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LED芯片基礎知識,2013.08.15,一、LED簡介二、LED封裝簡介三、LED封裝原物料四、LED基礎知識,什么是LED,LED是取自LightEmittingDiode三個字的縮寫，中文譯為“發(fā)光二極管”，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。,LED光源的特點,電壓：LED使用低壓電源，單顆電壓在1.9-4V之間，比使用高壓電源更安全的電源。效能：光效高，目前實驗室最高光效已達到251lm/w,是目前光效最高的照明產品?？拐鹦裕篖ED是固態(tài)光源，由于它的特殊性，具有其他光源產品不能比擬的抗震性。穩(wěn)定性：10萬小時，光通量為初始的70%。響應時間：LED燈的響應時間為納秒級，是目前所有光源中響應時間最快的產品。環(huán)保：無金屬汞等對身體有害物質。顏色：LED的帶快相當窄，所發(fā)光顏色純，無雜色光，覆蓋整過可見光的全部波段，且可由RGB組合成任何想要可見光。,LED色彩豐富,由于LED帶寬比較窄，顏色純度高，因此LED的色彩比其他光源的色彩豐富得多。據有關專家計算，LED的色彩比其他光源豐富30%,因此，它能夠更準確的反應物體的真實性，當然也更受消費者的青睞！,LED發(fā)光原理,發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。,LED產業(yè)鏈,各種各樣的LED,LED規(guī)格類型（我司常用）,A直插：5草帽頭、子彈頭、食人魚B貼片（以外形尺寸定義的）：3020、3528、3014、5060（5050）C大功率：CREE、CITILIGHT、Edison、Osram、SEOUL,DCOB光源：15*12mm、12*8mm、20*20mmE集成大功率：,芯片：三安晶元隆達晶發(fā)乾照藍光士蘭華燦109*1110*128*1510*16產品型號：358草帽頭346546橢圓形食人魚等發(fā)光角度：15182030150180等亮度：50-1800mcd電壓：1.8-2.3V、2.8-3.6V電流：20mA30mA色溫：RGB2700-12000K（其它色溫可訂做）,A、DIP直插,芯片：三安晶元隆達晶發(fā)乾照藍光同方璨元10*1610*2323*4514*28產品型號：3014、3528、5050、2835、5630、3020、3030等發(fā)光角度：120加透鏡顯指：708090亮度：50-1800mcd波長：470nm520nm620nm電壓：1.8-2.3V、2.8-3.6V電流：20mA30mA色溫：RGB2700-12000K（其它色溫可訂做）,B、SMD表貼（SurfaceMountedDevices）,芯片：科銳歐司朗三安晶元迪源藍寶30mil35mil38mil45mil23*45產品型號：3030、3535等發(fā)光角度：120加透鏡顯指：708090亮度：50-1800mcd波長：470nm520nm620nm電壓：1.8-2.3V、2.8-3.6V電流：20mA30mA色溫：RGB2700-6500K（其它色溫可訂做）,C、1W大功率,芯片：夏普西鐵城普瑞三安晶元22*3022*4520*38產品型號：4W5W6W7W8W10W13W15W23W33W63W等發(fā)光角度：120度加透鏡顯色性：8090流明(Lm)：280-5500LM光效（Lm/W）：70-113電壓：9.650V單顆3.2-3.5V電流：400-950mA3串3并單顆60-150mA色溫：2700K3000K3500K4000K5000K6500K,D、COB（ChipOnBoard）面光源,E、集成大功率,芯片：晶元三安新世紀光宏迪源藍寶30mil35mil38mil45mil等產品型號：10W30W50W70W100W等散熱發(fā)光角度：120度加二次光學透鏡改變角度流明(Lm)：1000-1200LM8000-10000LM電壓：912V單顆3.5V電流：1050MA3串3并350MA10串1并單顆150mA色溫：6000-6500K3000-3200K（其它色溫可訂做）,LED封裝,一、LED封裝工藝流程,由于LED芯片在切割后依然排列緊密間距很小(約0.1mm)，不利于固晶工序的操作。