發(fā)光二極管資料

1、發(fā)光二極管資料一、生產(chǎn)工藝 1.工藝： a) 清洗：采用超聲波清洗PCB或LED支架，并烘干。 b) 裝架：在LED管芯（大圓片）底部電極備上銀膠后進行擴張，將擴張后的管芯（大圓片）安置在刺晶臺上，在顯微鏡下用刺晶筆將管芯一個一個安裝在PCB或LED支架相應(yīng)的焊盤上，隨后進行燒結(jié)使銀膠固化。 c)壓焊：用鋁絲或金絲焊機將電極連接到LED管芯上，以作電流注入的引線。LED直接安裝在PCB上的，一般采用鋁絲焊機。（制作白光TOP-LED需要金線焊機） d)封裝：通過點膠，用環(huán)氧將LED管芯和焊線保護起來。在PCB板上點膠，對固化后膠體形狀有嚴格要求，這直接關(guān)系到背光源成品的出光亮度。這道工序還將承

2、擔(dān)點熒光粉（白光LED）的任務(wù)。 e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封裝的LED，則在裝配工藝之前，需要將LED焊接到PCB板上。 f)切膜：用沖床模切背光源所需的各種擴散膜、反光膜等。 g)裝配：根據(jù)圖紙要求，將背光源的各種材料手工安裝正確的位置。 h)測試：檢查背光源光電參數(shù)及出光均勻性是否良好。 包裝：將成品按要求包裝、入庫。 二、封裝工藝 1. LED的封裝的任務(wù) 是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。關(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝。 2. LED封裝形式 LED封裝形式可以說是五花八門，主要根據(jù)不同的應(yīng)用場合采用相應(yīng)的外形尺

3、寸，散熱對策和出光效果。LED按封裝形式分類有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。 3. LED封裝工藝流程 4封裝工藝說明 1.芯片檢驗 鏡檢：材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑（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?。s0.1mm），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G

4、aAs、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。對于藍寶石絕緣襯底的藍光、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、點膠位置均有詳細的工藝要求。 由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求，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

5、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，特別是蘭、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2小時。

6、根據(jù)實際情況可以調(diào)整到170，1小時。 絕緣膠一般150，1小時。 銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時（或1小時）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。右圖是鋁絲壓焊的過程，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，

7、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。（下圖是同等條件下，兩種不同的劈刀壓出的焊點微觀照片，兩者在微觀結(jié)構(gòu)上存在差別，從而影響著產(chǎn)品質(zhì)量。）我們在這里不再累述。 9.點膠封裝 LED的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種?；旧瞎に嚳刂频碾y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LED無法通過氣密性試驗） 如右圖所示的TOP-LED和Side-LED適用點膠封裝。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

8、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，一般環(huán)氧固化條件在135，1小時。模壓封裝一般在150，4分鐘。 13.后固化 后固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時對LED進行熱老化。后固化對于提高環(huán)氧與支架（PCB）的粘接強度非常重要。

9、一般條件為120，4小時。 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LED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)品進行分選。 16.包裝 將成品進行計數(shù)包裝。超高亮LED需要防靜電包裝。LED封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù): 1 引言 LED是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能的發(fā)光器件，具有工作電壓低，耗電量小，發(fā)光效率高，發(fā)光響應(yīng)時間極短，光色純，結(jié)構(gòu)牢固，抗沖擊，耐振動，性能穩(wěn)定可靠，重量輕，體積小，成本低等一系列特性，發(fā)展突飛猛進，現(xiàn)已能

10、批量生產(chǎn)整個可見光譜段各種顏色的高亮度、高性能產(chǎn)品。國產(chǎn)紅、綠、橙、黃的LED產(chǎn)量約占世界總量的12，“十五”期間的產(chǎn)業(yè)目標是達到年產(chǎn)300億只的能力，實現(xiàn)超高亮度AiGslnP的LED外延片和芯片的大生產(chǎn)，年產(chǎn)10億只以上紅、橙、黃超高亮度LED管芯，突破GaN材料的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)藍、綠、白的LED的中批量生產(chǎn)。據(jù)預(yù)測，到2005年國際上LED的市場需求量約為2000億只，銷售額達800億美元。 在LED產(chǎn)業(yè)鏈接中，上游是LED襯底晶片及襯底生產(chǎn)，中游的產(chǎn)業(yè)化為LED芯片設(shè)計及制造生產(chǎn)，下游歸LED封裝與測試，研發(fā)低熱阻、優(yōu)異光學(xué)特性、高可靠的封裝技術(shù)是新型LED走向?qū)嵱?、走向市場的產(chǎn)業(yè)化必

