LED封裝生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告

一、實(shí)習(xí)目的與任務(wù)LEDLEDLEDLEDLEDLED及有限元分析軟件Ansys6.穩(wěn)固所學(xué)的理論學(xué)問，把理論學(xué)問應(yīng)用到實(shí)踐中去。實(shí)二、實(shí)習(xí)原理習(xí)1.LED照明的進(jìn)展概況發(fā)光二極管〔LED〕是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaN〔氮化鎵〕、GaAs〔砷報(bào)化鎵〕、GaP〔磷化鎵〕、GaAsP〔磷砷化鎵〕等半導(dǎo)體材料制成的，其核心告是PNNP區(qū)，空穴由PN1LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附著在一個(gè)支架上，是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。如圖 2所示。圖1LED能帶圖 圖2LED構(gòu)造示意圖照明光源的進(jìn)展經(jīng)受了四個(gè)階段：火焰、蠟燭和油燈、燈泡和光管、LED化模組，其發(fā)光效率越來越高，被譽(yù)為一代綠色光源。LED度快等一系列優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用到照明的各個(gè)領(lǐng)域：大屏幕顯示、背光照明〔手機(jī)、、一般照明〔路燈、室內(nèi)燈。白光LED點(diǎn)燃了真正“綠色照明”的光輝，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有價(jià)值的光源；白光LED將取代白熾燈和日光燈成為照明市場(chǎng)的主導(dǎo)。1各種光源性能的比較LEDLED項(xiàng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)光源，可以推測(cè)，在不久的將來LED品之一。LEDLED光電產(chǎn)業(yè)是一個(gè)興的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，具有節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，符合我們業(yè)進(jìn)展風(fēng)景。LEDLEDLEDLEDLEDLED比較的重要作用。另外中國(guó)是LED封裝大國(guó)，據(jù)估量全世界80%數(shù)量的LED器件封裝集中在中國(guó)。LED封裝的作用：1〕機(jī)械保護(hù)，以提高牢靠性；LED性能；3〕光學(xué)掌握，提高出光效率，優(yōu)化光束分布；4〕LED封裝的工藝流程固晶：將芯片焊接在支架或基板 導(dǎo)熱或?qū)щ婋姌O垂直構(gòu)造機(jī)械 固定打金線：實(shí)現(xiàn)芯片與外電路的電 連接涂覆熒光粉：混色實(shí)現(xiàn)白光出光其示意圖如以下圖所示：固晶 引線灌膠3LED封裝的工藝流程LEDLEDLED350mA1W大小約40×40mil，即約1×1mm；額定電流150mA的0.5W芯片，大小約20×20mil0.5×0.5mm。D24DmEgLEDSiC襯底(Cree專利)、Si襯底(未商業(yè)化)。LED電極的構(gòu)造分為垂直構(gòu)造和水平構(gòu)造。其中垂直構(gòu)造的電流分布均勻性更優(yōu)。晶元——水平構(gòu)造 旭明——垂直構(gòu)造固晶焊料a.樹脂粘貼法承受樹脂粘合劑在芯片和封裝體之間形成一層絕緣層或是在其中摻雜金屬〕形成電和熱的良導(dǎo)體。商業(yè)常用的是銀膠。b.金屬合金焊接法(共晶焊接)共晶焊接原理:在共晶溫度時(shí)能形成共晶的兩種金屬相互接觸,經(jīng)過互集中后便可在其間形成具有共晶成分的液相合金,隨時(shí)間延長(zhǎng),液相層不斷增厚,冷卻后液相層又不斷交替析出兩種金屬,每種金屬一般又以自己的原始固相為根底而長(zhǎng)大、結(jié)晶析出,因此兩種金屬之間的共晶能將兩種金屬嚴(yán)密地結(jié)合在一起。共晶焊料(錫/銀/230°C焊接的方式分為：正裝焊接和倒裝焊接。本次實(shí)習(xí)所用固晶材料為銀膠，焊接方式為正裝焊接。4全自動(dòng)固晶機(jī)填充材料中留有孔洞消滅虛焊〕。因此在焊接過程中要抑制這些問題。3)打線子之間在原子親和力的作用下形成金屬鍵，實(shí)現(xiàn)了金絲引線的焊接。涂覆熒光粉

