LED封裝結(jié)構(gòu)及其技術(shù)

1、 本科畢業(yè)論文 題 目： led封裝結(jié)構(gòu)及其技術(shù) 院 （部）： 理學(xué)院 專 業(yè)： 應(yīng)用物理學(xué)班 級： 光電054姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2009年6月1日i山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文目 錄摘 要ivabstract1 前 言11.1 關(guān)于發(fā)展半導(dǎo)體照明的重要性11.2 led的發(fā)光原理、特點、分類及應(yīng)用21.2.1 led的發(fā)光原理21.2.2 led光源的基本特征31.2.3 led光源的分類51.2.4 led光源的應(yīng)用61.3 led封裝的基本問題62 led封裝技術(shù)的研究現(xiàn)狀82.1 引言82.2 led封裝形式的演變、封裝工藝流程、封裝材料8 2.2.1 led封裝形式

2、的演變8 2.2.2 led封裝工藝流程10 2.2.3 led封裝材料122.3 產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)類型132.3.1引腳式封裝132.3.2 表面貼裝封裝152.3.3 功率型封裝162.3.4 食人魚led的封裝172.4 led封裝結(jié)構(gòu)的光學(xué)模擬與設(shè)計19 2.4.1 雷曼某大功率led的模擬19 2.4.2 led的光學(xué)設(shè)計203 led封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢283.1 led芯片效率的提升對芯片面積的影響283.2 led器件效率與封裝工藝的提升對led應(yīng)用成本的影響303.3 led封裝未來工藝及裝備的改變分析313.4 led封裝技術(shù)的幾種發(fā)展趨勢324 結(jié) 論35謝 辭36參考文獻(xiàn)37

3、摘 要 發(fā)光二極管是21世紀(jì)的照明新光源，它具有光效高，工作電壓低，耗電量小，體積小等優(yōu)點，可平面封裝，易于開發(fā)輕薄型產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)堅固且壽命很長。光源本身不含汞、鉛等有害物質(zhì)，無紅外和紫外污染，不會在生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生對外界的污染。因此，無論從節(jié)約電能、降低溫室氣體排放的角度，還是從減少環(huán)境污染的角度，發(fā)展led作為新型照明光源替代傳統(tǒng)的照明用具將是大勢所趨。 led封裝的光學(xué)模擬大多采用雷曼某大功率led的模擬，晶片、支架碗杯、透鏡（或填充膠體）為其三大要素，通過改變碗杯結(jié)構(gòu)、透鏡形狀來模擬尋求最佳的出光效率，并設(shè)計發(fā)光角度為600的封裝產(chǎn)品。在實驗中，支架碗杯內(nèi)壁有直線、圓弧向里、圓弧向外等情

4、形，填充膠的膠量有凹入或凸起情形，通過對每種情況對應(yīng)的candela圖進(jìn)行分析可得：支架碗杯內(nèi)壁的設(shè)計為圓弧向里，填充膠的膠量（膠體在碗口處的高低變化）為凸起時，可以得到最為理想的出光效率，得到的產(chǎn)品的性能也最穩(wěn)定。由光學(xué)模擬實驗得到的led的參數(shù)值可以設(shè)計出性能最好的器件，作為一種節(jié)能、高效的新型發(fā)光器件，led的前景已經(jīng)引起了產(chǎn)業(yè)界和資本市場的廣泛關(guān)注，幾個主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都提出了半導(dǎo)體照明計劃。我們國家的半導(dǎo)體照明工程將緊急啟動，只要打破了制約亮度、價格等的技術(shù)瓶頸后，使得半導(dǎo)體照明能普遍的進(jìn)入民用照明領(lǐng)域后，一年就可以為中國節(jié)電一個三峽工程。關(guān)鍵詞：封裝結(jié)構(gòu)類型；封裝工藝流程；出光效

5、率；光學(xué)模擬led packaging structure and technology abstractled lighting is the new light source in the 21st century，it has many advantages such as a high luminous efficiency，low voltage，small power consumption，small size， etc. it can be flat pack，easy to develop thin-and-light products，the structure is so

6、lid and had a very long life. the light dont have harmful substances such as mercury and lead，infrared and ultraviolet pollution，and dont produce the pollution of the outside world in the production and use process. therefore，in terms of saving energy and reducing greenhouse gas emissions，or whether

7、 from the perspective of reducing environmental pollution，led lighting as a new alternative to traditional lighting appliances，will be the trend of the times. led package always using the lehmans simulation of a high-power led， chips，support bowl cups，lens (or gel-fill led) for the three major eleme

8、nts，by changing the glass bowl，lens shape to search for the best light efficiency and design of light-emitting angle of the package of 600 products. in the experiment，glass bowl stent wall has a straight line，the arc inward，the arc outward circumstances，the plastic filler volume has indentation or c

