LED封装技术超全面

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1、LED照明技术陕西科技大学陕西科技大学电气与信息工程学院电气与信息工程学院王进军王进军第六章LED封装技术6.1概述6.2LED的封装方式6.3LED封装工艺6.4功率型LED封装关键技术6.5荧光粉溶液涂抹技术6.6封胶胶体设计6.7散热设计6.1概述一、封装的必要性一、封装的必要性LEDLED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看见，加入电流之后他才会发光。微镜下才能看见，加入电流之后他才会发光。在制作工艺上，除了要对在制作工艺上，除了要对LEDLED芯片的两个电极进行焊芯片的两个电极进行焊接，从而引出正极、负极之外，同时还需要对接

2、，从而引出正极、负极之外，同时还需要对LEDLED芯片和芯片和两个电极两个电极进行保护进行保护。6.1概述 二、封装的作用二、封装的作用研发低热阻、优异光学特性、高可靠的研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装封装技术是新技术是新型型LEDLED走向实用、走向市场的产业化必经之路走向实用、走向市场的产业化必经之路. .LEDLED技术大都是在半导体分离器件封装技术基础上发技术大都是在半导体分离器件封装技术基础上发展与演变而来的。展与演变而来的。将普通二极管的管芯密封在封装体内，起作用是将普通二极管的管芯密封在封装体内，起作用是保护保护芯片和完成电气互连芯片和完成电气互连。6.1概述 二、封装的作

3、用二、封装的作用对对LEDLED的封装则是：的封装则是：实现输入电信号、实现输入电信号、保护芯片正常工作、保护芯片正常工作、输出可见光的功能，输出可见光的功能，其中既有其中既有电参数电参数又有又有光参数光参数的设计及技术要求。的设计及技术要求。6.1概述 三、三、LEDLED封装的方式的选择封装的方式的选择LEDLEDpnpn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此并不是芯片产生的所有光都可以发射有相同的几率，因此并不是芯片产生的所有光都可以发射出来。射出来。能发射多少光，取决于半导体材料的质量、芯片结构、能发射多少光，取决于半导体材

4、料的质量、芯片结构、几何形状、封装内部材料与包装材料。几何形状、封装内部材料与包装材料。因此，对因此，对LEDLED封装，要根据封装，要根据LEDLED芯片的大小、功率大芯片的大小、功率大小来选择合适的封装方式。小来选择合适的封装方式。6.2LED的封装方式常用的常用的LEDLED芯片封装方式包括：芯片封装方式包括：引脚式封装引脚式封装平面式封装平面式封装表贴封装表贴封装食人鱼封装食人鱼封装功率型封装功率型封装6.2LED的封装方式一、LED封装的发展过程6.2LED的封装方式二、小功率二、小功率LEDLED封装封装常规小功率LED的封装形式主要有：引脚式封装引脚式封装；平面式封装；平面式封装

5、；表面贴装式SMDLED；食人鱼PiranhaLED；6.2LED的封装方式1.1.引脚式封装引脚式封装（1 1）引脚式封装结构）引脚式封装结构LEDLED引脚式封装采用引脚式封装采用引线架引线架作为各种封装外型的引脚，作为各种封装外型的引脚，常见的是直径为常见的是直径为5mm5mm的圆柱型（简称的圆柱型（简称5mm5mm）封装。）封装。6.2LED的封装方式1 1、引脚式封装、引脚式封装（2 2）引脚式封装过程（）引脚式封装过程（5mm5mm引脚式封装）引脚式封装）将边长将边长0.25mm0.25mm的正方形管芯的正方形管芯粘结粘结或或烧结烧结在引线架上在引线架上（一般称为支架）；（一般称为

6、支架）；芯片的正极用金属丝键合连到另一引线架上；芯片的正极用金属丝键合连到另一引线架上；负极用负极用银浆银浆粘结在支架反射杯内或用粘结在支架反射杯内或用金丝金丝和反射杯引脚和反射杯引脚相连；相连；6.2LED的封装方式1 1、引脚式封装、引脚式封装（3 3）引脚式封装原理）引脚式封装原理然后顶部用环氧树脂包封，做成直径然后顶部用环氧树脂包封，做成直径5mm5mm的圆形外形的圆形外形反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。期望的方向角内发射。6.2LED的封装方式1 1、引脚式封装、引脚式封装（3 3）引脚式封装原理）引脚式封装

7、原理顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质（掺或不掺散色剂）起采用不同的形状和材料性质（掺或不掺散色剂）起透镜透镜或或漫射透镜漫射透镜功能，控制光的发散角。功能，控制光的发散角。6.2LED的封装方式2 2、平面式封装、平面式封装（1 1）原理）原理平面式封装平面式封装LEDLED器件是由多个器件是由多个LEDLED芯片组合而成的芯片组合而成的结结构型器件构型器件。通过通过LEDLED的适当连接（包括串联和并联）和合适的光的适当连接（包括串联和并联）和合适的光学结构

