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1、生 产 实 习 报 告单位:五邑大学应用物理与材料学院 专业:应用物理学 指导老师:* 撰写人: 阿光撰写时间:2010年11月24日一实习目的通过生产实习,了解本专业的生产过程,巩固所学专业知识。了解LED封装产业的发展现状;熟悉LED封装和数码管制作的整个流程;掌握LED封装流程中的各种方法及其存在问题;尝试找出更佳的方法提高公司的产品率。二实习时间2010年11月8日 2010年11月20日三实习单位江门市长利光电技术有限公司、吉华精密光电有限公司四实习内容1LED封装产业发展产业现状网上调研LED光电产业是一个新兴的朝阳产业,具有节能、环保的特点符合我们国家的能源、减碳战略,从而获得更
2、多的产业和市场需求,成为一道亮丽的产业发展风景。LED产业链总体分为上、中、下游,分别是LED外延芯片、LED封装及LED应用。作为LED产业链中承上启下的LED封装产业,在整个产业链中起得无可比拟的重要作用。另外中国是LED封装大国,据估计全世界80%数量的LED器件封装集中在中国。下面我们从八方面来论述我国LED封装产业的现状与未来:1.1 LED的封装产品LED封装产品大致分为直插式、贴片式、大功率三大类,三大类产品中有不同尺寸、不同形状、不同颜色等各类产品。1.2 LED封装产能中国已逐渐成为世界LED封装器件的制造中心,其中包括台资、港资、美资等企业在中国的制造基地。据估算,中国的封
3、装产能占全世界封装产能的60%,并且随着LED产业的聚集度在中国的增加。此比例还在上升。大陆LED封装企业的封装产能扩充较快,随着更多资本进入大陆封装产业,LED封装产能将会快速扩张。1.3 LED封装生产及测试设备LED封装主要生产设备有自动固晶机、自动焊线机、自动封胶机、自动分光分色机、动点胶机、自动贴带机等;LED主要测试设备有IS标准仪、光电综合测试仪、TG测试测试仪、积分球留名测试仪、荧光粉测试仪、冷热冲击箱、高温箱等。中国在封装设备硬件上,由于购买了最新型和最先进的封胶设备,拥有后发优势,具备先进封装技术和工艺发展的基础。1.4 LED芯片LED封装器件的性能在50%程度上取决于芯
4、片,50%取决于封装工艺和辅助材料。目前中国大陆的LED芯片企业约有十家左右,起步较晚,规模不够大,最大LED芯片企业年产值约3个亿人民币,每家平均产能在1至2个亿。 国内中小尺寸芯片已能基本满足国内封装企业的需求,大尺寸还需要进口,主要来自美国、台湾企业。国产品牌的中小尺寸芯片性能与国外品牌差距较小,具有良好的性价比,能满足绝大部分LED应用企业的需求。国产大尺寸瓦级芯片还需努力,以满足未来照明市场的巨大需求。随着资本市场对上游芯片企业的介入,预计未来三年我国LED芯片企业将有较大的发展,将有力地促进LED封装产业总体水平的提高。1.5 LED封装辅助材料LED封装辅助材料主要有支架、胶水、
5、模条、金线、透镜等。目前中国大陆的封装辅助材料供应链已较完善,大部分材料已能在大陆生产供应。高性能的环氧树脂和硅胶以进口居多,这两类材料主要要求耐高温。耐紫外线、优异折射率及良好的膨胀系数等。随着全球一体化的进程,中国LED封装企业已能应用到世界上最新和最好的封装辅助材料。1.6 LED封装设计直插式LED的设计已相对成熟,目前主要在衰减、光学配比。失效率等方面可进一步上台阶。贴片式LED的设计尤其是顶部发光的SMD在不断发展之中,封装支架尺寸、封装结构设计、材料选择、光学设计、散热设计等不断创新,具有广阔的技术潜力。功率型LED的设计则是一片新天地。功率型大尺寸芯片制造还处于发展阶段,使得功