9、onvex case. through a series of experiments show that the inner wall of glass bowls stent is designed to arc inward，in each case by the corresponding analysis candela plans available: the amount of plastic filler (colloidal changes in the level of the bowl) is convex case may be receive the most ide

10、al light efficiency，and the products capability is most stable.received by the optical simulation of the led design parameter values can be the best device performance，as an energy-saving and efficient new light-emitting devices，the prospect of led has attracted industry and capital markets a wide r

11、ange of concerns，several major developed countries and regions have put forward plans to semiconductor lighting. our nations semiconductor lighting project will be start emergent，as long as break the technical bottlenecks in the brightness and the price after the semiconductor lighting can make univ

12、ersal access to civilian lighting，one year it can save a china three gorges project. key words: structure of the packaging type；packaging process；light efficiency； optical simulationvii山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文1 前 言1.1 關(guān)于發(fā)展半導(dǎo)體照明的重要性 發(fā)光二極管(led)被認(rèn)為是21世紀(jì)的照明新光源，同樣亮度下，半導(dǎo)體燈耗電僅為普通白熾燈的1/10，而壽命卻可以延長100倍。led器件是冷光源，光效高，工作電壓低

13、，耗電量小，體積小，可平面封裝，易于開發(fā)輕薄型產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)堅固且壽命很長，光源本身不含汞、鉛等有害物質(zhì)，無紅外和紫外污染，不會在生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生對外界的污染，因此，半導(dǎo)體燈具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特點。如同晶體管替代電子管一樣，半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，也將是大勢所趨。無論從節(jié)約電能、降低溫室氣體排放的角度，還是從減少環(huán)境污染的角度，led作為新型照明光源都具有替代傳統(tǒng)照明光源的極大潛力。中國工程院院士陳良惠曾說：“半導(dǎo)體照明進(jìn)入民用照明領(lǐng)域，一年可以為中國節(jié)電一個三峽工程”。預(yù)計到2010年，我國照明用電將達(dá)到3225億kwh，如果半導(dǎo)體照明進(jìn)入有1/3的照明市場，就能夠節(jié)約1/3的照

14、明用電，這意味著每年為國家節(jié)省用電1000億kwh，相當(dāng)于三峽工程每年847億kwh發(fā)電量的12倍。 為此，國家將緊急啟動半導(dǎo)體照明工程：首先，我國發(fā)展半導(dǎo)體照明有一定技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。我國自主研制的第一個發(fā)光二極管(led)，比世界上第一個發(fā)光二極管僅僅晚幾個月；在氮化鎵的研究方面比國外大約晚三年，比起當(dāng)初微電子的技術(shù)差距已經(jīng)小很多了。通過“863”計劃等科技計劃的支持，我國已經(jīng)初步形成從外延片生產(chǎn)、芯片制備、器件封裝到應(yīng)用的比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈1。我國已經(jīng)有400多家企業(yè)介入到led照明行業(yè)中，封裝在國際市場上已占有相當(dāng)大的份額，民間資本已開始大量進(jìn)入。半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)是技術(shù)密集型加勞動密集型產(chǎn)業(yè)

15、，尤其是芯片加工和封裝全是勞動力密集型的，能夠發(fā)揮我國的勞動力比較優(yōu)勢，我國有能力承接國際半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移。其次，我國是世界上最大的傳統(tǒng)照明電器生產(chǎn)和出口國之一，而且中國有著13億人的巨大市場，如果將來應(yīng)用新技術(shù)，進(jìn)一步降低成本，未來照明產(chǎn)業(yè)的最大市場還應(yīng)是在中國，如此巨大的市場怎能拱手讓與他人？ 綜合分析這幾方面情況，2003年6月17日，科技部聯(lián)合信息產(chǎn)業(yè)部、建設(shè)部、教育部、中國科學(xué)院、中國輕工業(yè)聯(lián)合會等部門，緊急啟動了“國家半導(dǎo)體照明工程”，成立了國家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組。2003年10月15日，國家“十五”科技攻關(guān)計劃重大項目“半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)”通過可行性論證，10月

16、29日正式啟動?！鞍雽?dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)”項目包括“功率型高亮度發(fā)光二極管芯片及封裝產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”、“半導(dǎo)體照明系統(tǒng)技術(shù)、重大應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)及示范”、“半導(dǎo)體照明評價與標(biāo)準(zhǔn)體系、發(fā)展戰(zhàn)略研究及知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略研究”。預(yù)計通過該攻關(guān)計劃的實施，可以建成功率型高亮度led芯片制備和封裝示范生產(chǎn)線，形成1020項目原創(chuàng)型核心技術(shù)專利2，開發(fā)出10種以上特殊照明特色產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用示范基地、建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的半導(dǎo)體照明評價與標(biāo)準(zhǔn)體系和知識產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟。 半導(dǎo)體照明是個跨領(lǐng)域、跨學(xué)科、跨部門的工程，需要多部門很好地協(xié)作、統(tǒng)一布局，共同推進(jìn)。我國科研成果轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)很薄弱，科研、產(chǎn)業(yè)兩張皮，企業(yè)也沒有很強的實力介入到