8、，可构成发光显示器的学结构，可构成发光显示器的发光段和发光点发光段和发光点，然后由这，然后由这些发光段和发光点组成各种发光显示器，如数码管、些发光段和发光点组成各种发光显示器，如数码管、“ “米米” ”字管、矩阵管等。字管、矩阵管等。6.2LED的封装方式2 2、平面式封装、平面式封装（2 2）结构）结构6.2LED的封装方式3 3、表贴式封装、表贴式封装表面贴片表面贴片LEDLED（SMDSMD）是一种新型的表面贴装式半导）是一种新型的表面贴装式半导体发光器件，具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可体发光器件，具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点。靠性高等优点。其发光颜色可以是

9、白光在内的各种颜色，可以满足表其发光颜色可以是白光在内的各种颜色，可以满足表面贴装结构的各种电子产品的需要，特别是手机、笔记本面贴装结构的各种电子产品的需要，特别是手机、笔记本电脑。电脑。6.2LED的封装方式3 3、表贴式封装、表贴式封装6.2LED的封装方式4 4、食人鱼式封装、食人鱼式封装（1 1）结构）结构6.2LED的封装方式4 4、食人鱼式封装、食人鱼式封装（2 2）优点）优点为什么把着这种为什么把着这种LEDLED称为食人鱼，因为它的形状很像称为食人鱼，因为它的形状很像亚马孙河中的食人鱼亚马孙河中的食人鱼Piranha 。食人鱼食人鱼LEDLED产品有很多优点，由于食人鱼产品有很

10、多优点，由于食人鱼LEDLED所用的所用的支架是铜制的，面积较大，因此支架是铜制的，面积较大，因此传热和散热快传热和散热快。LEDLED点亮后，点亮后， pnpn结产生的热量很快就可以由支架的四结产生的热量很快就可以由支架的四个支脚导出到个支脚导出到PCBPCB的铜带上。的铜带上。6.2LED的封装方式4 4、食人鱼式封装、食人鱼式封装（2 2）优点）优点 食人鱼食人鱼LEDLED比比3mm3mm、5mm5mm引脚式的管子传热快，从引脚式的管子传热快，从而可以延长器件的使用寿命。而可以延长器件的使用寿命。 一般情况下，食人鱼一般情况下，食人鱼LEDLED的热阻会比的热阻会比3mm3mm、5mm

11、5mm管管子的热阻小一半，所以很受用户的欢迎。子的热阻小一半，所以很受用户的欢迎。 6.2LED的封装方式三、功率型封装三、功率型封装功率型LED是未来半导体照明的核心，大功率大功率LEDLED有有大的耗散功率，大的耗散功率，大的发热量，大的发热量，以及较高的出光效率，以及较高的出光效率，长寿命。长寿命。6.2LED的封装方式三、功率型封装三、功率型封装大功率大功率LEDLED的封装不能简单地套用传统的小功率的封装不能简单地套用传统的小功率LEDLED的封装，必须在：的封装，必须在：封装结构设计；封装结构设计；选用材料；选用材料；选用设备选用设备等方面重新考虑，研究新的封装方法。等方面重新考虑

12、，研究新的封装方法。6.2LED的封装方式三、功率型封装三、功率型封装目前功率型LED主要有以下6种封装形式：1.1.沿袭引脚式LED封装思路的大尺寸环氧树脂封装6.2LED的封装方式三、功率型封装三、功率型封装2.2.仿食人鱼式环氧树脂封装6.2LED的封装方式三、功率型封装三、功率型封装3.3.铝基板（MCPCB）式封装6.2LED的封装方式三、功率型封装三、功率型封装4.4.借鉴大功率三极管思路的TO封装6.2LED的封装方式三、功率型封装三、功率型封装5.5.功率型SMD封装6.2LED的封装方式三、功率型封装三、功率型封装6.6.L公司的Lxx封装6.3LED封装工艺一、引脚式封装工

13、艺一、引脚式封装工艺五大物料五大物料五大製程五大製程晶片支架固晶銀膠金線銲線環氧樹脂封膠切腳測試6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺1.1.主要工艺主要工艺6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺1.1.主要工艺主要工艺6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明（1 1）芯片检验）芯片检验用显微镜检查材料表面用显微镜检查材料表面是否有机械损伤及麻点是否有机械损伤及麻点；芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求；电极图案是否完整电极