11、經(jīng)之路，從某種意義上講是鏈接產(chǎn)業(yè)與市場的紐帶，只有封裝好的才能成為終端產(chǎn)品，才能投入實際應(yīng)用，才能為顧客提供服務(wù)，使產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)環(huán)相扣，無縫暢通。 2 LED封裝的特殊性 LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi)，封裝的作用主要是保護管芯和完成電氣互連。而LED封裝則是完成輸出電信號，保護管芯正常工作，輸出：可見光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計及技術(shù)要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。 LED的核心發(fā)光部分是由p型和n型半導(dǎo)體構(gòu)成的pn結(jié)管芯，當(dāng)注入pn結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時，就會發(fā)出可見光

12、，紫外光或近紅外光。但pn結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個方向發(fā)射有相同的幾率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料，應(yīng)用要求提高LED的內(nèi)、外部量子效率。常規(guī)5mm型LED封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上，管芯的正極通過球形接觸點與金絲，鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相連，負極通過反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封。反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光，向期望的方向角內(nèi)發(fā)射。頂部包封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀，有這樣幾種作用：保護管芯等不受外界侵蝕；采用不同的形狀和材料性質(zhì)(摻

13、或不摻散色劑)，起透鏡或漫射透鏡功能，控制光的發(fā)散角；管芯折射率與空氣折射率相關(guān)太大，致使管芯內(nèi)部的全反射臨界角很小，其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失，選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹脂作過渡，提高管芯的光出射效率。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性，絕緣性，機械強度，對管芯發(fā)出光的折射率和透射率高。選擇不同折射率的封裝材料，封裝幾何形狀對光子逸出效率的影響是不同的，發(fā)光強度的角分布也與管芯結(jié)構(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用材質(zhì)和形狀有關(guān)。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED的軸線方向，相應(yīng)的視角較??；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型，其相

14、應(yīng)視角將增大。 一般情況下，LED的發(fā)光波長隨溫度變化為02-03nm，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當(dāng)正向電流流經(jīng)pn結(jié)，發(fā)熱性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升，在室溫附近，溫度每升高1，LED的發(fā)光強度會相應(yīng)地減少1左右，封裝散熱；時保持色純度與發(fā)光強度非常重要，以往多采用減少其驅(qū)動電流的辦法，降低結(jié)溫，多數(shù)LED的驅(qū)動電流限制在20mA左右。但是，LED的光輸出會隨電流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驅(qū)動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，需要改進封裝結(jié)構(gòu)，全新的LED封裝設(shè)計理念和低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)，改善熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu)，選用導(dǎo)熱性能好的銀膠，增大金屬支

15、架的表面積，焊料凸點的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此外，在應(yīng)用設(shè)計中，PCB線路板等的熱設(shè)計、導(dǎo)熱性能也十分重要。 進入21世紀后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅、橙LED光效已達到100ImW，綠LED為501mW，單只LED的光通量也達到數(shù)十Im。LED芯片和封裝不再沿龔傳統(tǒng)的設(shè)計理念與制造生產(chǎn)模式，在增加芯片的光輸出方面，研發(fā)不僅僅限于改變材料內(nèi)雜質(zhì)數(shù)量，晶格缺陷和位錯來提高內(nèi)部效率，同時，如何改善管芯及封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強LED內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優(yōu)化設(shè)計，改進光學(xué)性能，加速表面貼裝化SMD進程更是產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的主流方向。 3 產(chǎn)品封裝

16、結(jié)構(gòu)類型 自上世紀九十年代以來，LED芯片及材料制作技術(shù)的研發(fā)取得多項突破，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、藍的LED產(chǎn)品相繼問市，如表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。 LED產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)的類型如表2所示，也有根據(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