圖5超聲波金絲球焊機(jī)455nmLED配。封裝所用材料的價(jià)錢芯片0/塊、硅膠9g、熒光粉0g、支架或許是幾毛錢一個(gè)。LEDLED學(xué)問題。a器件的導(dǎo)熱，b模塊的散熱,c熒光粉熱效應(yīng),d硅膠/環(huán)氧樹脂的熱問題。光的問題包括：a芯片出光,b熒光粉混光,c一次光學(xué),d二次光學(xué)。a芯片的電學(xué),b器件的電學(xué),c驅(qū)動(dòng)電路,d掌握系統(tǒng)。熱和光是LED封裝中最為重要的兩個(gè)問題。熱問題LED性能產(chǎn)生的影響。LED大約60%的功率轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。焦耳熱，光的重吸取，吸取發(fā)熱。熱的發(fā)散：熱向環(huán)境的發(fā)散過程。a.固晶材料1W/m*K，20um，熱阻20K/W；導(dǎo)電銀膠：熱導(dǎo)率6W/m*K，厚度20um，熱阻3.3K/W；共晶焊接：熱導(dǎo)率(39～59)W/m*K，厚度2um，熱阻(0.05～0.03)K/W。b．封裝基板

圖6LED封裝中熱學(xué)模擬圖目前常見的大功率LED封裝基板有PCBMCPCMAl2O3陶瓷和AlN陶瓷。類型膨脹系數(shù)ppm/K耐熱性能PCB0～315300℃/120s金屬覆銅板1～522288℃/30s陶瓷 氧化鋁～207500℃基板 氮化鋁～1805500℃圖7金屬覆銅板 圖8陶瓷基板高功率LED陶瓷封裝技術(shù)主要可區(qū)分成厚膜陶瓷技術(shù)與積層陶瓷技術(shù)兩種。陶瓷封裝的優(yōu)點(diǎn)：熱導(dǎo)率高，導(dǎo)熱性好，熱阻低，熱膨脹系數(shù)〔CTE〕與化學(xué)穩(wěn)定性好。陶瓷封裝的缺點(diǎn)是本錢過高。傳統(tǒng)高功率LED元件，多以厚膜或低溫共燒陶瓷基板作為芯片散熱基板，再以打金線方式將LEDCREE公司的XLamp和OSRAM公司的OSLON。隨著LED集成程度的提高，特別是大功率LED多芯片問題越來越嚴(yán)峻。因此我們要查找高散熱系數(shù)的基板材料，以取代氧化鋁。將LED芯片與其基板以共晶或覆晶的方式連結(jié)，大幅增加經(jīng)由芯片至系統(tǒng)電路板之散熱效率。LED熱問題的一個(gè)重要的方向是查找高熱導(dǎo)率的固晶方式和封裝基板。光問題LED的光問題包括出光效率、光色問題。出光效率與芯片構(gòu)造〔如光子晶〔如倒裝〕、熒光粉〔如涂覆方式〕、反射杯和透鏡親熱相關(guān)。中藍(lán)光芯片和熒光粉是最重要的兩種與光親熱相關(guān)的材料。藍(lán)光芯片影響發(fā)光的因素有：波長(zhǎng)、強(qiáng)度、擺放位置、電壓、電流。、顆粒、光譜。涂覆方式和光色是與熒光粉關(guān)系最大的因素。白光LED有以下獲得方法：LED組成一個(gè)象素(pixel)可得到白光；LED芯片和可被藍(lán)光激發(fā)的黃光熒光粉組成白光LED〔最常用、商業(yè)化〕LED芯片和可被藍(lán)光激發(fā)的綠光和紅光熒光粉組成白光LED。LED光LED?！岸嗔孔于濉卑坠釲ED。LED芯片和可被藍(lán)光激發(fā)的黃光熒光粉組成的白光LED。LED封裝的光電測(cè)試LED，進(jìn)展相關(guān)的測(cè)量包括：I-V測(cè)試光輻射功率與光通量發(fā)光效率光譜測(cè)量色坐標(biāo)、相關(guān)色溫與顯色指數(shù)配光曲線〔光強(qiáng)分布〕熱阻測(cè)試光通量單色的光通量。發(fā)光效率定義：發(fā)光效率=光通量/電功率，單位：流明/瓦(lm/W)。3〕光譜測(cè)量光譜說明白對(duì)發(fā)光起作用的激發(fā)光的波長(zhǎng)范圍。放射光譜是指發(fā)光材料在某一波長(zhǎng)激發(fā)下，發(fā)光的能量隨波長(zhǎng)的變化。放射放射光譜按放射譜帶的帶寬一般可分為線譜(帶寬比較窄)和帶譜(帶寬比較寬)。圖9相對(duì)光譜圖CIE1931色度圖CIE1931色度圖是依據(jù)1931CIE－XYZ系統(tǒng)繪制出來的。x色度坐標(biāo)相當(dāng)，y色度坐標(biāo)相當(dāng)于綠原色的比例。圖中沒有z色度坐標(biāo)，由于x+y+z=1。色坐標(biāo)

