LED的生产工艺和封装工艺

生产工艺1.工艺：a)清洗：采用超声波清洗PCB或LED支架，并烘干。b)装架：在LED管芯(大圆片)底部电极备上银胶后进行扩张，将扩张后的管芯(大圆片)安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED支架相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。c)压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流注入的引线。LED直接安装在PCB上的，一般采用铝丝焊机。(制作白光TOP-LED需要金线焊机)d)封装：通过点胶，用环氧将LED管芯和焊线保护起来。在PCB板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉(白光LED)的任务。e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED，则在装配工艺之前，需要将LED焊接到PCB板上。f)切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等。g)装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。h)测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好。包装：将成品按要求包装、入库。封装工艺1.LED的封装的任务是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。2.LED封装形式LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。3.LED封装工艺流程4.封装工艺说明1.芯片检验镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑(lockhill)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。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是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。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。)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。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。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.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。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。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。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。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的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。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。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。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LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。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。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。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。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。(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。13.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。14.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。15.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。16.包装将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。B功率型LED封装技术概述半导体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。由于LED芯片输入功率的不断提高，功率型LED封装技术主要应满足以下两点要求：①封装结构要有高的取光效率;②热阻要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性能和可靠性。功率型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，虽然其内量子效率还需进一步提高，但获得高发光通量的最大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，并通过增大芯片面积，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重。功率型LED封装关键技术：a.散热技术传统的指示灯型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中或载片台上，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150～250℃/W，新的功率型芯片若采用传统式的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黄，从而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。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;甚至设计二次散热装置，来降低器件的热阻;在器件的内部，填充透明度高的柔性硅胶，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。为提高器件的取光效率，设计外加的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，蓝光激发荧光粉发出的黄绿光与蓝光合成白光。该方法相对简单，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面均匀性差、色调一致性不好;色温偏高，显色性不理想。　②RGB三基色多个芯片或多个器件发光混色成白光，或者用蓝+黄色双芯片补色产生白光。只要散热得法，该方法产生的白光较前一种方法稳定，但驱动较　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基色光混色形成白光。由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。LED单芯片封装LED在过去的30多年里，取得飞速发展。第一批产品出现在1968年，工作电流20mA的LED的光通量只有千分之几流明，相应的发光效率为0.1lm/W，而且只有一种光色为650nm的红色光。70年代初该技术进步很快，发光效率达到1lm/W，颜色也扩大到红色、绿色和黄色。伴随着新材料的发明和光效的提高，单个LED光源的功率和光通量也在迅速增加。原先，一般LED的驱动电流仅为20mA。到了20世纪90年代，一种代号为“食人鱼”的LED光源的驱动电流增加到50-70mA，而新型大功率LED的驱动电流达到300—500mA。特别是1998年白光LED的开发成功，使得LED应用从单纯的标识显示功能向照明功能迈出了实质性的一步。图2-1到图2-4描述了LED的发展历程。图2-1普通LED主要用于指示灯图2-2高亮度LED主要用于照明灯图2-3食人鱼LED图2-4大功率LEDA功率型LED封装技术现状　功率型LED分为功率LED和瓦(W)级功率LED两种。功率LED的输入功率小于1W(几十毫瓦功率LED除外);W级功率LED的输入功率等于或大于1W。