14、图案是否完整。 6.3LED封装工艺 （2 2）扩片）扩片 由由于于LEDLED芯芯片片在在划划片片后后依依然然排排列列紧紧密密间间距距很很小小（约约0.1mm0.1mm），不利于后工序的操作。），不利于后工序的操作。 采采用用扩扩片片机机对对黏黏结结芯芯片片的的膜膜进进行行扩扩张张，使使LEDLED芯芯片片的的间距拉伸到约间距拉伸到约0.6mm0.6mm。 也也可可以以采采用用手手工工扩扩张张，但但很很容容易易造造成成芯芯片片掉掉落落浪浪费费等等不良问题。不良问题。6.3LED封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明（3 3）点胶）点胶在在LEDLED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。支架的相

15、应位置点上银胶或绝缘胶。对于对于GaAsGaAs、SiCSiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LEDLED芯片，采用绝缘胶芯片，采用绝缘胶来固定芯片。来固定芯片。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （3 3）点胶）点胶工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置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。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，银由于银胶

16、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。胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （4 4） 备胶备胶 和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LEDLED背面背面电极上，然后把背部带银胶的电极上，然后把背部带银胶的LEDLED安装在安装在LEDLED支架上。支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。工艺。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚

17、式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （5 5）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。6.3LED封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （6 6）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。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （

18、6 6） 自动装架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，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。6.3LED封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （7 7）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。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （7 7）烧结银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔

19、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。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （8 8）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的压焊工艺有两种：金丝球焊铝丝压焊6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （8 8）压焊1）铝丝压焊过程：先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。2）金丝球焊过程：在压第一点前先烧个球，其余过程类似。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚

20、式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （8 8）压焊压焊是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。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （9 9）点胶封装：TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （9 9）点胶封装点胶封装基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主

21、要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。（一般的LED无法通过气密性试验）6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （9 9）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。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （1010）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

22、模腔中脱出即成型。6.3LED封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （1111）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，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （1212）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。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （1212）固化与后固化后固化是为了让环氧充分固

23、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。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明 （1313）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。6.3LED封装工艺一、引脚式封装工艺一、引脚式封装工艺2.2.主要工艺说明主要工艺说明（1414）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。（15）包装将成品进行计数包装。超高亮LED需要

24、防静电包装。6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（1 1）金相显微镜）金相显微镜6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（2 2）晶片扩张机）晶片扩张机6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（3 3）点胶机）点胶机6.3LED封装工艺（3 3）点胶机）点胶机点胶机和固晶机一样，精度要求高，这样才能有效的点胶机和固晶机一样，精度要求高，这样才能有效的控制胶量。控制胶量。胶量如果太多，芯片贴上去后就容易让多余的胶挤压胶量如果太多，芯片贴上去后就容易让多余的胶挤压出，阻挡和吸收的芯片周围的发光，而且对反射杯壁发射出，阻挡和吸收的芯片周围的发光，而且对反射杯壁发射出的光吸收，影响了光

25、亮度；出的光吸收，影响了光亮度；如果胶量太少，特别是进入焊线的工序时，使得芯片如果胶量太少，特别是进入焊线的工序时，使得芯片从杯底脱落，就会引起死灯、漏电等等而造成次品。从杯底脱落，就会引起死灯、漏电等等而造成次品。6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（4 4）背胶机）背胶机6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（5 5）固晶机）固晶机6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（5 5）固晶机）固晶机LEDLED的晶粒放入封装位置的精确与否影响整件封装器的晶粒放入封装位置的精确与否影响整件封装器件的发光效能，若晶粒在反射杯内的位置有所偏差，光线件的发光效能，若晶粒在反射杯内的位

26、置有所偏差，光线未能完全发射出来，影响成品的光亮度。未能完全发射出来，影响成品的光亮度。因此，固晶机必须选择高精度的固晶机，最好是拥有因此，固晶机必须选择高精度的固晶机，最好是拥有先进的预先先进的预先图象识别系统图象识别系统。6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（6 6）焊线机）焊线机6.3LED封装工艺（6 6）焊线机）焊线机焊线机在用之前，要调好焊线机在用之前，要调好1 1焊和焊和2 2焊的功率，温度，压焊的功率，温度，压力；以及超声波的温度，功率。力；以及超声波的温度，功率。让这些参数能够让金线承受让这些参数能够让金线承受5g5g的拉力。的拉力。这样才不会让以后的烘烤工序因为物质

27、的膨胀系数不这样才不会让以后的烘烤工序因为物质的膨胀系数不同而导致金线断裂或者脱焊。同而导致金线断裂或者脱焊。6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（7 7）灌胶机）灌胶机6.3LED封装工艺（7 7）灌胶机）灌胶机灌胶机的针头必须都是保持在同一水平的位置，而且灌胶机的针头必须都是保持在同一水平的位置，而且漏胶的通道不能有渣滓，而且密封的很好，针头也必须隔漏胶的通道不能有渣滓，而且密封的很好，针头也必须隔段时间进行清理。段时间进行清理。由于封装后所形成的是由环氧树脂形成的一层光学由于封装后所形成的是由环氧树脂形成的一层光学“ “透镜透镜” ”，倘若这层透镜中混有杂质就会使得出光效率不好，

