击产生破损而造成组件特性的变化。因此，封装的目的有下列几点：(1)防止湿气等由外部侵入；(2)以机械方式支持导线；(3)有效地将内部产生的热排出；(4)提供能够手持的形体。一、概述

发光二极管（LED）的制造过程大体可分为三个阶段：前段、中段、后段(也称为上游、中游、下游)。前段工序主要完成晶圆制造和外延生长，中段工序主要包括研磨、蒸镀、光刻、切割等过程，后段工序则是根据不同的需要把LED封装成各种形式。一、概述目前主要的两类封装基板：

以塑料为封装基板以陶瓷、金属为封装基板气密性、导热性以及稳定性都较好，但成本高气密性、导热性以及稳定性都较差，但成本低高端产品/大功率白光LED低端产品如灯饰照明等平面式LED

(Display)大功率

(HighPowerLed)贴片

(SMD)食人鱼

(P4)普通LED

(P2)2.LED产品封装结构类型（1）引脚式封装（DIP直插式封装）LED引脚式封装采用引线架作为各种封装外型的引脚，常见的是直径为5mm的圆柱型（简称Φ5mm）封装。一、概述（2）、平面式封装平面式封装LED器件是由多个LED芯片组合而成的结构型器件。通过LED的适当连接（包括串联和并联）和合适的光学结构，可构成发光显示器的发光段和发光点，然后由这些发光段和发光点组成各种发光显示器，如数码管、“米”字管、矩阵管等。一、概述（2）、平面式封装

概述（3）、表贴式封装表面贴片LED（SMD）是一种新型的表面贴装式半导体发光器件，具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点。其发光颜色可以是白光在内的各种颜色，可以满足表面贴装结构的各种电子产品的需要，特别是手机、笔记本电脑。一、概述SMD－LED的结构（4）食人鱼式封装

（4）、食人鱼式封装

为什么把着这种LED称为食人鱼，因为它的形状很像亚马孙河中的食人鱼Piranha。食人鱼LED产品有很多优点，由于食人鱼LED所用的支架是铜制的，面积较大，因此传热和散热快。LED点亮后，pn结产生的热量很快就可以由支架的四个支脚导出到PCB的铜带上。（5）大功率LED封装（5）、功率型封装功率型LED是未来半导体照明的核心，大功率LED有大的耗散功率，大的发热量，以及较高的出光效率，长寿命。（5）、功率型封装大功率LED的封装不能简单地套用传统的小功率LED的封装，必须在：封装结构设计；选用材料；选用设备等方面重新考虑，研究新的封装方法。二、

封装工艺介绍直插式lamp-LED灯的封装工艺流程数码管（Display)LED的封装工艺流程贴片式（SMD）LED的封装工艺流程食人鱼LED封装工艺流程2.1各类典型LED封装流程介绍1.直插式Lamp－LED封装流程引脚式封装过程（Φ5mm引脚式封装）将边长0.25mm的正方形芯片粘结或烧结在支架上；芯片的正极用金属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脂包封，做成直径5mm的圆形外形一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（1）芯片检验用显微镜检查材料表面是否有机械损伤及麻点；芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求；电极图案是否完整。

（2）扩片

由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，使LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。2.主要工艺说明（3）点胶

在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片。一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（3）点胶

工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。

一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（4）备胶

和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（5）手工刺片将扩张后LED芯片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品。2.主要工艺说明

（6）自动装架

自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤：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。一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（6）自动装架

自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。2.主要工艺说明

（7）烧结烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170℃，1小时。绝缘胶一般150℃，1小时。一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（7）烧结银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。§6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（8）压焊

压焊的目的将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作。

LED的压焊工艺有两种：金丝球焊铝丝压焊§6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（8）压焊1）铝丝压焊过程：先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。2）金丝球焊过程：在压第一点前先烧个球，其余过程类似。§6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（8）压焊

压焊是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝（铝丝）拱丝形状，焊点形状，拉力。

对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金（铝）丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀（钢嘴）选用、劈刀（钢嘴）运动轨迹等等。一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（9）点胶封装：TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。

一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（9）点胶封装

点胶封装基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。（一般的LED无法通过气密性试验）一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（9）点胶封装手动点胶封装对操作水平要求很高（特别是白光LED），主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（10）灌胶封装

Lamp-LED的封装采用灌封的形式，灌封的过程是：先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型。2.主要工艺说明

（11）模压封装将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热，用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（12）固化与后固化固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135℃，1小时。模压封装一般在150℃，4分钟。一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（12）固化与后固化后固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行热老化。后固化对于提高环氧与支架（PCB）的粘接强度非常重要。一般条件为120℃，4小时。一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明

（13）切筋和划片

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。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。接负极接正极一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明（14）测试

测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选。（15）包装

将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。2.数码管LED的封装工艺流程扩晶备胶PCB板清洗固晶焊线前期测试异常返工处理灌胶光电测试包装二、