17、科研中來。為此，專家呼吁，科研、企業(yè)、宏觀政府管理部門和地方政府管理部門應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，共同推進(jìn)，避免產(chǎn)業(yè)趨同和低水平重復(fù)建設(shè)，并提供相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)政策，使各方面資源能夠有效整合，通過階段性目標(biāo)的整體推進(jìn)，最終形成有核心競爭力的中國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)。1.2 led的發(fā)光原理、特點、分類及應(yīng)用1.2.1 led的發(fā)光原理(1) p-n結(jié)電子注入發(fā)光 圖1.1、圖1.2表示p-n結(jié)未知電壓是構(gòu)成一定的勢壘，當(dāng)加正向偏置時勢壘下降，p區(qū)和n區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，出現(xiàn)大量電子向p區(qū)擴散，構(gòu)成對p區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時得到的能量以光能的形式釋

18、放，這就是p-n結(jié)發(fā)光的原理。 發(fā)光的波長或頻率取決于選用的半導(dǎo)體材料的能隙eg。如eg的單位為電子伏(ev) 。eg=hv/q=hc/(q)，=hc/(qeg)=1240/eg (nm)。半導(dǎo)體可分為直接帶隙和間接帶隙兩種，發(fā)光二極管大都采用直接帶隙材料，這樣可使電子直接從導(dǎo)帶躍遷到價帶與空穴復(fù)合而發(fā)光，有很高的效率。反之，采用間接帶隙材料，其效率就低一些。表1.1列舉了常用半導(dǎo)體材料及其發(fā)射的光波波長等參數(shù)。 圖1.1 p-n結(jié)發(fā)光的原理 圖1.2 p-n結(jié)發(fā)光的原理 表1.1 常用半導(dǎo)體材料及其發(fā)射的光波波長半導(dǎo)體材料類型gaasgapgaaspgaalasgan:zn系列hg400hg

19、500hg530btbl發(fā)光顏色發(fā)光波長(nm)發(fā)光亮度(mcd)發(fā)光功率(mw)正向壓降（v）工作電流(ma)最大工作電流(ma)反向電流(ua)反向耐壓(v)最大功耗(mw)紅外94011.3305050575紅外930101.6200200300紅外93010023000300 紅6950.31.81050 綠555121050 紅6500.42.51050505100紅6800.42.51050505100藍(lán)49027.510(2) 異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光為了提高載流子注入效率，可以采用異質(zhì)結(jié)。圖1.3表示未加偏置時的異質(zhì)結(jié)能級圖對電子和空穴具有不同高度的勢壘。圖1.4表示加正向偏置后，這兩個

20、勢壘均減小。但空穴的勢壘小得多，而且空穴不斷從p區(qū)向n區(qū)擴散，得到高的注入效率。n區(qū)的電子注入p區(qū)的速率卻較小。這樣n區(qū)的電子就越遷到價帶與注入的空穴復(fù)合，而發(fā)射出由n型半導(dǎo)體能隙所決定的輻射。由于p區(qū)的能隙大，光輻射無法把點自己發(fā)到導(dǎo)帶，因此不發(fā)生光的吸收，從而可直接透射處發(fā)光二極管外，減少了光能的損失。1.2.2 led光源的基本特征(1) led光源發(fā)光效率高 led經(jīng)過幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為1224lm/w，熒光燈5070lm/w，鈉燈90140lm/w，大部分的耗電變成熱量損耗。 圖1.3 未加偏置時的異質(zhì)結(jié)能級圖 圖1.4 加正向偏置后的異

21、質(zhì)結(jié)能級圖led光效經(jīng)改良后將達(dá)到達(dá)50200lm/w，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。目前，世界各國均加緊提高對led光效方面的研究，在不遠(yuǎn)的將來其發(fā)光效率將有更大的提高。 (2) led光源耗電量少 led單管功率0.030.06w，采用直流驅(qū)動，單管驅(qū)動電壓1.53.5v，電流1518ma，反應(yīng)速度快，可在高頻操作。同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的1/8，熒光燈管的1/2，日本估計，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的led替代日本一半的白熾燈和熒光燈，每年可節(jié)約相當(dāng)于60億升原油。就橋梁護(hù)欄燈為例，同樣效果的一支日光燈40w多，而采用led每支的功率只有8w

22、，而且可以七彩變化。 (3) led光源使用壽命長 采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而采用led燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊和震動，不易破碎，平均壽命達(dá)10萬小時。led燈具使用壽命可達(dá)510年，可以大大降低燈具的維護(hù)費用，避免經(jīng)常換燈之苦。 (4) led光源安全可靠性強 發(fā)熱量低，無熱輻射，冷光源，能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強度，調(diào)整發(fā)光方式，實現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合。 (5) led光源有利于環(huán)保 led為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光