28、倘若这层透镜中混有杂质就会使得出光效率不好，而且光斑中也会有黑点。而且光斑中也会有黑点。6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（8 8）烤箱）烤箱6.3LED封装工艺（8 8）烤箱）烤箱烤箱必须是循环风，而且烤箱的隔层的托盘必须是保烤箱必须是循环风，而且烤箱的隔层的托盘必须是保持水平的。持水平的。在做白光在做白光LEDLED的时候，点好的荧光粉必须要在烤箱内的时候，点好的荧光粉必须要在烤箱内烤干，但是如果不是循环风和隔层的托盘，烤出的荧光粉烤干，但是如果不是循环风和隔层的托盘，烤出的荧光粉分布不均匀，造成光斑的不均匀，还有可能造成荧光粉的分布不均匀，造成光斑的不均匀，还有可能造成荧光粉的

29、溢出。溢出。6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（9 9）液压机）液压机6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（1010）切脚机）切脚机6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（1111）测试机）测试机6.3LED封装工艺3.3.封装设备封装设备（1212）分光分色机）分光分色机6.3LED封装工艺二、二、SMDLEDSMDLED封装工艺封装工艺6.3LED封装工艺二、二、SMDLEDSMDLED封装工艺封装工艺6.3LED封装工艺三、三、DisplayLEDDisplayLED封装工艺封装工艺6.3LED封装工艺三、三、DisplayLEDDisplayLED封装工艺封装工

30、艺6.3LED封装工艺四、食人鱼四、食人鱼LEDLED封装工艺封装工艺1.选定食人鱼LED的支架根据每一个食人鱼管子要放几个LED芯片，需要确定食人鱼支架中冲凹下去的碗的形状大小及深浅。6.3LED封装工艺四、食人鱼四、食人鱼LEDLED封装工艺封装工艺2.清洗支架3.将LED芯片固定在支架碗中4.经烘干后把LED芯片两极焊好5.根据芯片的多少和出光角度的大小，选用相应的模粒。食人鱼LED封装模粒的形状是多种多样的，有3mm圆头和5mm圆头，也有凹型形状和平头形状，根据出光角度的要求可选择相应的封装模粒。6.3LED封装工艺四、食人鱼四、食人鱼LEDLED封装工艺封装工艺6.在模粒中灌满胶，把

31、焊好LED芯片的食人鱼支架对准模粒倒插在模粒中。7.待胶干后（用烘箱烘干），脱模即可8.然后放到切筋模上把它切下来9.接着进行测试和分选。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装1 1、L L型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片的封装芯片的封装美国美国GREEGREE公司的公司的1W1W大功率芯片（大功率芯片（L L型电极）型电极）封装封装结结构中上下各有一个电极。构中上下各有一个电极。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装1 1、L L型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片封装芯片封装首先在首先在SiCSiC衬底镀一层金锡合金（一般做芯片的厂家已衬底镀一层金锡

32、合金（一般做芯片的厂家已镀好），镀好），然后在热沉上同样也镀一层金锡合金，然后在热沉上同样也镀一层金锡合金，将将LEDLED芯片底座上的金属和热沉上的金属熔合在一起，芯片底座上的金属和热沉上的金属熔合在一起，称为称为共晶焊接共晶焊接。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装1 1、L L型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片的封装芯片的封装这种封装方式，一定要注意当这种封装方式，一定要注意当LEDLED芯片与热沉在一起芯片与热沉在一起加热时，二者要接触好，最好二者之间加有一定压力，而加热时，二者要接触好，最好二者之间加有一定压力，而且二者接触面受力均匀，两面平衡。且二者接触面受力

33、均匀，两面平衡。控制好金和锡的比例，这样焊接效果才好，这种方法控制好金和锡的比例，这样焊接效果才好，这种方法做出来的做出来的LEDLED的热阻较小、散热较好、光效较好。的热阻较小、散热较好、光效较好。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装1 1、L L型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片的封装芯片的封装这种封装方式上下两面输入电流，如果与热沉相连的这种封装方式上下两面输入电流，如果与热沉相连的一极是与热沉直接导电的，则热沉也成为一个电极。一极是与热沉直接导电的，则热沉也成为一个电极。使用这种使用这种LEDLED要测试热沉是否与其接触的一极是零电要测试热沉是否与其接触的一极是零

34、电阻，若为零则是连通的。阻，若为零则是连通的。因此连接热沉与散热片时要注意绝缘，而且要使用导因此连接热沉与散热片时要注意绝缘，而且要使用导热胶把热沉与散热片粘连好。热胶把热沉与散热片粘连好。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装2 2、V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片的封装芯片的封装两个电极的两个电极的p p极和极和n n极都在同一面极都在同一面6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装2 2、V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片的封装芯片的封装对对V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片的衬底通常是绝缘体（如芯片的衬底通常是绝缘体（如