封装工艺介绍2、DisplayLED封装工艺二、

封装工艺介绍2、DisplayLED封装工艺3、SMD－LED的封装工艺流程4、食人鱼LED封装工艺（1）.选定食人鱼LED的支架根据每一个食人鱼管子要放几个LED芯片，需要确定食人鱼支架中冲凹下去的碗的形状大小及深浅。二、

封装工艺介绍二、

封装工艺介绍4、食人鱼LED封装工艺（2）.清洗支架（3）.将LED芯片固定在支架碗中（4）.经烘干后把LED芯片两极焊好（5）.根据芯片的多少和出光角度的大小，选用相应的模粒。食人鱼LED封装模粒的形状是多种多样的，有Φ3mm圆头和Φ5mm圆头，也有凹型形状和平头形状，根据出光角度的要求可选择相应的封装模粒。4、食人鱼LED封装工艺（6）.在模粒中灌满胶，把焊好LED芯片的食人鱼支架对准模粒倒插在模粒中。（7）.待胶干后（用烘箱烘干），脱模即可（8）.然后放到切筋模上把它切下来（9）.接着进行测试和分选。二、

封装工艺介绍2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍在LED的封装工艺中，固晶和焊线是两个关键性的工艺，直接影响着封装的品质和产品的成品率。芯片类型单电极芯片一般为红、黄、橙、黄绿；双电极芯片一般为蓝，蓝绿、紫外或者特殊的超高亮红、黄芯片。2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍固晶胶—导电银胶和绝缘胶绝缘胶的作用：固定晶片和导热的作用，用于双电极晶片的绝缘粘接。绝缘胶的主要成份：①

EPOXY；②Silicone绝缘胶的使用：冷藏，使用前需解冻银胶的作用：固定晶片和导电的作用，用于单电极晶片的粘接。银胶的主要成份：银粉占75-80%、EPOXY（环氧树脂）占10-15%、添加剂占5-10%。银胶的使用：冷藏，使用前需解冻并充分搅拌均匀，因银胶放置长时间后，银粉会沉淀，如不搅拌均匀将影响银胶的使用性能

固晶胶使用过程注意点（1）胶保存：固晶胶为单液型，需保存在低温冷冻状态下（-20至-30℃）。（2）胶解冻方式：解冻时应放于防潮干燥箱中，且应密封解冻，有助于避免潮气或凝结水滴的可能。解冻时间30min使胶解冻完全。（3）已固晶支架进行烘烤时应直接放在烘箱的网层上加热，以便固晶支架受热均匀；且烘烤时应尽量减少开启烘箱的次数。（4）每批烘烤出的固晶产品应进行焊线抽检，确认胶是否还可继续使用（5）每周应对烘箱进行清洁，避免烘箱内部污染造成胶的污染。2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍固晶的目的：利用银胶或者绝缘胶将LED芯片与支架或者PCB板粘连在一起（如图2.1），其中银胶是起导电和粘连的作用，主要应用于正面只有单电极的芯片，而绝缘胶只起到粘连的作用，主要用于正面有双电极的芯片。银胶与绝缘胶均须冷藏保存，以维持其粘度及避免填充物沉淀。2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍固晶的具体操作过程醒胶扩晶点胶手工刺片自动固晶机烘烤固化前期准备固晶工序后期处理2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍自动固晶机的工作原理：先在固晶位置点上适量粘性物质（固晶胶），通过相机对芯片与支架识别定位,确认吸晶与固晶坐标,机器利用电磁阀产生真空吸住蓝膜,顶针适时顶起芯片，固晶摆臂在抽成真空的吸嘴与芯片表面接触，吸起芯片，然后摆臂摆到固晶位置，压下到固晶高度，释放真空，将芯片固定到固晶位置，摆臂回摆到等待位置，准备下个固晶流程。2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍固晶工序的注意点（1）剥离芯片膜时用离子风机对着芯片膜进行操作，防止静电击穿芯片。（2）点胶胶量要适中，胶量不能少于芯片的1/4，不可高于芯片的1/2。胶量太少会造成芯片固不牢，易摆动；胶量太多会造成不易烘干及银胶胶量太多易造成正负极微导通造成死灯现象。（3）点胶位和固芯片位置要正，固在支架碗中央为最佳。不固正易产生半值角偏差，发光不均匀。（4）固晶胶与酒精、水等易发生不良反应，易造成固晶胶的失效，在点胶和固晶时应注意酒精的使用，擦洗时最好用无尘布。焊线的目的：焊线的工艺过程通常称为压焊，压焊的目的是把电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作。使用的设备是铝丝或金丝焊机。LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。铝丝压焊时，先在LED芯片电极上压焊第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压第二点后扯断铝丝。2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍金线焊线机的原理：利用温度、压力、超声波振荡的能量在一定时间的配合下，完成引线连接动作。焊接的过程是将金线末端采用电子打火棒打火烧结成金球，再利用焊针经由超声波振荡能量在一定的焊接压力下让金球与焊垫产生相对的摩擦运动，并借由快速摩擦产生的能量使金球与焊垫达到离子程度的熔接。2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍焊线动画演示步骤一：自捲线将金线沿相关路径穿过瓷嘴的中心孔，此动作为穿线，穿线仅在更换线捲、断线或换瓷嘴的情况下才需执行，瓷嘴前端线尾长度之设定可拉出一段较长的线尾，再由程式设定瓷嘴上升到需求的线尾长度时将线夹关闭即可。步骤二：利用电子烧球器(electronicflameoff,EFO)烧金球，打火电极朝金线移动，当间隙逐渐缩小至某依间隙值时，电极与金线间会产生瞬间高压放电功效，此一放电会使金线迅即熔融并形成球状，线夹在这期间内为关闭状态，用以提供电源的导通路径与接地的功能，防止高压电流藉由金线窜流到机器上，造成机器损毁。步骤三：金球成形后打火电极回到定位，此时导线架正被置于轨道上，利用压板夹住并藉由下方加热器加热，而瓷嘴开始移动至第一焊点(晶片端)，并向下移动直到金球被压住。步骤四：瓷嘴将金球压至Pad表面，并施加设定的压力与超音波功率进行焊接，超音波功率提供摩擦将表面的氧化层除去，同时去除表面之粗糙度，进而促成焊接介面之形成，完成第一焊点之球形焊接。步骤五：第一焊点完成后，线夹变成开的状态，依据设定的焊线回路控制马达，使瓷嘴按照回路运动，所需之金线则藉由放线装置之配合，自线捲轴中送出。步骤六：瓷嘴依设定的路径，带动金线移动到内引脚的第二焊点位置，当瓷嘴将金线压在焊点表面时，焊线之回路亦告完成。步骤七：金线被瓷嘴已设定之Force压住，配合超音波产生焊接之功效，完成第二焊点之焊接。步骤八：完成第二焊点后，瓷嘴向上提升至一设定高度，使金线在瓷嘴嘴外伸出一段所需的线尾长度，利用线夹关闭夹住金线后，瓷嘴与线夹往上提升，造成瓷嘴与焊点分离，之后瓷嘴回到设定之定位点上，完成一条焊线回路之焊线循环。2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍焊线的拉力测试拉力断点描述可能原因可能风险A一焊球与芯片焊垫脱离一焊参数不良或芯片焊垫氧化等缺亮B线颈部位断裂线颈受损变细缺亮C线弧拉断无无风险D键合部位脱离二焊参数不良缺亮E二焊球与PCB脱离