23、源體積小，可以隨意組合，易開發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護(hù)。 1.2.3 led的分類(1) 按發(fā)光管發(fā)光顏色分按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。(2) 按發(fā)光管出光面特征分 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。國外通常把3mm的發(fā)光二極管記作t-1

24、；把5mm的記作t-1(3/4)；把4.4mm的記作t-1(1/4)。由半值角大小可以估計圓形發(fā)光強度角分布情況。(3) 從發(fā)光強度角分布圖來分 高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。 標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為2045。 散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為4590或更大，散射劑的量較大。(4) 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。(5) 按發(fā)光強度和工作電流分按發(fā)光強度和工作電流分有普通

25、亮度的led（發(fā)光強度100mcd），把發(fā)光強度在10100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般led的工作電流在十幾ma至幾十ma，而低電流led的工作電流在2ma以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。1.2.4 led的應(yīng)用led的應(yīng)用主要可分為三大類：lcd屏背光、led照明、led顯示。 小尺寸1.5寸到3.5寸lcd屏的背光：例如手機、pda、mp3/4等便攜設(shè)備的lcd屏都需要led來背光。 7寸lcd屏的背光：如數(shù)碼相框。 大尺寸lcd屏的背光：如lcd tv/monitor、筆記本電腦。 led手電筒：小功率led手電筒、強光led手電筒、led礦燈。 led照明：照明經(jīng)過白熾燈、日光燈

26、，到現(xiàn)在比較普遍的節(jié)能燈，再下個階段應(yīng)該就是led照明燈的普及了，這里需要超高亮度的led，超長壽命、極低功耗將是led燈很大的優(yōu)勢，同時成本考慮也是一個關(guān)鍵。 led顯示：我們在公交車、地鐵里都能看到各樣的led字幕顯示屏，并且在戶外也有不少大屏幕led點陣顯示屏幕，從遠(yuǎn)處看就是一個比較清晰的超大屏幕電視機。這里需要用到專用的led顯示控制芯片。1.3 led封裝的基本問題 led燈封裝解釋：簡單來說led封裝就是把led封裝材料封裝成led燈的過程； led燈封裝流程：一般led封裝必須經(jīng)過擴晶-固晶-焊線-灌膠-切腳-分光分色等流程； led燈封裝材料：主要封裝材料有芯片、金線、支架、膠

27、水等； led燈封裝設(shè)備：擴晶設(shè)備、固晶機、焊線機、點膠機、烘烤箱等，一般分為全自動封裝設(shè)備手工封裝設(shè)備兩種。 led燈封裝的必要性：半導(dǎo)體封裝使諸如二極管、晶體管、ic等為了維護(hù)本身的氣密性，并保護(hù)不受周圍環(huán)境中濕度與溫度的影響，以及防止電子組件受到機械振動、沖擊產(chǎn)生破損而造成組件特性的變化。因此，封裝的目的有下列幾點：(1)防止?jié)駳獾扔赏獠壳秩耄?2)以機械方式支持導(dǎo)線；(3)有效地將內(nèi)部產(chǎn)生的熱排出；(4)提供能夠手持的形體。以陶瓷、金屬材料封裝的半導(dǎo)體組件的氣密性較佳，成本較高，適用于可行性要求較高的使用場合。以塑料封裝的半導(dǎo)體組件的氣密性較差，但是成本低，因此成為電視機、電話機、計算

28、機、收音機等民用品的主流。 led封裝質(zhì)量評判：led燈封裝好壞的幾個指標(biāo)是角度、亮度、顏色(波長)一致性、抗靜電能力、抗衰減能力等。led燈的封裝技術(shù)：一般全自動設(shè)備封裝要比手工封裝的要好，封裝的技術(shù)水平也是led燈封裝的好壞的主要因素，同樣的材料不同的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出來的產(chǎn)品有很大的差別。led封裝技術(shù)的關(guān)鍵：大功率led封裝主要涉及光、熱、電、結(jié)構(gòu)與工藝等方面，如圖1.5所示。這些因素彼此既相互獨立，又相互影響。其中，光是led封裝的目的，熱是關(guān)鍵，電、結(jié)構(gòu)與工藝是手段，而性能是封裝水平的具體體現(xiàn)。從工藝兼容性及降低生產(chǎn)成本而言，led封裝設(shè)計應(yīng)與芯片設(shè)計同時進(jìn)行，即芯片設(shè)計時就應(yīng)該考慮到