35、蓝宝石）。蓝宝石）。而且在绝缘体的底层外壳上一般镀有一层光反射层，而且在绝缘体的底层外壳上一般镀有一层光反射层，可以使射到衬底的光反射回来，从而让光线从正面射出，可以使射到衬底的光反射回来，从而让光线从正面射出，以提高光效。以提高光效。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装2 2、V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片的封装芯片的封装这种封装应在绝缘体的下表面用一种（绝缘）胶把这种封装应在绝缘体的下表面用一种（绝缘）胶把LEDLED芯片与热沉粘合，上面把两个电极用金丝焊出。芯片与热沉粘合，上面把两个电极用金丝焊出。在封装在封装V V型电极大功率型电极大功率LEDLED芯片

36、时，由于点亮时发热芯片时，由于点亮时发热量比较大，可以在量比较大，可以在LEDLED芯片上涂一层硅凝胶，而不可用环芯片上涂一层硅凝胶，而不可用环氧树脂，这样：氧树脂，这样：6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装2 2、V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片的封装芯片的封装一方面可防止金丝热膨胀冷缩与环氧树脂不一致而被一方面可防止金丝热膨胀冷缩与环氧树脂不一致而被拉断；拉断；另一方面防止因温度高而使环氧树脂变黄变污，结果另一方面防止因温度高而使环氧树脂变黄变污，结果透光性能不好。透光性能不好。所以在制作所以在制作V V型电极大功率型电极大功率LEDLED时应用硅凝胶调和荧时

37、应用硅凝胶调和荧光粉。光粉。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装3 3、V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片倒装封装芯片倒装封装（1 1）理论基础）理论基础 光线由一种介质进入另一种介质时，入射光一部分被折射，另一部分被反射。若光线由光密介质（折射率n1）射向光疏介质（折射率n2），当入射角（i1）大于全反射临界角（ic）时，折射光线消失，光线全部被反射。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装3 3、V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片倒装封装芯片倒装封装（1 1）理论基础）理论基础 ic=Sin-1n2/n1n2n1，若n2与n1的数值相差越

38、大，则全反射临界角（ic）越小，光线越容易发生全反射现象。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装3 3、V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片倒装封装芯片倒装封装（2）正装的LED芯片GaN类正装芯片封装的LED的出光通道折射率变化为：有源层（n=2.4）环氧树脂（n=1.5）空气（n=1）。6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装3 3、V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片倒装封装芯片倒装封装（2）倒装的LED芯片6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装3 3、V V型电极的大功率型电极的大功率LEDLED芯片倒装封装芯片倒装封装（2）倒装

39、的LED芯片GaN类倒装芯片封装的LED的出光通道折射率变化为：有源层（n=2.4）蓝宝石（n=1.8）环氧树脂（n=1.5）空气（n=1）；采用倒装芯片封装的LED的出光效率比正装芯片要高。6.3LED封装工艺五、大功率封装五、大功率封装4 4、集成、集成LEDLED芯片封装芯片封装6.3LED封装工艺五、功率型封装五、功率型封装4 4、集成、集成LEDLED芯片封装芯片封装使用单层或双层铝基板作为热沉，把单个芯片或多个使用单层或双层铝基板作为热沉，把单个芯片或多个芯片用固晶胶直接固定在铝基板（或同基板）上，芯片用固晶胶直接固定在铝基板（或同基板）上，LEDLED芯芯片的片的p p和和n n

40、两个电极则键合在铝基板表层的薄铜板上。两个电极则键合在铝基板表层的薄铜板上。根据所需功率的大小确定底座上排列根据所需功率的大小确定底座上排列LEDLED芯片的数目，芯片的数目，可组合封装成可组合封装成1W1W、2W2W、3W3W等高亮度的大功率等高亮度的大功率LEDLED。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程1.1.预期准备预期准备 （1 1）芯片检验：）芯片检验：用显微镜检查材料表面：用显微镜检查材料表面：是否有机械损伤及麻点、是否有机械损伤及麻点、芯片尺寸及电极大

41、小是否符合工艺要求芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整。电极图案是否完整。 6.3LED封装工艺1.1.预期准备预期准备 （2 2）扩片：）扩片：由于由于LEDLED芯片在划片后依然排列紧密间距很小芯片在划片后依然排列紧密间距很小( (约约0.0.1mm1mm，不利于后工序操作，采用扩片机对勃结芯片的膜进，不利于后工序操作，采用扩片机对勃结芯片的膜进行扩张，使行扩张，使LEDLED芯片与芯片的间距拉伸到约芯片与芯片的间距拉伸到约0.6mm0.6mm。也可。也可以采用手工扩张。以采用手工扩张。（3 3）清洗）清洗:采用超声波清洗采用超声波清洗LEDLED支架，并烘干。支架，并烘干。