故采用擴晶機對粘結芯片的膜進行擴張，使LED芯片的間距拉伸到約0.4mm。,（一）、擴晶,撕藍膜正確手法,擴張機溫度設置,工藝要求：1、待實際溫度顯示為505,方可將晶片環(huán)套至伸張盤上作業(yè)；2、晶片與離型紙分開時必須非常的小心及慢慢撕開,不可一下將離型紙撕開；3、待擴張之晶片必須放于引伸盤之正中央方可操作；4、作業(yè)人員須穿靜電服，戴靜電帽、口罩靜電環(huán)（接地型）及靜電手套（或靜電指套）。,（二）、膠水回溫,工藝要求：1、固晶膠冷凍于-40。2、解凍的銀膠（絕緣膠），8（12）小時內用完.3、每瓶銀膠解凍最多不多于三次4、置放在室溫下解凍（約25）1.5小時，直到完全達到室溫才可使用，解凍時，嚴格注意密封，以防止膠可能吸潮。5、攪拌銀膠應使用扁平棒同方向均勻攪拌，不可快速攪拌，以避免空氣進入形成氣泡。攪拌棒使用完后必須清洗干凈，且不可放入存儲容器內與銀膠或絕緣膠放在一起。6、銀膠或絕緣膠不能出現(xiàn)分層、變色；不能有雜質、毛絲及顆粒狀。,（三）、固晶固晶是結合了點膠和固晶兩大步驟，先在LED支架上點上銀膠（絕緣膠），然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置，再安置在相應的支架位置上。,工藝要點固晶、點膠位置銀膠量(1/3-1/2晶片高度)支架、晶片放置方向固晶后及時烘烤,銀膠,點膠動作,固晶動作,膠量控制除流程卡規(guī)定外，PLCC雙電極用DX-10硅膠，硅膠高度控制在1/31/2晶片高之間，晶片三面以上粘膠；其他涂覆銀膠，銀膠牌號：CT850或CT220；銀膠高度控制在1/23/4晶片高之間，晶片三面以上粘膠，如圖以銀膠為例所示：,膠量太少（不合格）h1/2H(不合格)h1/3H（合格）,支架晶片、方向,對UG、UB以及UW系列產品，需要加反向齊納二極管以保護LED免受靜電擊穿的，齊納二極管需先固晶、烘烤固化完畢后，再按放LED晶片；對全彩RGB機種，也是同樣的處置方法。常規(guī)固晶位置圖如下：,檢驗、烘烤,烘烤的目的是使銀膠固化，使晶片固著于支架上，利于后續(xù)工藝作業(yè)。銀膠烘烤的溫度一般控制在150，2小時。正在烘烤銀膠的烤箱必須按工藝要求作業(yè)，中間不得隨意打開。銀膠與不導電膠應用不同的烤箱區(qū)分烘烤，防止污染。,晶片倒置晶片破損晶片裂片晶片粘膠晶片重疊,（四）、焊線（特殊重點控制工序）,使用自動焊線設備，完成自動進料、焊線、出料工作。將晶片通過金絲連接在PCB或金屬框架對應電極上，形成電路回路。,單電極雙電極(對角)雙電極(左右),金線打線方式及弧形要求：,說明：A點球徑為金絲直徑的2-3倍；晶線拉力試驗斷點在A或E點時,無論拉力有多大均為不良；晶線拉力試驗斷點在B、C、D點晶線拉力值須在6g(含)以上,焊線工藝要求,1、雙電極之負極（小區(qū)）金球不允許超出電極區(qū)，正極金球同單電極要求，無金球短路（含透明電極）現(xiàn)象；單電極金球偏出電極應1/4球，如下圖所示：,金球未超出電極金球偏出電極1/4球(r1/4R)金球偏出電極1/4球(r1/4良好合格不合格,2、焊球大小及形狀要求2.1、第一焊點金球形狀要求：第一焊點球徑為金絲直徑的2-3倍,合格金球不對稱（不合格）縮徑（不合格）,2.2、第二焊點形狀及大小要求：,1、合格（3d5d）2、不合格（楔形不對稱）3、楔形太窄太長（W3d）,特殊重點工序質量控制要求1、質控項目：金絲拉力F、焊球推力、第一焊點，第二焊點及金絲形狀、焊接機臺2、質控方法：21、當更換材料、品種或者機臺異常停機后必須做首件檢驗、測試拉力、推力，做好記錄。