29、封裝結(jié)構(gòu)和工藝。否則，等芯片制造完成后，可能由于封裝的需要對芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而延長了產(chǎn)品研發(fā)周期和工藝成本，有時甚至不可能取得成功。圖1.5 led封裝技術(shù)涉及的各方面2 led封裝技術(shù)的研究現(xiàn)狀2.1 引言 國內(nèi)led產(chǎn)業(yè)中有20余家上、中游研制及生產(chǎn)單位和150余家后道封裝企業(yè)，高端封裝產(chǎn)品還未見推向市場。目前，完成gan基藍(lán)綠光led中游工藝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究3，力爭在短期內(nèi)使產(chǎn)品的性能指標(biāo)達(dá)到國外同時期同類產(chǎn)品的水平，力爭在較短時間內(nèi)達(dá)到月產(chǎn)10萬的生產(chǎn)能力，開發(fā)白光照明光源用的功率型led芯片等新產(chǎn)品?？萍疾繉⑼度?000萬元資金，啟動國家半導(dǎo)體照明工程，注意終端產(chǎn)品，先從特種產(chǎn)品做

30、起，以汽車、城市景觀照明作為市場突破口，把大功率、高亮度led放在突出位置，它的成果將要服務(wù)于北京奧運會和上海世博會。無庸質(zhì)疑，產(chǎn)業(yè)鏈中的襯底、外延、芯片、封裝、應(yīng)用需共同發(fā)展，多方互動培植，封裝是產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下部分，需要關(guān)注與重視。2.2 led封裝形式的演變、封裝工藝流程、封裝材料2.2.1 led封裝形式的演變?nèi)鐖D2.1所示，根據(jù)不同的應(yīng)用場合、不同的外形尺寸、散熱方案和發(fā)光效果，led封裝形式多種多樣。目前，led按封裝形式分類主要有l(wèi)amp-led、top-led、side-led、smd-led、high-power-led、flip chip-led等。圖2.1 led封裝形式

31、的演變(1) lamp-led（垂直led）lamp-led早期出現(xiàn)的是直插led，它的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在led成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧樹脂，然后插入壓焊好的led支架，放入烘箱中讓環(huán)氧樹脂固化后，將led從模腔中脫離出即成型。由于制造工藝相對簡單、成本低，有著較高的市場占有率。(2) smd-led（表面貼裝led）貼片led是貼于線路板表面的，適合smt加工，可回流焊，很好地解決了亮度、視角、平整度、可靠性、一致性等問題，采用了更輕的pcb板和反射層材料，改進(jìn)后去掉了直插led較重的碳鋼材料引腳，使顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少，目的是縮小尺寸，降低重量。這樣，表面貼裝l

32、ed可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，最終使應(yīng)用更加完美。(3) side-led（側(cè)發(fā)光led）目前，led封裝的另一個重點便側(cè)面發(fā)光封裝。如果想使用led當(dāng)lcd（液晶顯示器）的背光光源，那么led的側(cè)面發(fā)光需與表面發(fā)光相同，才能使lcd背光發(fā)光均勻。雖然使用導(dǎo)線架的設(shè)計，也可以達(dá)到側(cè)面發(fā)光的目的，但是散熱效果不好。不過，lumin leds公司發(fā)明反射鏡的設(shè)計，將表面發(fā)光的led，利用反射鏡原理來發(fā)成側(cè)光，成功的將高功率led應(yīng)用在大尺寸lcd背光模組上。(4) top-led（頂部發(fā)光led）頂部發(fā)光led是比較常見的貼片式發(fā)光二極管，主要應(yīng)用于多功能超薄手機和pda中的背光和狀態(tài)指示燈。(

33、5) high-power-led（高功率led）為了獲得高功率、高亮度的led光源，廠商們在led芯片及封裝設(shè)計方面向大功率方向發(fā)展。目前，能承受數(shù)瓦功率的led封裝已出現(xiàn)。比如norlux系列大功率led的封裝結(jié)構(gòu)為六角形鋁板作底座(使其不導(dǎo)電)的多芯片組合，底座直徑31.75mm，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，直徑約0.375mm25.4mm，可容納40只led管芯，鋁板同時作為熱沉。這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝，發(fā)光效率高，熱阻低，在大電流下有較高的光輸出功率，也是一種有發(fā)展前景的led固體光源?？梢?，功率型led的熱特性直接影響到led的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長、使用壽命等，因此，

34、對功率型led芯片的封裝設(shè)計、制造技術(shù)顯得更加重要。(6) flip chip-led（覆晶led）led覆晶封裝結(jié)構(gòu)是在pcb基板上制有復(fù)數(shù)個穿孔，該基板的一側(cè)的每個穿孔處都設(shè)有兩個不同區(qū)域且互為開路的導(dǎo)電材質(zhì)，并且該導(dǎo)電材質(zhì)是平鋪于基板的表面上，有復(fù)數(shù)個未經(jīng)封裝的led芯片放置于具有導(dǎo)電材質(zhì)的一側(cè)的每個穿孔處，單一led芯片的正極與負(fù)極接點是利用錫球分別與基板表面上的導(dǎo)電材質(zhì)連結(jié)，且于復(fù)數(shù)個led芯片面向穿孔的一側(cè)的表面皆點著有透明材質(zhì)的封膠，該封膠是呈一半球體的形狀位于各個穿孔處，屬于倒裝焊結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管4。2.2.2 led封裝工藝流程(1) 芯片檢驗 鏡檢：材料表面是否有機械損傷及麻