42、6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （1 1）点胶：将胶体点在支架杯体里，必须）点胶：将胶体点在支架杯体里，必须要点在杯体的正中间，要点在杯体的正中间，而且胶量要适当，而且胶量要适当，胶量根据芯片的面积的大小来规定，其标准为芯片面积的胶量根据芯片的面积的大小来规定，其标准为芯片面积的2/32/3。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （1 1）点胶）点胶胶体在这里是起个粘合剂的作用，也就是将芯片固定胶体在这里是起个粘合剂的作用，也就是将芯片固定在支架内在

43、支架内。因为蓝色的高亮度芯片是双电极的，我们就用因为蓝色的高亮度芯片是双电极的，我们就用绝缘胶绝缘胶来固定来固定。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （2 2）贴片：）贴片：将扩张后的芯片安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶将扩张后的芯片安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个笔将管芯一个一个安装在安装在LEDLED支架相应的焊支架相应的焊盘上。盘上。芯片一定要很妥当的置于杯正中间，若芯片有偏置就芯片一定要很妥当的置于杯正中间，若芯片有偏置就会导致光斑的不均匀，从而影响会导致光斑的不均匀，从而影响LEDLED的平均光强

44、。的平均光强。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （3 3）烘烤：）烘烤：将半成品放入烤箱内，烤箱温度为将半成品放入烤箱内，烤箱温度为1501500 0C C，烘烤，烘烤1 1小时。小时。（4 4）焊线：）焊线：用金丝焊机将电极连接到用金丝焊机将电极连接到LEDLED管芯上，以作电流注入的管芯上，以作电流注入的引线。引线。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （4 4）焊线：）焊线：在压第一点前先烧个球，再将金丝拉到相应的支架上在压第一点前先烧个球，再将

45、金丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断金丝。方，压上第二点后扯断金丝。工艺上主要需要监控的是压焊金丝拱丝形状，焊点形工艺上主要需要监控的是压焊金丝拱丝形状，焊点形状，拉力。状，拉力。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （5 5）点荧光粉：）点荧光粉：将荧光粉抽掉真空后，然后用注射器均匀的点在杯内。将荧光粉抽掉真空后，然后用注射器均匀的点在杯内。（6 6）烘烤：放入）烘烤：放入120120度的烤箱，烘烤度的烤箱，烘烤15-2015-20分钟。分钟。（7 7）抽真空：将封装用的胶（）抽真空：将封装用的胶（ABAB胶胶）抽真空

46、。）抽真空。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （8 8）灌胶：）灌胶：先在先在LEDLED成型模腔内注入液态树脂，成型模腔内注入液态树脂，然后插入压焊好的然后插入压焊好的LEDLED支架，支架，放入烘箱让树脂固化后，将放入烘箱让树脂固化后，将LEDLED从模腔中脱出即成型。从模腔中脱出即成型。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （9 9）烘烤：）烘烤：前固化是指密封树脂的固化，一般固化条件在前固化是指密封树脂的固化，一般固化条件在1351350 0C

47、 C， 1 1小时。小时。后固化是为了让树脂充分固化，同时对后固化是为了让树脂充分固化，同时对LEDLED进行热老进行热老化。后固化对化。后固化对于提高树脂与支架的粘接于提高树脂与支架的粘接强度非常重要。一强度非常重要。一般条件为般条件为1201200 0C C，4 4小时。小时。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （1010）脱模：）脱模：（1111）质检：用肉眼直接的检测，测出死灯。）质检：用肉眼直接的检测，测出死灯。（1212）裁切：）裁切：由于由于LEDLED在生产中是连在一起的在生产中是连在一起的（不是单个），（

48、不是单个），LEDLED采用切筋切断采用切筋切断LEDLED支架的连筋。分为前切和后切。支架的连筋。分为前切和后切。6.3LED封装工艺 六、白光六、白光LEDLED封装一般工艺流程封装一般工艺流程2.2.操作步骤操作步骤 （1313）分光：）分光：测试测试LEDLED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对要求对LEDLED产品进行分选。产品进行分选。（1414）包装：）包装：将成品进行计数包装。超高亮将成品进行计数包装。超高亮LEDLED需要防静电包装。需要防静电包装。6.4功率型LED封装关键技术一、一、照明领域对半导体LED光源的要求传统LED

49、的光通量与白炽灯和荧光灯等通用光源相比，距离甚远。LED要进入照明领域，首要任务是将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级。由于LED芯片输入功率的不断提高，对功率型LED的封装技术提出了更高的要求。6.4功率型LED封装关键技术一、一、照明领域对半导体LED光源的要求针对照明领域对光源的要求，照明用功率型LED的封装面临着以下挑战：更高的发光效率；更高的单灯光通量；更好的光学特性（光指向性、色温、显色性等）；更大的输入功率；6.4功率型LED封装关键技术一、一、照明领域对半导体LED光源的要求更高的可靠性（更低的失效率、更长的寿命等）；更低的光通量成本。这些挑战的要求在美国半导体照明发展