17、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。 4 引腳式封裝 LED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。標準LED被大多數(shù)客戶認為是目前顯示行業(yè)中最方便、最經(jīng)濟的解決方案，典型的傳統(tǒng)LED安置在能承受01W輸入功率的包封內(nèi)，

18、其90的熱量是由負極的引腳架散發(fā)至PCB板，再散發(fā)到空氣中，如何降低工作時pn結(jié)的溫升是封裝與應(yīng)用必須考慮的。包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、44mm、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?；ㄉc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

19、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

20、，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

21、。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201只管芯)，屬于高密度封裝，利用光學(xué)的折射原理，使點光源通過透明罩殼的13-15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。 半導(dǎo)體pn結(jié)的電致發(fā)光機理決定LED不可

22、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)不同色光的管芯封裝在一個組件外殼內(nèi)，通過色光的混合構(gòu)成白光LED。這兩種方法都取得實用化，日本2000年生產(chǎn)白光LED達1億只，發(fā)展成一類穩(wěn)定地發(fā)白光的產(chǎn)品，并將多只白光LED設(shè)計組裝成對光通量要求不高，以局部裝飾作用為主，追求新潮的電光源。 5 表面貼裝封裝 在2002年，表面貼裝封裝的LED(SMD LED)逐漸被市場所接受，并獲得一定的市場份額，從引腳式封裝轉(zhuǎn)向SMD符合整個電子行業(yè)發(fā)展大趨勢，很

23、多生產(chǎn)廠商推出此類產(chǎn)品。 早期的SMD LED大多采用帶透明塑料體的SOT-23改進型，外形尺寸304111mm，卷盤式容器編帶包裝。在SOT-23基礎(chǔ)上，研發(fā)出帶透鏡的高亮度SMD的SLM-125系列，SLM-245系列LED，前者為單色發(fā)光，后者為雙色或三色發(fā)光。近些年，SMD LED成為一個發(fā)展熱點，很好地解決了亮度、視角、平整度、可靠性、一致性等問題，采用更輕的PCB板和反射層材料，在顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少，并去除較重的碳鋼材料引腳，通過縮小尺寸，降低重量，可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，最終使應(yīng)用更趨完美，尤其適合戶內(nèi)，半戶外全彩顯示屏應(yīng)用。 表3示出常見的SMD LED的幾種

24、尺寸，以及根據(jù)尺寸(加上必要的間隙)計算出來的最佳觀視距離。焊盤是其散熱的重要渠道，廠商提供的SMD LED的數(shù)據(jù)都是以4040mm的焊盤為基礎(chǔ)的，采用回流焊可設(shè)計成焊盤與引腳相等。超高亮度LED產(chǎn)品可采用PLCC(塑封帶引線片式載體)-2封裝，外形尺寸為3028mm，通過獨特方法裝配高亮度管芯，產(chǎn)品熱阻為400KW，可按CECC方式焊接，其發(fā)光強度在50mA驅(qū)動電流下達1250mcd。七段式的一位、兩位、三位和四位數(shù)碼SMD LED顯示器件的字符高度為508-127mm，顯示尺寸選擇范圍寬。PLCC封裝避免了引腳七段數(shù)碼顯示器所需的手工插入與引腳對齊工序，符合自動拾取貼裝設(shè)備的生產(chǎn)要求，應(yīng)用

25、設(shè)計空間靈活，顯示鮮艷清晰。多色PLCC封裝帶有一個外部反射器，可簡便地與發(fā)光管或光導(dǎo)相結(jié)合，用反射型替代目前的透射型光學(xué)設(shè)計，為大范圍區(qū)域提供統(tǒng)一的照明，研發(fā)在35V、1A驅(qū)動條件下工作的功率型SMD LED封裝。 6 功率型封裝 LED芯片及封裝向大功率方向發(fā)展，在大電流下產(chǎn)生比5mmLED大10-20倍的光通量，必須采用有效的散熱與不劣化的封裝材料解決光衰問題，因此，管殼及封裝也是其關(guān)鍵技術(shù)，能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn)。5W系列白、綠、藍綠、藍的功率型LED從2003年初開始供貨，白光LED光輸出達1871m，光效4431mW綠光衰問題，開發(fā)出可承受10W功率的LED，大面積管；匕