35、點麻坑（lockhill）芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整。(2) 擴片 由于led芯片在劃片后依然排列緊密間距很小（約0.1mm），不利于后工序的操作。我們采用擴片機對黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴張，是led芯片的間距拉伸到約0.6mm，也可以采用手工擴張，但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。(3) 點膠 在led支架的相應(yīng)位置點上銀膠或絕緣膠（對于gaas、sic導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光led芯片，采用絕緣膠來固定芯片）。 工藝難點在于點膠量的控制，在膠體高度、點膠位置均有詳細(xì)的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有

36、嚴(yán)格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。(4) 備膠 和點膠相反，備膠是用備膠機先把銀膠涂在led背面電極上，然后把背部帶銀膠的led安裝在led支架上，備膠的效率遠(yuǎn)高于點膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝。(5) 手工刺片 將擴張后led芯片（備膠或未備膠）安置在刺片臺的夾具上，led支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將led芯片一個一個刺到相應(yīng)的位置上，手工刺片和自動裝架相比有一個好處，便于隨時更換不同的芯片，適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品。(6) 自動裝架 自動裝架其實是結(jié)合了沾膠（點膠）和安裝芯片兩大步驟，先在led支架上點上銀膠（絕緣膠），然后用真空吸嘴將led芯片

37、吸起移動位置，再安置在相應(yīng)的支架位置上。 自動裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程，同時對設(shè)備的沾膠及安裝精度進(jìn)行調(diào)整，在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對led芯片表面的損傷，特別是藍(lán)、綠色芯片必須用膠木的，因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層。(7) 燒結(jié) 燒結(jié)的目的是使銀膠固化，燒結(jié)要求對溫度進(jìn)行監(jiān)控，防止批次性不良，銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150，燒結(jié)時間2h，根據(jù)實際情況可以調(diào)整到170，1h，.絕緣膠一般150，1h。 銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2h（或1h）打開更換燒結(jié)的產(chǎn)品，中間不得隨意打開，燒結(jié)烘箱不得再其他用途，防止污染。(8) 壓焊 壓焊的目的將電極引到led芯片上，完

38、成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作。led的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種，鋁絲壓焊的過程，先在led芯片電極上壓上第一點，再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方，壓上第二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球，其余過程類似。 壓焊是led封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲（鋁絲）拱絲形狀，焊點形狀，拉力。對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題，如金（鋁）絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈刀（鋼嘴）選用、劈刀（鋼嘴）運動軌跡等等。(9) 點膠封裝 led的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種，基本上工藝控制的難點是氣泡、多缺料、黑點，設(shè)計上主要是對材料的選型，選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架（一般的le

39、d無法通過氣密性試驗），手動點膠封裝對操作水平要求很高（特別是白光led），主要難點是對點膠量的控制，因為環(huán)氧在使用過程中會變稠，白光led的點膠還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致出光色差的問題。(10) 灌膠封裝 lamp-led的封裝采用灌封的形式，灌封的過程是先在led成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧，然后插入壓焊好的led支架，放入烘箱讓環(huán)氧固化后，將led從模腔中脫出即成型。(11) 模壓封裝 將壓焊好的led支架放入模具中，將上下兩副模具用液壓機合模并抽真空，將固態(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中，環(huán)氧順著膠道進(jìn)入各個led成型槽中并固化。(12) 固化與后固化 固化是指封裝環(huán)氧的固化，一

40、般環(huán)氧固化條件在135，1h，模壓封裝一般在150，4min。(13) 后固化 固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時對led進(jìn)行熱老化，后固化對于提高環(huán)氧與支架（pcb）的粘接強度非常重要，一般條件為120，4h。(14) 切筋和劃片 由于led在生產(chǎn)中是連在一起的（不是單個），lamp封裝led采用切筋切斷l(xiāng)ed支架的連筋。smd-led則是在一片pcb板上，需要劃片機來完成分離工作。(15) 測試 測試led的光電參數(shù)、檢驗外形尺寸，同時根據(jù)客戶要求對led產(chǎn)品進(jìn)行分選。(16) 包裝 將成品進(jìn)行計數(shù)包裝，超高亮led需要防靜電包裝。2.2.3 led封裝材料(1) 主劑材料 環(huán)氧樹脂：以透明無

41、色、雜質(zhì)含量低、黏度低為原則。高檔產(chǎn)品應(yīng)選用道化學(xué)的331j、南亞的127、+三井的139、大+油墨的ep4000系列環(huán)氧樹脂，中低檔產(chǎn)品可采用宏昌的127系列環(huán)氧樹脂。 活性稀釋劑：一般采用脂環(huán)族的雙官度活性稀釋劑比較好，但國內(nèi)基本上不能生產(chǎn)；中低檔產(chǎn)品可用南亞的age代替，但age對固化后的強度有影響，交聯(lián)度也不夠。如果樹脂的黏度較低，可以不添加稀釋劑。 消泡劑：以相容較好、消泡性好、低沸點溶劑為準(zhǔn)則，可選用byk-a530、byk-066、byk-141、德謙6500等消泡劑。 調(diào)色劑：一般以20%的透明油容性染料添加80%的主體環(huán)氧樹脂后，加溫攪拌混溶后即可少量添加，可消除樹脂及其他材