22、有拉力或金球，第二焊點，金絲高度等不符合要求的情況，應立刻向工藝人員反應以便查清原因，及時糾正。23、機臺如出現(xiàn)異常，需及時向機修人員或工藝員反應。,（五）封裝,LED的封裝主要有灌封、點膠、模壓三種。目的是保護內部的電路免受外部電路的破壞或不受影響。1、Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在LED成型模粒內注入液態(tài)環(huán)氧樹脂，然后插入焊好線的LED支架，放入烤箱讓環(huán)氧樹脂固化后，將LED從模粒中脫出即成型。2、對帶框架產品，通過點膠等手段將液態(tài)環(huán)氧樹脂涂覆于框架內，保護晶片及內引線，形成制成品。3、將熱固性環(huán)氧樹脂通過模塑成形法實現(xiàn)對管芯及內引線的保護，并使封裝出來的LED具有規(guī)定的尺寸外形。本工序不適用PLCC型帶框架產品。,點膠工藝要點膠水、熒光粉配膠、抽真空（505,15min)點膠量烘烤,目前常用的灌封膠包括環(huán)氧樹脂和硅膠。硅膠由于具有透光率高，折射率大，熱穩(wěn)定性好，應力小，吸濕性低等特點，明顯優(yōu)于環(huán)氧樹脂，在白光、功率型燈珠中廣泛應用，但成本較高。硅膠：道康寧6630、6301、6650等，長興GD531環(huán)氧：信越1012、1016、1018,配膠方式配膠精確度,凹碗口NG,平碗口OK,凸碗口NG,封裝烘烤,1、開啟烤箱電源開關，使其升溫，按所烘烤產品對烤箱進行時間溫度設定。2、達到設定溫度后，將待長烤的產品以每托盤為一組排列于烤箱中，達到設定時間后，關掉電源開關待其自然冷卻后取出產品（烤箱溫度必須達到135或150，才開始進行烘烤固化流程）。3、長烤時長烤是為了讓環(huán)氧樹脂充分固化，同時對LED進行熱老化。一定要注意烘烤溫度，以免產品過熱變形、外殼黃化變色及電極氧化。4、每次長烤的數(shù)量不可過多，且注意通風，以保證烤箱內部溫度均衡。5、硅膠固化時,一定要與使用環(huán)氧樹脂的機種區(qū)分烤箱固化,且注意固化烤箱的清潔與保養(yǎng)。6、烘烤用烘箱內隔層要求保持水平，材料盒不可正對進出風口，以防傾斜偏光。,工藝要點：溫度、時間、擺放,不同封裝膠水烘烤參數(shù)一覽表：,（六）、外觀檢驗,1、氣泡：材料芯片和焊線上方及周圍(5mil以內)不能有氣泡出現(xiàn)，其它位置5mil以下氣泡不可超4個，510mil氣泡不可超2個，不可有10mil以上氣泡。2、雜物：以肉眼看不明顯且不影響材料發(fā)光為原則，不得有金屬殘留物存在(例金線未挑干凈)。3、塌線：線受外力影響造成下塌而嚴重變形導致碰到芯片非焊線部位。4、少膠：不可因少膠而導致有金錢外露情形。5、膠體臟：膠體表面出現(xiàn)之臟污程度不得影響到材料的正常發(fā)光。6、支架沾膠：支架引腳不得有沾膠現(xiàn)象。7、支架臟：支架表面附著之臟污不得影響材料的可焊性。8、溢膠：膠蓋上不得有沾膠現(xiàn)象9、PIN受損：支架腳不得有受損現(xiàn)象。10、支架氧化：支架不得有氧化現(xiàn)象。11、毛刺：膠蓋不得有毛刺現(xiàn)象，如果毛刺剝落后肉眼外觀無明顯異常時，可以作良品。,（七）、沖裁剝離,1、清潔上下模面及集料盤,確認模具內無殘料、污垢，集料盤清潔干燥。2、在進行全切制程前,先切1PCS支架進行首件檢查,以顯微鏡檢查材料若無裂痕、變形等情況方可作業(yè)。3、一個批號的產品全切完畢檢視上下模及切割機臺確認有無殘留之材料，如有確認為同批次產品用酒精擦拭后放入已切材料。