二焊参数不良或金属镀层不良缺亮2.2固晶和焊线二、

封装工艺介绍焊点的推力测试当推力值大于标准要求值并且有残金时，表明焊点与正负电极的结合较为牢固。

焊线制程中，第一焊点的推力是指金球推力(BallShear)。第二焊点的拉力是指金线拉力(WirePull)，拉力要拉到金球脫落，这种机率很小，但是拉到第二焊点金球颈部断裂，这是最常见的。制程中，所考量的关键参数有USPower、Force、Time和Temperature(，Force是指下压的力量，超音波能量是指來回震动摩擦，温度是指热板的温度，其考量主要在第二焊点，因為第二焊点對温度较敏感，所以金线若再第二焊点打得上，第一焊点一般情況都沒问题。2.3封胶二、

封装工艺介绍环氧树脂A胶硬化剂B胶扩散剂色素剂模条封胶站使用的辅料：丙酮、甲苯、乙醇（1）原材料介绍LED封装胶主要有两种：硅胶和环氧树脂。LED封装中的环氧树脂为A、B组份，以液态形式存在。1.环氧树脂（Epoxy)环氧树脂的作用：保护LED的内部结构，可稍微改变LED的发光颜色，亮度及角度；使LED成形。

封装树脂包括：A胶（主剂）、B胶（硬化剂），其主要成分为环氧树脂（EpoxyResin）、酸酐类（酸无水物Anhydride）优点：具有成形性、耐热性、良好的机械强度及电器绝缘性；热膨胀系数较小，水蒸气的透过性要小，不含对元件有影响的不纯物，与金属、PPA材料结合性良好；一般说来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，因此成为最常用的半导体塑封材料。缺点：内应力较大，散热效果不佳，耐黄变能力弱，抗紫外能力弱。环氧树脂的使用要求：A、保存条件为室温下6个月；B、主剂和硬化剂一经混合即慢慢起反应使粘度逐渐变高，因此务必在可使用时间内使用完，以免因粘度过高而无法使用。灌模后需立即进入烘烤，以免表面吸潮引起慢干及发脆。C、主剂可加热降低粘度以利混合后脱泡，但温度过高时将缩短可使用时间。D、硬化剂会吸收空气中的水分形成沉淀物，因此使用完毕需立即盖紧，以免变质无法使用。E、配胶时一定要精确地按照规定比例进行配胶及充分搅拌，以免产生胶烘烤不干、易脆、胶色不一致或均匀等品质异常。调配好的胶如暂时不用时，需密封且适当保温放置，以免吸潮或粘度变高而影响作业和产品品质。F、封胶、配胶环境一定要保持清洁及适当的温度和湿度，以免因环境不适而影响产品品质。2.3封胶二、

封装工艺