42、料添加造成的微黃色，并可保證固化后顏色的純正。透明油容性染料的選擇，需具備至少150180的耐溫條件，以防止加溫固化時變色5，可選用拜爾peg-400系列調(diào)色劑。 脫模劑：以脫模效果好、相容性好、顏色淺為原則，可選用廣州科拉司公司(byk代理商)的fint-900、無錫三山電子材料廠的tma脫模劑。(2) 固化劑材料 甲基六氫苯酐：一般國內(nèi)產(chǎn)品中游離酐的含量偏高，只用于中低檔產(chǎn)品生產(chǎn)，高檔產(chǎn)品應(yīng)采用意大利lonza公司的產(chǎn)品。 促進(jìn)劑：酸酐體系可采用季胺鹽，如國內(nèi)研發(fā)的四丁基溴化胺、四已基溴化胺，但是四已基溴化胺的相容性可能不太好，可先用醇類(如苯甲醇、甘油)稀釋后使用，但會影響強度。 抗氧劑

43、：主要防止酸酐高溫固化時被氧化，要求相容性好、顏色淺，中低檔產(chǎn)品可選用通用的264系列抗氧劑。 2.3 產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)類型 自上世紀(jì)九十年代以來，led芯片及材料制作技術(shù)的研發(fā)取得多項突破6，透明襯底梯形結(jié)構(gòu)、紋理表面結(jié)構(gòu)、芯片倒裝結(jié)構(gòu)，商品化的超高亮度(1cd以上)紅、橙、黃、綠、藍(lán)的led產(chǎn)品相繼問市，如表2.1所示，2000年開始在低、中光通量的特殊照明中獲得應(yīng)用。led的上、中游產(chǎn)業(yè)受到前所未有的重視，進(jìn)一步推動下游的封裝技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展，采用不同封裝結(jié)構(gòu)形式與尺寸，不同發(fā)光顏色的管芯及其雙色、或三色組合方式，可生產(chǎn)出多種系列，品種、規(guī)格的產(chǎn)品。表2.1 超高亮度led商品化主要材料生產(chǎn)技

44、術(shù)顏色（nm）起始年份algaas液相外延、金屬有機化學(xué)汽相淀積紅、紅外(880-650)1983algainpalingap低溫金屬有機化學(xué)汽相淀積紅、橙、黃、黃綠(650-560)1991ingan雙氣流金屬有機化學(xué)汽相淀積深綠、藍(lán)、近紫外(525-385)1993led產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)的類型如表2.2所示，現(xiàn)有根據(jù)發(fā)光顏色、芯片材料、發(fā)光亮度、尺寸大小等情況特征來分類的。單個管芯一般構(gòu)成點光源，多個管芯組裝一般可構(gòu)成面光源和線光源，作信息、狀態(tài)指示及顯示用，發(fā)光顯示器也是用多個管芯，通過管芯的適當(dāng)連接(包括串聯(lián)和并聯(lián))與合適的光學(xué)結(jié)構(gòu)組合而成的，構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段和發(fā)光點。表面貼裝led

45、可逐漸替代引腳式led，應(yīng)用設(shè)計更靈活，已在led顯示市場中占有一定的份額，有加速發(fā)展趨勢。固體照明光源有部分產(chǎn)品上市，成為今后led的中、長期發(fā)展方向。2.3.1 引腳式封裝 led引腳式封裝采用引線架作各種封裝外型的引腳，是最先研發(fā)成功投放市場的封裝結(jié)構(gòu)，品種數(shù)量繁多，技術(shù)成熟度較高，封裝內(nèi)結(jié)構(gòu)與反射層仍在不斷改進(jìn)7。標(biāo)準(zhǔn)led被大多數(shù)客戶認(rèn)為是目前顯示行業(yè)中最方便、最經(jīng)濟的解決方案，典型的傳統(tǒng)led安置在表2.2 led產(chǎn)品封裝類別類 型 特 征 結(jié) 構(gòu)點光源（發(fā)光燈）圓形、矩形、多邊形、橢圓形、阻塞形、子彈形、凸形、弓形、雙頭形、側(cè)視形、碗形、圓柱形、三角形、凹面尖端形等等，透鏡尺寸各