50、蓝图中已充分体现（见下表）。我们可以通过改善LED封装的关键技术，来逐步使之实现。6.4功率型LED封装关键技术一、一、照明领域对半导体LED光源的要求6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率1.提高发光效率的途径LED的发光效率是由芯片的发光效率和封装结构的出光效率共同决定的。提高LED发光效率的主要途径有：提高芯片的发光效率；6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率1.提高发光效率的途径将芯片发出的光有效地萃取出来；将萃取出来的光高效地导出LED管体外；提高荧光粉的激发效率（对白光而言）；降低LED的热阻。6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率2.芯片的选择

51、LED的发光效率主要决定于芯片的发光效率。随着芯片制造技术的不断进步，芯片的发光效率在迅速提高。目前发光效率高的芯片主要有：HP公司的TS类芯片、CREE公司的XB类芯片、WB（waferbonding）类芯片、6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率2.芯片的选择ITO类芯片、表面粗化芯片倒装焊类芯片等等。可以根据不同的应用需求和LED封装结构特点，选择合适的高发光效率的芯片进行封装。6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率3.出光通道的设计与材料选择芯片选定之后，要提高LED的发光效率，能否将芯片发出的光高效地萃取和导出，就显得非常关键了。（1）光的萃取6.4功率型LE

52、D封装关键技术3.出光通道的设计与材料选择（1）光的萃取由于芯片发光层的折射率较高（GaNn=2.4，GaPn=3.3），如果出光通道与芯片表面接合的物质的折射率与之相差较大（如环氧树脂为n=1.5）。则会导致芯片表面的全反射临界角较小，芯片发出的光只有一部分能通过界面逸出被有效利用，相当一部分的光因全反射而被困在芯片内部，造成萃光效率偏低，直接影响LED的发光效率。6.4功率型LED封装关键技术3.出光通道的设计与材料选择（1）光的萃取为了提高萃光效率，在选择与芯片表面接合的物质时，必须考虑其折射率要与芯片表面材料的折射率尽可能相匹配。采用高折射率的柔性硅胶作与芯片表面接合的材料，既可以提高

53、萃光效率，又可以使芯片和键合引线得到良好的应力保护。6.4功率型LED封装关键技术（1）光的萃取GaN类倒装芯片封装的LED的出光通道折射率变化为：有源层（n=2.4）蓝宝石（n=1.8）环氧树脂（n=1.5）空气（n=1）；GaN类正装芯片封装的LED的出光通道折射率变化为：有源层（n=2.4）环氧树脂（n=1.5）空气（n=1）采用倒装芯片封装的LED的出光通道折射率匹配比正装芯片要好，出光效率更高。6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率3.出光通道的设计与材料选择（2）光的导出1）设计良好的出光通道，使光能够高效地导出到LED管体外反射腔体的设计；透镜的设计；出光通道中各种不

54、同材料的接合界面设计和折射率的匹配尽可能减少出光通道中不必要的光吸收和泄漏现象。6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率3.出光通道的设计与材料选择（2）光的导出2）出光通道材料的选择：高的透光率；匹配良好的折射率；抗UV、防黄变特性；高的温度耐受能力和良好的应力特性。6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率4.荧光粉的使用就白光LED而言，荧光粉的使用是否合理，对其发光效率影响较大。首先要选用与芯片波长相匹配的高受激转换效率的荧光粉；其次是选用合适的载体胶调配荧光粉，并使其以良好的涂布方式均匀而有效地覆盖在芯片的表面及四周，以达到最佳的激发效果。6.4功率型LED封装关键

55、技术二、二、提高发光效率4.荧光粉的使用传统上将荧光胶全部注满反射杯的做法：（1）不但涂布均匀性得不到保障，（2）而且会在反射腔体中形成荧光粉的漫射分布，造成不必要的光泄漏损失，既影响光色的品质，又会使LED光效降低。6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率4.荧光粉的使用采用荧光粉薄膜式涂布可以解决上述问题：6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率5.热阻的降低LED自身的发热使芯片的结温升高，导致芯片发光效率的下降。功率型LED必须要有良好的散热结构，使LED内部的热量能尽快尽量地被导出和消散，以降低芯片的结温，提高其发光效率。6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高