26、尺寸為2525mm，可在5A電流下工作，光輸出達2001m，作為固體照明光源有很大發(fā)展空間。 Luxeon系列功率LED是將A1GalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點的硅載體上，然后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉與管殼中，鍵合引線進行封裝。這種封裝對于取光效率，散熱性能，加大工作電流密度的設(shè)計都是最佳的。其主要特點：熱阻低，一般僅為14W，只有常規(guī)LED的110；可靠性高，封裝內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體，在-40-120范圍，不會因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使金絲與引線框架斷開，并防止環(huán)氧樹脂透鏡變黃，引線框架也不會因氧化而玷污；反射杯和透鏡的最佳設(shè)計使輻射圖樣可控和光學(xué)效率最高。另外，其輸

27、出光功率，外量子效率等性能優(yōu)異，將LED固體光源發(fā)展到一個新水平。 Norlux系列功率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3175mm，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，直徑約(0.375254)mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時作為熱沉。管芯的鍵合引線通過底座上制作的兩個接觸點與正、負極連接，根據(jù)所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數(shù)目，可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其發(fā)射光分別為單色，彩色或合成的白色，最后用高折射率的材料按光學(xué)設(shè)計形狀進行包封。這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝，取光效率高，熱阻低，較好地保護管芯與鍵合引線，在

28、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。 在應(yīng)用中，可將已封裝產(chǎn)品組裝在一個帶有鋁夾層的金屬芯PCB板上，形成功率密度LED，PCB板作為器件電極連接的布線之用，鋁芯夾層則可作熱沉使用，獲得較高的發(fā)光通量和光電轉(zhuǎn)換效率。此外，封裝好的SMD LED體積很小，可靈活地組合起來，構(gòu)成模塊型、導(dǎo)光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。 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，對功率型LED芯片的封裝設(shè)計、制造技術(shù)更顯得尤為重要。 7 LED發(fā)展及應(yīng)用前景 近幾年，LED的發(fā)光效率增長100倍，成本下降10倍，廣泛用于大面積圖文

29、顯示全彩屏，狀態(tài)指示、標志照明、信號顯示、液晶顯示器的背光源，汽車組合尾燈及車內(nèi)照明等等方面，其發(fā)展前景吸引全球照明大廠家都先后加入LED光源及市場開發(fā)中。極具發(fā)展與應(yīng)用前景的是白光LED，用作固體照明器件的經(jīng)濟性顯著，且有利環(huán)保，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈，世界年增長率在20以上，美、日、歐及中國臺灣省均推出了半導(dǎo)體照明計劃。目前，普通白光LED發(fā)光效率251mW，專家預(yù)計2005年可能超過3001mW。功率型LED優(yōu)異的散熱特性與光學(xué)特性更能適應(yīng)普通照明領(lǐng)域，被學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認為是LED進入照明市場的必由之路。為替代熒光燈、白光LED必須具有1502001mW的光效，且每Im的價格應(yīng)明顯低于0

30、015Im(現(xiàn)價約025$Im，紅LED為0065Im)，要實現(xiàn)這一目標仍有很多技術(shù)問題需要研究，但克服解決這些問題并不是十分遙遠的事。按固體發(fā)光物理學(xué)原理，LED的發(fā)光效率能近似100，因此，LED被譽為21世紀新光源，有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強度氣體放電燈之后的第四代光源。 8 結(jié)束語 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基藍綠光LED中游工藝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究，力爭在短期內(nèi)使產(chǎn)品的性能指標達到國外同時期同類產(chǎn)品的水平，力爭在較短時間內(nèi)達到月產(chǎn)10kk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。

31、科技部將投入8000萬元資金，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。高亮度LED之封裝光通原理技術(shù)分析: 編者按：毫無疑問的，這個世界需要高亮度發(fā)光二極管（High Brightness Light-Emitting Diode；HB LED），不僅是高亮度的白光LED（HB WLED），也包括高亮度的各色LED，且從現(xiàn)在起的未來更是積極努力與需要