46、異。環(huán)氧全封、金屬(陶瓷)底座環(huán)氧封裝、表面貼裝面光源（面發(fā)光燈）發(fā)光面積大，可見距離遠(yuǎn)，視角寬，圓形、梯形、三角形、平形、正方形、長方形等，可拼接成發(fā)光陳列或某些專用線條、圖形，作信號或狀態(tài)指示用。雙列直插、單列直插、表面貼裝發(fā)光顯示器數(shù)碼管、符號管、“米”字管、矩陳管，電平或多位、光柱顯示器等表面貼裝、混合封裝能承受0.1w輸入功率的包封內(nèi)，其90的熱量是由負(fù)極的引腳架散發(fā)至pcb板，再散發(fā)到空氣中，如何降低工作時p-n結(jié)的升溫是封裝與應(yīng)用必須考慮的。包裝密封材料多采用高溫固化環(huán)氧樹脂，其光性能優(yōu)良，工藝適應(yīng)性好，產(chǎn)品可靠性高，可做成有色透明或無色透明和有色散射或無色散射的透鏡封裝，不同的

47、透鏡形狀構(gòu)成多種外形及尺寸，例如，圓形按直徑分為2mm、3mm、4.4mm、5mm、7mm等數(shù)種，環(huán)氧樹脂的不同組份可產(chǎn)生不同的發(fā)光效果。 花色點光源有多種不同的封裝結(jié)構(gòu)：陶瓷底座環(huán)氧樹脂封裝具有較好的工作溫度性能，引腳可彎曲成所需形狀，體積??；金屬底座塑料反射罩式封裝是一種節(jié)能指示燈，適作電源指示用；閃爍式將cmos振蕩電路芯片與led管芯組合封裝，可自行產(chǎn)生較強視覺沖擊的閃爍光；雙色型由兩種不同發(fā)光顏色的管芯組成，封裝在同一環(huán)氧樹脂透鏡中，除雙色外還可獲得第三種的混合色，在大屏幕顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，并可封裝組成雙色顯示器件；電壓型將恒流源芯片與led管芯組合封裝，可直接替代524v的

48、各種電壓指示燈。面光源是多個led管芯粘結(jié)在微型pcb板的規(guī)定位置上，采用塑料反射框罩并灌封環(huán)氧樹脂8而形成，pcb板的不同設(shè)計確定外引線排列和連接方式，有雙列直插與單列直插等結(jié)構(gòu)形式。點、面光源現(xiàn)已開發(fā)出數(shù)百種封裝外形及尺寸，供市場及客戶適用。 led發(fā)光顯示器可由數(shù)碼管或米字管、符號管、矩陳管組成各種多位產(chǎn)品，由實際需求設(shè)計成各種形狀與結(jié)構(gòu)。以數(shù)碼管為例，有反射罩式、單片集成式、單條七段式等三種封裝結(jié)構(gòu)，連接方式有共陽極和共陰極兩種，一位就是通常說的數(shù)碼管，兩位以上的一般稱作顯示器。反射罩式具有字型大，用料省，組裝靈活的混合封裝特點，一般用白色塑料制作成帶反射腔的七段形外殼，將單個led管

49、芯粘結(jié)在與反射罩的七個反射腔互相對位的pcb板上，每個反射腔底部的中心位置是管芯形成的發(fā)光區(qū)，用壓焊方法鍵合引線，在反射罩內(nèi)滴人環(huán)氧樹脂，與粘好管芯的pcb板對位粘合，然后固化即成。反射罩式又分為空封和實封兩種，前者采用散射劑與染料的環(huán)氧樹脂，多用于單位、雙位器件；后者上蓋濾色片與勻光膜，并在管芯與底板上涂透明絕緣膠，提高出光效率，一般用于四位以上的數(shù)字顯示。單片集成式是在發(fā)光材料晶片上制作大量七段數(shù)碼顯示器圖形管芯，然后劃片分割成單片圖形管芯，粘結(jié)、壓焊、封裝帶透鏡(俗稱魚眼透鏡)的外殼。單條七段式將已制作好的大面積led芯片，劃割成內(nèi)含一只或多只管芯的發(fā)光條，如此同樣的七條粘結(jié)在數(shù)碼字形的可伐架上，經(jīng)壓焊、環(huán)氧樹脂封裝構(gòu)成。單片式、單條式的特點是微小型化，可采用雙列直插式封裝，大多是專用產(chǎn)品。led光柱顯示器在106mm長度的線路板上，安置101只管芯(最多可達(dá)201只管芯)，屬于高密度封裝，利用光學(xué)的折射原理9，使點光源通過透明罩殼的1315條光柵成像，完成每只管芯由點到線的顯示，封裝技術(shù)較為復(fù)雜。 照明設(shè)半導(dǎo)體p-n結(jié)的電致發(fā)光機理決定led不可能產(chǎn)生具有連續(xù)光譜的白光，同時單只led也不可能產(chǎn)生兩種以上的高亮度單色光，只能在封裝時借助熒光物質(zhì)，藍(lán)或紫外led管芯上涂敷熒光粉，間接產(chǎn)生寬帶光譜，合成白光；或采用幾種(兩種或三種、多種)發(fā)不同色光