圖10CIE1931色度圖在E三色鼓勵(lì)值〔又稱三刺激值〕表示，三刺激值即為混合某一種顏色時(shí)所需的三個(gè)基色的數(shù)量，分別用X、Y、Z平面直角色度坐標(biāo)：x X y Y z ZXYZ XYZ XYZx、y、zx+y+z=1?！舶l(fā)光體s(λ)，x(λ)、y(λ)、z(λ)，則光源的三刺激值為：XKs()x() YKs()y() ZKs()z() KY100K 100 s()y()該樣品的色坐標(biāo)為：x X y Y z ZXYZ XYZ XYZ相關(guān)色溫的色度坐標(biāo)很難做到恰好坐在黑體軌跡上，所以用與黑體軌跡最接近的顏色來確定該光源的色溫，叫相關(guān)色溫。相關(guān)色溫是指與具有一樣亮度刺激的顏色最相像的黑體輻射體的溫度，用 K氏溫度表示。C.顯色指數(shù)觀顏色的比較。色產(chǎn)生明顯的色差。色差程度越大，光源對(duì)該色的顯色性越差。白熾燈的顯色指數(shù)定義為1008種彩8色的偏離程度，以測(cè)量該光源的顯色指數(shù)，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的光源通常不適于一般用途。LED善LED的顯色性，可以在白光光譜中參加紅光輻射。圖11加紅光補(bǔ)充，提高顯示指數(shù)配光曲線〔〕12配光曲線熱阻測(cè)試穩(wěn)態(tài)熱阻其中, 為L(zhǎng)ED的節(jié)溫， 為PCB板底部溫度， 為總輸入電功率, 出光功率三、實(shí)習(xí)步驟與內(nèi)容日程安排1〕第一天：上午教師介紹LEDTracepro模擬和Ansys軟件熱模擬。2〕其次天：上午進(jìn)展固晶，并在廢棄基板上練習(xí)打線；下午正式打線。第三天：上午涂覆熒光粉，點(diǎn)膠；下午進(jìn)展灌封保護(hù)透鏡。LED第五天，思考總結(jié)。1〕建立幾何模型〔包括各局部幾何尺寸及相對(duì)位置；便利觀看把視圖改為輪廓，圓柱體與圓錐體作差運(yùn)算得基板；插入芯片；填充硅膠生成透鏡，用一長(zhǎng)方體與球體作差LED參加觀測(cè)屏；色；賜予光學(xué)屬性〔發(fā)光類型、波長(zhǎng)范圍、折射率等；“reflector”的“surface0”,右擊選“屬性”-在彈出框中選“外表”-右邊名目選“dafault”-名稱選“mirror”-“應(yīng)用”。LED“chip”的頂面“surface4”，右擊選“外表光源”，設(shè)置參數(shù)；硅膠透鏡屬性設(shè)置:同時(shí)選擇“silicone”和“l(fā)ens”，右擊“屬性”-“材料”-名目“plastic”-名稱“acrylic”–“應(yīng)用”;長(zhǎng)，但準(zhǔn)確度越高；模擬結(jié)果分析13，由于模型有環(huán)形對(duì)稱性，所以四個(gè)角度代表的配55光斑分析：?jiǎn)螕酎c(diǎn)選接收面“screen”的下外表“surface2”，再選擇“輻照度分析圖14射總光通量、光照度最大值、最小值、平均值等。圖13配光曲線 圖14照度圖LED—硅膠—透鏡—空氣，耗散的熱量遠(yuǎn)小于芯片產(chǎn)生總熱量，于是無視這一傳熱路徑的所散掉的熱量。15LED熱學(xué)模擬的具體步驟如下：拉伸”畫出實(shí)體并保存。文件的擴(kuò)展名為.par。將各實(shí)體零件裝配。ANSYSx-t。jobnameRUN；solid、brick8node70、OK、colse；vglue，all2：導(dǎo)熱膠-1.2；4：銀膠-2.0；6：芯07080、輸入KXX。