32、超高亮度的LED（Ultra High Brightness LED，簡稱：UHD LED）。用LED背光取代手持裝置原有的EL背光、CCFL背光，不僅電路設(shè)計更簡潔容易，且有較高的外力抗受性。用LED背光取代液晶電視原有的CCFL背光，不僅更環(huán)保而且顯示更逼真亮麗。用LED照明取代白光燈、鹵素?zé)舻日彰?，不僅更光亮省電，使用也更長效，且點亮反應(yīng)更快，用于煞車燈時能減少后車追撞率。所以，LED從過去只能用在電子裝置的狀態(tài)指示燈，進步到成為液晶顯示的背光，再擴展到電子照明及公眾顯示，如車用燈、交通號志燈、看板訊息跑馬燈、大型影視墻，甚至是投影機內(nèi)的照明等，其應(yīng)用仍在持續(xù)延伸。更重要的是，LED的亮

33、度效率就如同摩爾定律（Moores Law）一樣，每24個月提升一倍，過去認為白光LED只能用來取代過于耗電的白熾燈、鹵素?zé)?，即發(fā)光效率在1030lm/W內(nèi)的層次，然而在白光LED突破60lm/W甚至達100lm/W后，就連熒光燈、高壓氣體放電燈等也開始感受到威脅。雖然LED持續(xù)增強亮度及發(fā)光效率，但除了最核心的熒光質(zhì)、混光等專利技術(shù)外，對封裝來說也將是愈來愈大的挑戰(zhàn)，且是雙重難題的挑戰(zhàn)，一方面封裝必須讓LED有最大的取光率、最高的光通量，使光折損降至最低，同時還要注重光的發(fā)散角度、光均性、與導(dǎo)光板的搭配性。另一方面，封裝必須讓LED有最佳的散熱性，特別是HB（高亮度）幾乎意味著HP（High

34、 Power，高功率、高用電），進出LED的電流值持續(xù)在增大，倘若不能良善散熱，則不僅會使LED的亮度減弱，還會縮短LED的使用壽命。所以，持續(xù)追求高亮度的LED，其使用的封裝技術(shù)若沒有對應(yīng)的強化提升，那么高亮度表現(xiàn)也會因此打折，因此本文將針對HB LED的封裝技術(shù)進行更多討論，包括光通方面的討論，也包括熱導(dǎo)方面的討論。附注：大陸方面稱為發(fā)光二極管。附注：一般而言，HB LED多指8lm/W（每瓦8流明）以上的發(fā)光效率。附注：一般而言，HP LED多指用電1W（瓦）以上，功耗瓦數(shù)以順向?qū)妷撼艘皂樝驅(qū)娏鳎╒fIf，fforward）求得。裸晶層：量子井、多量子井提升光轉(zhuǎn)效率雖然本文主要在

35、談?wù)揕ED封裝對光通量的強化，但在此也不得不先說明更深層核心的裸晶部分，畢竟裸晶結(jié)構(gòu)的改善也能使光通量大幅提升。首先是強化光轉(zhuǎn)效率，這也是最根源之道，現(xiàn)有LED的每瓦用電中，僅有1520被轉(zhuǎn)化成光能，其余都被轉(zhuǎn)化成熱能并消散掉（廢熱），而提升此一轉(zhuǎn)換效率的重點就在p-n接面（p-n junction）上，p-n接面是LED主要的發(fā)光發(fā)熱位置，透過p-n接面的結(jié)構(gòu)設(shè)計改變可提升轉(zhuǎn)化效率。量子井（Quantum Well；QW）的結(jié)構(gòu)圖。（郭長佑制圖）關(guān)于此，目前多是在p-n接面上開鑿量子井（Quantum Well；QW），以此來提升用電轉(zhuǎn)換成光能的比例，更進一步的也將朝更多的開鑿數(shù)來努力，即是

