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1、LEDLED 封装封装全步骤全步骤 一、生产工艺一、生产工艺1.生产： 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
2、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。2.包装：将成品按要求包装、入库。二、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
3、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a)芯片检验镜检：1、材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill） ；2、芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求 ；3、电极图案是否完整。b)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
4、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。c)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。d)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，
5、但不是所有产 品均适用备胶工艺。e)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.f)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
6、，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。g)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。h)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。右图是铝丝压焊的过程， 先在 LED 芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相
7、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。（下 图是同等条件下，两种不同的劈刀压出的焊点微观照片，两者在微观结构上存 在差别，从而影响着产品质量。）我们在这里不再累述。i)点胶封装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。（一般
8、的 LED 无法通过气密性试验） 如右图所示的 TOP-LED 和 Side-LED 适用点胶封装。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。j)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。k)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，
9、环氧顺 着胶道进入各个 led 成型槽中并固化。l)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。m)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。n)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。o)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。p
10、)包装将成品进行计数包装。超高亮 LED 需要防静电包装。如何预测 LED 的寿命一切事物都有发生、发展和消亡的过程，LED 也不例外，是有一定寿命的。 早期的 LED 只是手电筒、台灯这类的礼品，用的时间不长，寿命问题不突出。 但是现在 LED 已经开始广泛地用于室外和室内的照明之中，尤其是大功率的 LED 路灯，其功率大、发热高、工作时间长，寿命问题就十分突出。过去认为 LED 寿命一定就是 10 万小时的神话似乎彻底破灭了。那么到底问题出在哪里呢？假如不考虑电源和驱动的故障，LED 的寿命表现为它的光衰，也就是时间 长了，亮度就越来越暗，直到最后熄灭。通常定义衰减 30%的时间作为其寿命
11、。那么 LED 的寿命能不能预测呢？这个问题无法简单地回答，需要从头讲起。1LED 的光衰：大多数白色 LED 是由蓝色 LED 照射黄色荧光粉而得到的。引起 LED 光衰的 主要原因有两个，一个是蓝光 LED 本身的光衰，蓝光 LED 的光衰远比红光、黄 光、绿光 LED 要快。还有一个是荧光粉的光衰，荧光粉在高温下的衰减十分严重。各种品牌的 LED 它的光衰是不同的。通常 LED 的厂家能够给出一套标准的 光衰曲线来。例如美国 Cree 公司的光衰曲线就如图 1 所示。图 1. Cree 公司的 LED 的光衰曲线从图中可以看出，LED 的光衰是和它的结温有关，所谓结温就是半导体 PN 结
12、的温度，结温越高越早出现光衰，也就是寿命越短。从图上可以看出，假如 结温为 105 度，亮度降至 70%的寿命只有一万多小时，95 度就有 2 万小时，而 结温降低到 75 度，寿命就有 5 万小时，65 度时更可以延长至 9 万小时。所以 延长寿命的关键就是要降低结温。不过这些数据只适合于 Cree 的 LED。并不适 合于其他公司的 LED。例如 Lumiled 公司的 LuxeonK2 的光衰曲线就如图 2 所示。图 2. Lumiled 公司的 LuxeonK2 的光衰曲线当结温从 115提高到 135，就会使寿命从 50,000 小时降低到 20,000 小 时。其他各家公司的光衰曲
13、线应当可以向原厂索取。2如何才能延长 LED 的寿命由图中可以得出结论，要延长其寿命的关键是要降低其结温。而降低结温 的关键就是要有好的散热器。能够及时地把 LED 产生的热散发出去。在这里我们不准备讨论如何设计散热器的问题，而是要讨论哪一个散热器 的散热效果相对比较好的问题。实际上，这是一个结温的测量问题，假如我们 能够测量任何一种散热器所能达到的结温，那么不但可以比较各种散热器的散 热效果，而且还能知道采用这种散热器以后所能实现的 LED 寿命。3如何测量结温结温看上去是一个温度测量问题，可是要测量的结温在 LED 的内部，总不 能拿一个温度计或热电偶放进 PN 结来测量它的温度。当然它的
14、外壳温度还是可 以用热电偶测量的，然后根据给出的热阻 Rjc（结到外壳），可以推算出它的结温。，但是在安装好散热器以后，问题就又变得复杂起来了。因为通常 LED 是焊接到铝基板，而铝基板又安装到散热器上，假如只能测量散热器外壳的温 度，那么要推算结温就必须知道很多热阻的值。包括 Rjc（结到外壳）， Rcm（外壳到铝基板，其实其中还应当包括薄膜印制版的热阻），Rms（铝基板 到散热器），Rsa（散热器到空气），其中只要有一个数据不准确就会影响测试 的准确度。图 3 给出了 LED 到散热器各个热阻的示意图。其中合并了很多热阻， 使得其精确度更加受到限制。也就是说，要从测得的散热器表面温度来推测
15、结 温的精确度就更差。图 3. LED 到散热器各个热阻的示意图幸好有一个间接测量温度的方法，那就是测量电压。那么结温和哪个电压 有关呢？这个关系又是怎么样的呢？我们首先要从 LED 的伏安特性讲起。4LED 伏安特性的温度系数我们知道 LED 是一个半导体二极管，它和所有二极管一样具有一个伏安特 性，也和所有的半导体二极管一样，这个伏安特性有一个温度特性。其特点就 是当温度上升的时候，伏安特性左移。图 4 中画出了 LED 的伏安特性的温度特 性。图 4. LED 伏安特性的温度特性假定对 LED 以 Io 恒流供电，在结温为 T1 时，电压为 V1，而当结温升高为 T2 时，整个伏安特性左
16、移，电流 Io 不变，电压变为 V2。这两个电压差被温度 去除，就可以得到其温度系数，以 mV/oC 表示。对于普通硅二极管，这个温度 系数大约为-2mV/oC。但是 LED 大多数不是用硅材料制成的，所以它的温度系数 也要另外去测定。幸好各家 LED 厂家的数据表中大多给出了它的温度系数。例 如对于 Cree 公司的 XLamp7090XR-E 大功率 LED，其温度系数为-4mV/oC。要比 普通硅二极管大 2 倍。而美国 Philips-Lumileds 公司的 Luxeon RebEL 的伏安 特性温度系数为-24mV/oC。至于美国普瑞的阵列 LED（BXRA）就给出了更为 详细的数据。图 5. Lumiled 公司的 LuxeonK2 的光衰曲线但是，他们给出的数据，其范围也未免过于宽大，以至于失去了利用的价 值。不管怎样，只要知道 LED 的温度系数就很容易可以从测量 LED 的前向电压 中推算出 LED 的结温了。5如何具体测算 LED 的结温。现在就以 Cree 公司的 XLamp7090XR-E 为例。来说明如何具体测算 LED 的结