多種材料對(duì)應(yīng)多種屬性；〔10〕材料屬性與體對(duì)應(yīng)該。preprocesor—meshing—mesh應(yīng)；〔11〕劃分網(wǎng)格。preprocesor—meshing—meshtool—mesh—pickall(無視warning〔12〕定義負(fù)載與邊界條件。preprocesor—load—definegenerate(onvolume0.8e10)/convenction；試驗(yàn)中：芯片6的生成率設(shè)為0.8e10W/mm3?；宓酌?定義對(duì)流系數(shù)為3025；Solution—solve—currentLS—OK；結(jié)果顯示。Generalpostproc—plotresult—contourplot—nodalsolu—DOFsolution—nodaltemperature；顯示各個(gè)體的結(jié)果。菜單欄中 select—Entities—第一個(gè)下拉框選中volume，其次個(gè)下拉框選中 輸入體號(hào)；然后再菜單欄中Select—Entities—第一個(gè)下拉框選中Elements,其次個(gè)下拉框選中attachedto—voOK。之后再Generalpostproc—plotresult—contourplot—nodalsolu—DOFsolution—nodaltemperature.就可以顯示出所選體的結(jié)果了。16LED的熱學(xué)模擬圖LED固晶固晶的具體步驟為：首先把銀漿攪拌均勻，確保均勻的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能。把反射杯放在在顯微鏡下面，往聚光杯里注入適量的銀膠。然后將芯片放嚴(yán)密接觸。在固晶過程中，要留意以下事項(xiàng)：銀膠量過多溢出，會(huì)造成PN結(jié)短路，結(jié)合層的阻值增大。另外假設(shè)銀膠量少，那就無法起到粘結(jié)芯片的作用。。支架粘附不好，芯片可能會(huì)脫離。另外溫度過高，產(chǎn)生應(yīng)力大，體積電阻也相應(yīng)發(fā)生變化。打線本次實(shí)習(xí)用超聲波金絲球焊機(jī)進(jìn)展打線。打線的具體步驟如下：微鏡下進(jìn)展的。LED再把焊頭調(diào)高到適宜的高度。即焊頭到達(dá)了一焊的瞄準(zhǔn)位置。一端焊在了電極上。然后焊頭向上運(yùn)動(dòng)，焊頭處的金絲被燒出一個(gè)小球。，調(diào)好高度以后，松開主操作鍵，焊頭打在二焊位置上，金絲的另一端就被焊到LDE外引線槽的另一位置打下二焊。LED打線過程中，我們要留意一下問題：在錯(cuò)誤的位置。后焊頭往里移，讓金線形成拱形，以防金絲接觸到反射杯的邊緣，造成短路。6LED絲和金絲遇到反射杯。點(diǎn)膠〔涂覆熒光粉〕涂覆熒光粉的具體步驟如下：1:8然后把配制好的熒光粉漸漸地涂在已經(jīng)打好線的芯片上。1400C在點(diǎn)膠過程中要留意熒光粉的涂覆要留神，以免損壞金絲或造成LED短路；熒光粉的量要掌握好，如過多，則LEDLED偏藍(lán)。灌封保護(hù)透鏡灌膠的具體步驟如下：脫泡。進(jìn)展灌膠，使膠成半球形，形成保護(hù)透鏡。140℃的恒溫烤箱中烘烤一小時(shí)，使膠固化。應(yīng)使保護(hù)透鏡盡量成半球狀，提高光的萃取率。LEDLED通量，色坐標(biāo)、相關(guān)色溫與顯色指數(shù)，配光曲線〔光強(qiáng)分布，熱阻測(cè)試。數(shù)的測(cè)量光譜、計(jì)算機(jī)光譜分析軟件等〕17LEDLED開頭測(cè)試。軟件測(cè)試完畢后在彈出的對(duì)話框中輸入電流、電壓、環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)，軟件會(huì)自動(dòng)算動(dòng)身光效率，光譜測(cè)量，色坐標(biāo)、相關(guān)色溫與顯色指數(shù)等各項(xiàng)參數(shù)。所得結(jié)果如以下圖所示。略IVLEDLEDI-V即是不同電壓下對(duì)應(yīng)的電流值，