36、多量子井（Multiple Quantum Well；MQW）技術(shù)。裸晶層：換料改構(gòu)、光透光折拉高出光效率如果光轉(zhuǎn)效率難再要求，進一步的就必須從出光效率的層面下手，此層面的作法相當(dāng)多，依據(jù)不同的化合材料也有不同，目前HB LED較常使用的兩種化合材料是AlGaInP及GaN/InGaN，前者用來產(chǎn)生高亮度的橘紅、橙、黃、綠光，后者GaN用來產(chǎn)生綠、翠綠、藍光，以及用InGaN產(chǎn)生近紫外線、藍綠、藍光。至于作法有哪些？這包括改變實體幾何結(jié)構(gòu)（橫向轉(zhuǎn)成垂直）、換用基板（substrate，也稱：襯底）的材料、加入新的材料層、改變材料層的接合方式、不同的材料表面處理等。不過，無論如何變化，大體都不脫

37、兩個要則：一、降低遮蔽、增加光透率。二、強化光折射、反射的利用率。舉例來說，過去AlGaInP的LED，其基板所用的材料為GaAs，然黑色表面的GaAs使p-n接面散發(fā)出的光有一半被遮擋吸收，造成光能的浪費，因此改用透明的GaP材料來做基板。又如日本日亞化學(xué)工業(yè)（Nichia）在GaN的LED中，將p型電極（p type）部分做成網(wǎng)紋狀（Mesh Pattern），以此來增加p極的透明度，減少光阻礙同時提升光透量。至于增加折反射上，在AlGaInP的結(jié)構(gòu)中增加一層DBR（Distributed Bragg Reflector）反射層，將另一邊的光源折向同一邊。GaN方面則將基板材料換成藍寶石（

38、Sapphire，Al2O3，三氧化二鋁）來增加反射，同時將基板表面設(shè)計成凹凸紋狀，藉此增加光反射后的散射角度，進而使取光率提升?；蛉绲聡鴼W司朗（OSRAM）使用SiC材料的基板，并將基板設(shè)計成斜面，也有助于增加反射，或加入銀質(zhì)、鋁質(zhì)的金屬鏡射層。亮度提升的LED已經(jīng)跨足到公眾場合的號志應(yīng)用，此為國內(nèi)工地外圍的交通方向指示燈，即是用HB LED所組構(gòu)成。（郭長佑攝影）附注：AlGaInP（磷化鋁鎵銦）也稱為四元發(fā)光材料，即是以Al、Ga、In、P四種元素化合而成。附注：在一般的圖形結(jié)構(gòu)解說時，p-n接面也稱為發(fā)光層，emitting layer或active layer、active regi

39、on。附注：除了減少光遮、增加反射外，有時換用不同技術(shù)的用意是在于規(guī)避其它業(yè)者已申請的專利。 各種AlGaInP LED的發(fā)光效能強化法，由左至右為技術(shù)先進度的差別，最左為最基礎(chǔ)標準的LED幾何結(jié)構(gòu)，接著開始加入DBR（Distributed Bragg Reflector）反射層，再來是有DBR后再加入電流局限（Current Blocking）技術(shù)，而最右為晶元光電的OMA（Omni-directional Mirror Adherence）全方位鏡面接合技術(shù)，該技術(shù)也將基板材質(zhì)從GaAs換成Si。（圖片來源：晶元光電）對GaN、InGaN化合材料的LED而言，也有其自有的一套制程結(jié)構(gòu)光通

40、強化法，以德國OSRAM來說，1999年還在使用標準結(jié)構(gòu)，2002年就進展到ATON結(jié)構(gòu)，2003年換成更佳的NOTA結(jié)構(gòu)，2005年則是ThinGaN結(jié)構(gòu)。（圖片來源：晶元光電）封裝層：抗老化黃光、透光率保衛(wèi)戰(zhàn)從裸晶層面努力增加光亮后，接著就正式從封裝層面接手，務(wù)使光通維持最高、光衰減至最少。要有高的流明保持率（Transmittance，透光率、穿透率，以百分比單位表示），第一步是封裝材質(zhì)，過去LED最常用的是環(huán)氧樹脂（epoxy），不過環(huán)氧樹脂老化后會逐漸變黃（因苯環(huán)成份），進而影響光亮顏色，尤其波長愈低時老化愈快，特別是部分WLED使用近紫外線（Near ultraviolet）發(fā)光，