4、確認無材料遺漏后將已單顆剝離的材料裝入篩網用離子氣槍從同一方向吹1-2分鐘以去除毛邊（鐵屑）。5、作業(yè)員作業(yè)時桌面只能擺放一種材料以防混料，并及時清料。檢查新的材料前，必須將工作臺清理干凈。,（八）、分選,將產品按照設置的光電參數(shù)測試，剔除不良品，同時將良品分檔，確保同檔產品光電參數(shù)的一致性。,工藝要點校機光電參數(shù)(1)VF:電壓V(2)IV:光強mcd(3)WD:波長nm(4)CIEx/y:光色,1、檢查圓振盤、平振軌道、轉盤、及各Bin料筒，及機臺周圍是否還有余料，若有余料必須清除。2、每種型號材料在測試前需由品管制定至少3PCS標準管，并做標示以便校驗機臺。3、取出標準燈對機臺參數(shù)進行校對，校驗無誤后，在規(guī)格與寫檔頁輸入寫檔名稱并開始寫檔。,4、用一顆標準件將測試機臺校正后，須用另外2PCS標準件來驗證校正結果，由作業(yè)員2H小時校驗一次，品管4H抽檢一次。5、各項光電參數(shù)管控范圍：（1）正向電壓(VF)：與標準件的偏差須在0.03V以內。（2）主波長(WLD)：與標準值的偏差須在0.3nm以內。（3）坐標(X、Y)：白光：X，Y的值與標準值的偏差須在0.005以內。（4）亮度(IV)：a.普通亮度(低于130mcd)，與標準值的偏差須在3%以內。b.高亮度(高于130mcd)，與標準值偏差須在5%以內。6、如果標準件的IR2A，則此標準件作廢。7、標準管、機臺校驗完畢后：設置檔位參數(shù)。,（九）、包裝編帶,將分類好的良品進行卷帶包裝，利于客戶用貼片機自動貼片。,工藝要點混料燈珠方向一致性蓋帶拉力儲存,注意事項：1、將同一BIN材料倒入振動入料盤內振動入料，每編完一檔及時清機、檢查。2、機臺PR設定要準確，以防止無法識別導致極性錯誤。3、不得有熱壓不良、蓋帶偏、蓋帶拉力不符要求等現(xiàn)象。4、編帶包裝完成后將型號、等級標示清楚，放入烤箱中做除濕烘烤，烘烤溫度為705，時間為12h，烘烤時間最長不可超過24h。超過24小時整卷及散bin半成品需抽真空入庫或放入防潮柜。5、每天作業(yè)前需對吸嘴及熱壓刀進行清洗，清洗方式為用棉簽蘸酒精擦拭。,三、封裝原物料（一）、原物料-芯片,1、分類（1）、按強度級別：按照晶片的價值、抗靜電能力、衰減指標等，將晶片性能分為：H高性能；M中性能；L低性能；E其他等（2）、按尺寸大小：088mil099mil1010mil7*97mil*9mil8*108mil*10mil類似的有：9*1110*1212*1213*138*1510*1610*1810*2310*3024*2435*3540*40（3）、按是否測試：專案芯片、原片、方片（4）、按電極數(shù)量（常規(guī)）：單電極、雙電極，前者多為紅光、黃光等高波段后者多為綠光、藍光等底波段（5）、按襯底分：紅黃光主要采用GaP、GaAs作為襯底藍綠光主要采用藍寶石、碳化硅作為襯底（6）、按波長大?。?2、芯片的組成材料LED晶片的元素為III-V族化合半導體,紅黃光：二元GaP磷化鎵三元GaAsP磷砷化鎵三元GaAlAs砷化鋁鎵四元AlGaInP磷化鋁鎵銦,藍綠光：GaN氮化鎵InGaN氮化鎵銦,3、芯片的參數(shù)電壓：單電極1.8V-2.6V雙電極2.8V-3.6V波長：同上亮度：裸晶參數(shù)90-100mcd200-220mcd60-70mcd4、芯片廠家CREE、普瑞、晶元、隆達、新世紀、晶發(fā)、奇力、奇美、廣稼、華上、泰谷、三安、華燦、迪源、藍光、藍寶、士蘭、乾照、路美、華光、立德、德豪、同方、映倫等5、部分芯片圖,華上10*10晶發(fā)7*9奇力12*12,路美10mil乾照9mil三安9mil,（二）、原物料-支架,14*20,20,1、按尺寸類型分類：發(fā)光管、點陣數(shù)碼管、食人魚、SMD0603、SMD3014、SMD3528、SMD2835、SMD5050、SMD5630、1W伯朗型、集成大功率、集成COB等2、廠家：大鐸、一詮、博羅沖壓、宏磊達等3、性能：（1）紅墨水實驗無滲透（2）鍍銀層膜厚測試:40-100u（1麥為0.026um）（3）打線測拉力、推力、殘金符合要求（4）高溫150烘烤4H，PPA塑殼無黃化、支架無變形、碗壁內鍍銀無變色（5）鍍層表面無氧化、露銅、起泡、發(fā)黑（6）外觀尺寸符合要求等,（三）、原物料-金線,1、按類型分類：（1）金線（2）鋁線（3）銅線（4）銅鈀線（5）金鋁合金線2、線徑：0.8mil1.0mil1.2mil1.5mil3、廠家：賀利氏、達博4、性能：（1）導電、導熱性（2）延展性（3）焊線參數(shù)設置,（四）、原物料-膠水,1、按類型分類：（1）、固晶膠水：銀膠CT220、CT850-6；硅膠DX-10、DX-20（2）、封裝膠水：a、硅膠：道康寧6630、6301、6650等，信越SCR-1018、KER-3000，長興GD531；b、環(huán)氧：信越1012、1016、10182、廠家：信越、道康寧、京瓷、三越、杰果、長興化工3、性能：（1）導電、導熱性（2）折射率、透光率（3）使用注意事項：a：應避免與含有N、P、S等有機化合物，Sn、Pb、Hg、Sb、Bi、As等重金屬的離子性化合物，含有乙炔基等不飽和基的有機化合物接觸；b：應避免與有機酸等可能與固化劑反應的物質接觸；c：攪拌混合時要使用金屬或玻璃制品；d：要在陰涼處密封保存，開封后要密封好，防止受潮。,（五）、原物料-熒光粉,1、按類型分類：（1）YAG鋁酸鹽熒光粉，優(yōu)點：亮度高，發(fā)射峰寬，成本低，應用廣泛，黃粉效果較好缺點：激發(fā)波段窄，光譜中缺乏紅粉的成分，顯色指數(shù)不高，（2）硅酸鹽熒光粉優(yōu)點：激發(fā)波段寬，綠粉較好缺點：發(fā)射峰窄，對濕度較敏感，不耐高溫，適合用在小功率LED（3）氮化物熒光粉優(yōu)點：激發(fā)波段寬，溫度穩(wěn)定性好，紅粉較好：缺點：制造成本高2、廠家：英特美、宏大、虹耀、優(yōu)彩,LED基礎知識,1、LED結溫和熱阻2、溫度對LED的影響3、常用LED光電參數(shù)介紹4、應用照明常用光源,LED的結溫,結溫：是指管芯PN結的平均溫度，用TJ表示。LED結溫高低直接影響到LED出光效率、器件壽命、可靠性、發(fā)射波長等。是LED器件封裝和器件應用設計必須著重解決的核心問題。,熱阻,總熱阻為各層熱阻之和,熱阻：是指反映阻止熱量傳遞能力的綜合參量。單位：/W，即物體持續(xù)傳熱功率為1W時，導熱路徑兩端的溫差。,LED的壽命,一切事物都有發(fā)生、發(fā)展和消亡的過程，LED也不例外，是有一定壽命的。早期的LED只是手電筒、臺燈這類的禮品，用的時間不長，壽命問題不突出。但是現(xiàn)在LED已經開始廣泛地用于室外和室內的照明之中，尤其是大功率的LED照明，其功率大、發(fā)熱高、工作時間長，壽命問題就十分突出。LED的壽命10萬小時，其實只是理論上實驗室的壽命。假如不考慮電源和驅動的故障，LED的壽命表現(xiàn)為它的光衰，也就是時間長了，亮度就越來越暗，直到最后熄滅。通常定義衰減30%的時間作為其壽命。單色光光衰50%為失效；照明光衰30%為失效,結溫與壽命,大多數(shù)白色LED是由藍色LED照射黃色熒光粉而得到的。引起LED光衰的主要原因有兩個，一個是藍光LED本身的光衰，藍光LED的光衰遠比紅光、黃光、綠光LED要快。還有一個是熒光粉的光衰，熒光粉在高溫下的衰減十分嚴重。各種品牌的LED它的光衰是不同的。LED的光衰是和它的結溫有關，所謂結溫就是半導體PN結的溫度，結溫越高越早出現(xiàn)光衰，也就是壽命越短。從圖上可以看出，假如結溫為105度，亮度降至70%的壽命只有一萬多小時，95度就有2萬小時，而結溫降低到75度，壽命就有5