6、率型LED的结构、光学、材料、参数设计也处于发展之中,不断有新型的设计出现。 目前中国的LED封装设计水平还与国外行业巨头有一定的差距,这也与中国LED行业缺乏规模龙头企业有关,缺乏有组织、有计划的规模性的研发设计投入。1.7 LED封装工艺 LED封装工艺包括固晶参数工艺、焊线参数工艺、封胶参数工艺、烘烤参数工艺、分光分色工艺等 。我国LED封装企业这几年快速发展,LED封装工艺已经上升到一个较好的水平,不过我国大功率封装工艺水平还有待进一步完善。1.8 LED封装器件的性能 小芯片的亮度已与国外最高亮度产品接近;在光衰方面我国LED封装工艺经过多年的发展和积累,已有较好的基础,在光衰的控制
7、上已与国外一些产品匹敌;失效率与芯片质量、封装辅助材料、生产工艺、设计水平和管理水平相关,中国封装企业的LED失效率整体水平有待提高,不过也有少量中国优秀封装企业的失效率已达到世界水平。LED的光效90%取决于芯片的发光效率。中国LED封装企业对封装环节的光效提高技术也有大量研究。如果中国在大尺寸瓦级芯片的研发生产上取得突破及量产,将会极大促进功率型封装器件光效的提高。2.直插式LED封装工艺基本流程2.1 固晶 在固晶前我们首先要确定我们加工的这批产品是L型(垂直型)还是V型(水平型)封装,因为如果我们选择L型封装那么我们就要对应选择能够导电的银胶,相反我们选择V型封装就要选择绝缘胶。除此之
8、外我们要根据客户的要求,这一批产品是聚光还是散光,不同要求我们就要选取不同的支架。当确定芯片、胶水和支架时,那么我们就可以开始固晶了。以下以聚光、垂直型封装为例,首先是往支架的聚光杯里面注入适量的银胶,然后再往里面放进芯片,这一道工序的最后一步是烘烤。 就我个人认为这一到工艺最重要的有三步,如果不做好一定会影响LED光效率。其一,注入银胶量的多少。采用银胶的目的是粘著芯片和支架,还有就是利用银胶导电性。胶量最好控制在芯片高度的2/31/2,如果胶量过多(超过芯片高度1/2),会造成PN结短路,最终而无法正常发光,还有银片间的结合层阻值还会增大。另外银胶量少或者缺胶,那就无法起到粘着芯片的作用。
9、其二,芯片放置的位置及放置时的力度。在固晶中我们最理想的状态是把芯片放置在聚光杯的正中央,这样方便我们更好的采光,如果我们把芯片的位置放偏了,一方面在下一步自动焊线机中有可能找不到芯片的电机进行焊接,最后会造成死灯。另外就算焊接好了,那么聚光杯无法最大化的采集光线,光效率大减折扣。出现不良品的原因有:芯片悬浮在银胶上、芯片倾斜超过5(焊线就找不到位置)、晶粒表面破损1/4、晶粒翻转和芯片表面粘胶。 其三,烘烤温度及时间的控制。温度过低我们就无法使银胶固化,芯片与支架粘附不好,芯片可能会脱离。另外温度过高,产生应力大,体积电阻也相应发生变化。进一步影响焊线工艺。2.2 焊线 完成固晶这一步工序之
10、后,接下来我们就要进行焊线工作。焊线的目的是在压力、热量和超声波能量的共同作用下,使金线在芯片电极和外引线键合区之间形成良好的欧姆接触,完成内外引线的连接。2.2.1 技术要求a金丝与芯片电极、引线框架键合区间的连接牢固b金丝拉力的测试。第一焊点金丝拉力以最高点测试,从焊丝的最高点垂直引线框架表面在显微镜观察下向上拉,测试拉力。如果我们抽取的样品拉力不够,就要改变金线弧度,长度等参数,否则下一道工艺灌胶会把金线拉断,造成死灯现象。因此这是LED焊线工序参考是否合格的一个参数。c焊点的要求。第一焊点是金球与芯片电极的键合,如果没有选择好正确的参数,那么我们就会造成偏焊,虚焊。偏焊和虚焊都会影响电
11、气连接,会出现漏电的现象,影响LED的发光及其寿命。第二焊点要增大表面积牢固的把它焊在支架的另一边上。d焊线的要求。焊线的检测也作为焊线工序合格的一个参数。合格的焊线要求各条金丝键合拱丝高度合适,无塌丝,无多余焊丝。焊丝的弧度不对,就会有可能造成阴阳极接触,出现短路现象。焊线多余除开会出现短路现象,还会出现漏电,影响LED正常发光及寿命。2.2.2 工艺参数的要求由于不同机台的参数设置都不一样,所以就没有对参数进行统一。在这过程中主要的参数有键合温度、第一第二焊点的焊接时间、焊接压力、焊接功率、拱丝高度、烧球电流、丝尾长度等等。焊接时间影响它的牢固性,焊接压力和功率过大会损坏芯片,高度不当会造