41、與其它可見光相比其波長又更低，老化更快。新的提案是用硅樹脂（silicone）換替環(huán)氧樹脂，例如美國Lumileds公司的Luxeon系列LED即是改采硅封膠。使用硅膠的不只是Lumileds Luxeon，其它業(yè)者也都有硅膠方案，如通用電氣東芝（GE Toshiba）公司的InvisiSi1，東麗道康寧（Dow Coring Toray）的SR 7010等也都是LED的硅膠封裝方案。硅膠除了對低波長有較佳的抗受性、較不易老化外，硅膠阻隔近紫外線使其不外泄也是對人體健康的一種保護，此外硅膠的光透率、折射率、耐熱性都很理想，GE Toshiba的InvisiSi1具有高達1.51.53的折射率，

42、波長范疇在350nm800nm間的光透率達95，且波長低至300nm時仍有7580的光透，或者與折射率進行取舍，將折射率降至1.41，如此即便是300nm波長也能維持95的光透性。同樣的，Dow Coring Toray的SR 7010在405nm波長以上時光透率達99，且硬化處理后折射率亦有1.51，另外耐熱上也都能達180200的水準，關(guān)于熱的問題我們在此暫不討論。此外，也有業(yè)者提出所謂的無樹脂封裝，即是用玻璃來作為外套保護，或如日本京瓷（Kyocera）提出的陶瓷封裝，都是為了抗老化而提出，其中陶瓷也有較佳的耐熱效果。 Lumileds Lighting公司的Luxeon系列LED（In

43、GaN）的橫切面圖，從圖中可知Luxeon用硅封裝進行裸晶防護，而非傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂。（圖片來源：L）隨著使用時間的增長，LED的光通量也會逐漸降低，圖中是兩個LED的壽命光通量曲線比較，下方藍色線為一般5mm的WLED指示燈，上方紅色線則是高功率LED照明燈。（圖片來源：L）附注：另一個加速環(huán)氧樹脂老化變黃的因素來自溫度，高溫會加速老化。封裝層：透鏡的透射反射杯的反射、折射前述的封裝主要在于保護LED裸晶，并在保護之余盡可能讓光熱忠實向外傳遞，接下來還是在封裝層面，不過不再是內(nèi)覆的Resin部分，而是外蓋的Lens部分。在用膠封裝完后，依據(jù)LED的不同用途會有各種不同的接續(xù)作法，例如做成一個一

44、個的獨立封裝組件，過去最典型的單顆LED指示燈即是如此，另一種則是將多個LED并成一個整體性組件，如七段顯示器、點陣型顯示器等。此外焊接腳位方面也有兩種區(qū)分，即穿孔技術(shù)（Through-Hole Technology；THT）及表面黏著技術(shù)（Surface-Mount Technology；SMT）。在此暫且不談?wù)撊杭缘钠叨物@示器、點陣型顯示器，而就逐一獨立、分離、離散性的封裝來說，也要因應(yīng)不同的應(yīng)用而有不同的封裝外觀，若是與過往LED相同是做為穿孔性焊接的狀態(tài)指示燈則只要采行燈泡（Lamp）型態(tài)的封裝（今日也多俗稱成炮彈型），即便確定是此型也還有透鏡型態(tài)（Lens Type）的區(qū)別，如典型Lamp、卵橢圓Oval、超卵橢圓Super Oval、平直Flat等。而若是表面黏著型，也有頂視Top View、邊視Side View、圓頂Dome等。為何要有各種不同的透鏡外型？其實也有各自的應(yīng)用需求，就一般而言，Lamp用來做指示燈號、Oval用于戶外標示或號志、Top View用來做直落式的背光、Flat與Side View配合導(dǎo)光板（Guide Plate：LGP）做側(cè)邊入光式的背光、Dome做為小型照明燈泡、小型閃光燈等。外型不同、應(yīng)用不同，發(fā)光的可視角度（View Angle）也就不同，此部分也就再次考驗封裝設(shè)計，運用不同的設(shè)計方式，可以