56、发光效率5.热阻的降低芯片结温（TJ）与环境温度（TA）、热阻（Rth）和输入功率（PD）的关系是：TJ=TA+RthPD6.4功率型LED封装关键技术二、二、提高发光效率5.热阻的降低在输入功率PD一定的情况下，热阻Rth的大小对结温的高低有很大的影响，也就是说，热阻的高低是LED散热结构好坏的标志。采用优良的散热技术降低封装结构的热阻，将使LED发光效率的提高得到有效的保障。6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性1.调控光强的空间分布与传统光源相比，LED发出的光有较强的指向性，如果控制得当，可以提高整体的照明效率，使照明效果更佳。如何根据照明应用的需要，调控LED的光

57、强空间分布呢？6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性1.调控光强的空间分布可以通过以下步骤来实现。清楚了解芯片发光的分布特点；根据芯片发光的分布特点和LED最终光强分布的要求设计出光通道：反射腔体的设计；6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性1.调控光强的空间分布透镜的设计；光线在出光通道中折射和漫射的考虑；出光通道各部分的几何尺寸的设计和配合。选择合适的出光通道材料和加工工艺。6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性2.改善光色均匀性目前最常用的LED白光生成的技术路线是：蓝色芯片+黄色荧光粉（YAG/TAG）。该工艺方法，是将荧光粉

58、与载体胶混合后涂布到芯片上。6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性2.改善光色均匀性在操作过程中，由于：载体胶的粘度是动态参数；荧光粉比重大于载体胶而容易产生沉淀；以及涂布设备精度等因素的影响。荧光粉的涂布量和均匀性的控制有难度，导致白光颜色的不均匀。6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性2.改善光色均匀性改善光色均匀性的方法有：出光通道的设计；荧光粉粒度大小的合理选择；载体胶粘度特性的把握；6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性2.改善光色均匀性改进荧光胶调配的工艺方法，防止操作过程中荧光粉在载体胶内产生沉降；采用高精度的荧光粉涂布

59、设备，并改良荧光胶涂布的方法和形式6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性3.改善色温与显色性白光LED色温的调控主要是通过：蓝色芯片波长的选定，荧光粉受激波长的匹配，和荧光粉涂布量、均匀性的控制来实现的。6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性3.改善色温与显色性基于蓝色芯片+黄色荧光粉（YAG/TAG）LED白光生成技术路线的机理和荧光粉的特性，早期传统的白光LED在高色温区域（5500K）里，色温的调控比较容易实现，显色性也较好（Ra80）。6.4功率型LED封装关键技术3.改善色温与显色性在照明应用通常要求的低色温区域（2700K5500K），传统白

60、光LED的色温调控较难，显色性也不佳（Ra80），与照明光源的要求有一定的差距。即使可以生成低色温的白光，其色坐标也偏离黑体辐射轨迹较远（通常是在轨迹上方），使其光色不正，显色性差。6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性3.改善色温与显色性要解决这一问题，关键是荧光粉的改良，可以通过添加红色荧光粉，使LED发出的白光的色坐标尽量靠近黑体辐射轨迹，从而改善其光色和显色性。目前改善白光LED在低色温区的显色性的主要方法有4种：6.4功率型LED封装关键技术三、三、改善LED的光学特性3.改善色温与显色性尽量选用短波长的蓝色芯片（Dpn-p，温度下降，温度下降并且吸热，这就是冷端

61、。而在下面的一个结合处，电流方并且吸热，这就是冷端。而在下面的一个结合处，电流方向是向是p-n,p-n,温度上升并且放热，因此是热端。温度上升并且放热，因此是热端。6.7散热设计五、制冷器件五、制冷器件3.3.热电制冷热电制冷金属热电偶的帕尔帖效应，可以用接触电位差现象定金属热电偶的帕尔帖效应，可以用接触电位差现象定性地说明。性地说明。由于接触电位差的存在，使通过结合处的电子经历由于接触电位差的存在，使通过结合处的电子经历电位突变，当接触电位差与外电场同向时，电场力做功使电位突变，当接触电位差与外电场同向时，电场力做功使电子能量增加。同时，电子与晶体点阵碰撞电子能量增加。同时，电子与晶体点阵碰

62、撞将将此能量变为此能量变为晶体内能的增量。晶体内能的增量。6.7散热设计五、制冷器件五、制冷器件3.3.热电制冷热电制冷结果使结合的位置的温度升高，并释放出热量。结果使结合的位置的温度升高，并释放出热量。当接触电位差与外电场反向时，电子反抗电场力做功当接触电位差与外电场反向时，电子反抗电场力做功，其能量来自结合处的晶体点阵。结果使得结合处的温度下其能量来自结合处的晶体点阵。结果使得结合处的温度下降，并从周围环境吸收热量。降，并从周围环境吸收热量。6.7散热设计五、制冷器件五、制冷器件3.3.热电制冷热电制冷为了更进一步提高热电制冷效率，提出采用多级热电为了更进一步提高热电制冷效率，提出采用多级热电制冷制冷，并且集成热沉增加与外界环境的热交换并且集成热沉增加与外界环境的热交换。