12、成短路,烧球电流过小满足不了焊点要求。要做好焊线这一步工序就要严格控制,哪一步也不能麻烦,否则会影响产品质量。2.2.3 注意事项a.不得用手直接接触支架上的芯片以及键合区域。b.操作人员需要佩戴静电手环,穿防静电工作服,避免静电对芯片造成伤害。c.材料在搬运过程中须小心轻放,避免静电的产生及碰撞,需防倒丝、塌丝、断线及粘附杂物。2.2.4 问题讨论:为什么要金线焊接,铜线可不可以?丝球焊广泛采用金引线,金丝具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点,广泛应用于集成电铝丝由于存在形球非常困难等问题,只能采用楔键合,主要应用在功率器件、微波器件和光电器件。但是金的价格昂贵,成本较高。很多研究结果表明铜是
13、金的最佳代替品。铜丝球焊具有很多优势:a.价格优势:成本只有金丝的1/31/10。b.电学性能和热学性能:铜的导电率比金的导电率大,铜的热导率也高于金。c.机械性能:铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线键合。d.焊点金属间化合物:对于金引线键合到铝金属化焊盘,会出现“紫斑”和“白斑”问题,并且因金和铝两种元素的扩散速率不同,导致界面处形成柯肯德尔孔洞及裂纹。降低了焊点力学性能和电学性能,对于铜引线键合到铝金属化焊盘,研究较少,不过有些人认为较好。因此,铜丝球焊焊点的可靠性药高于金丝球焊焊点。 但是目前铜丝球焊所占引线键合的比例依然很少,主要是因此铜丝球焊技术面临着一些难点:(1) 铜容
14、易被氧化,键合工艺不稳定;(2) 铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝。键合时需要施加更大的超声能量和键合压力,因此容易对硅芯片造成损伤甚至是破坏。2.3 点荧光粉 点荧光粉是针对白光LED,主要步骤是点胶和烘烤。根据查资料,目前所有荧光粉有两种,其中一个是“蓝色芯片+YAG”,另一种是“紫色或紫外+RGB荧光粉”,不过现在市场上用的主要是前者荧光粉,后者还不成熟存在较多要解决的问题。就YAG为例说明LED荧光粉的配比问题。改变树脂内YAG荧光体浓度之后,LED色区坐标的结果,由图可知只要色坐标是在LED与YAG荧光体两色坐标形成的直线范围内,就可任意调整色调,依此可知YAG荧光体浓度较低时
15、,蓝色穿透光的比率较多,整体就会呈蓝色基调白光;相对的如果YAG荧光体浓度较高时,黄色转换光的比率较多,整体呈黄色基调白水。2.4. 灌胶 灌胶的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧,然后插入焊好的LED支架放入烘箱让环氧固化后,将LED从模腔中脱出就成型了。LED灌胶工艺看似很简单,但是还要注意一下几个方面:(1).将模条按一定方向装在铝盘上,吹尘后放进125/40分钟的烘箱内进行预热。(2).根据生产的需求量进行配胶,后将已配好的胶搅拌均匀后置入45/15分钟的真空烘箱内进行脱泡。(3).进行灌胶,后进行初烤,初烤的温度和时间要看LED的直径大小。(4).进行离模,为了更好的固化,后进行长烤(125/6-8小时)。如果灌胶的不良,可能会出现一下现象:(1).支架插偏、支架插深、支架插浅、支架插反、支架爬胶。支架变黄(氧化、烘烤温度过高或时间过长)(2).环氧树脂中有气泡(3).杂质、多胶、少胶、雾化(4).胶水水纹、胶体损伤、