LED封裝工藝基礎知識

LED封裝工藝基礎知識姓名：123部門：生產三部目錄

一、LED基礎參數介紹；二、LED白光實現方法；三、LED封裝材料基礎；1.熒光粉2.封裝用膠水3.晶片4.LED支架和金線四、業(yè)務員需要了解的一、LED基礎參數介紹光通量（Φ）光強（Iv）色坐標（XY）波長（主波長λD、峰值波長λp、平均波長λ）色溫、相對色溫（Tc）顯色指數（Ra）光效一、LED基礎參數介紹光通量（φ）光源每秒種發(fā)出的可見光量之和點光源或非點光源在單位時間內所發(fā)出的能量,其中可產生視覺者（人能感覺出來的輻射通量）即稱為光通量單位：流明（lm）光通量并不等同與光功率，這其中與光學窗口有關，也就是人眼睛對顏色的靈敏度。人的眼睛對555nm(綠光)靈敏度最強，所以同樣條件下綠光相比藍光而言具有更高的光通量。一、LED基礎參數介紹光通量（φ）測試方法：積分球法和變角光度計法。如圖所示，現有的積分球法測LED光通量中有兩種測試結構，一種是將被測LED放置在球心，另外一種是放在球壁。

積分球內壁涂白色漫反射層，且球內壁各點漫射均勻。光源在球壁上任意一點上產生的光照度是由多次反射光產生的光照度疊加而成的。由積分學原理可得，球面上任意一點的光照度為與光源光通量成正比，因此可利用已知光通量的標準燈與被測燈進行比較得到被測燈的光通量一、LED基礎參數介紹光強（Iv）描述了光源在某方向上的強度定義為發(fā)射到單位立體角內的光通量值光強空間分布曲線：表征光源在各個方向上的強度單位：坎德拉（cd）1坎德拉表示在單位立體角內輻射出1流明的光通量一、LED基礎參數介紹圖中x坐標是紅原色的比例，y坐標是綠原色的比例，代表藍原色的坐標z可由x＋y＋z＝1推出弧線上的各點代表純光譜色，此弧線稱為光譜軌跡。從400納米(紫)到700納米(紅)的直線是光譜上沒有的紫-紅顏色系列(非光譜色)。中心點C代表白色，相當于中午太陽光的顏色，其色品坐標為x＝0.3101，y＝0.3162。任何兩種顏色混合時，混合色的顏色點一定在前兩顏色點的連線上。色域自然界中各種實際顏色都位于這條閉合曲線內，輪廓包含所有的感知色調色坐標（x，y）一、LED基礎參數介紹色品圖上任給一點S，連結CS，其延長線交光譜軌跡于O點，O點處的波長即顏色S的主波長，決定了顏色S的色調。從C到S點和O點的距離之比CS／CO為該顏色的飽和度（純度）。從光譜軌跡上任一點通過C點引一直線到達對側光譜軌跡上的另一點，則該直線兩端的顏色互為補色。從代表非光譜色系列的直線上任一點P通過C點引一直線，交光譜軌跡于Q點，Q點的顏色是P點非光譜色的補色。非光譜色的表示方法是在它的補色波長后加一字母cCIE1931色度圖

(CIE1931ChromaticityDiagram）

（CIE1931xyY）一、LED基礎參數介紹波長用于表征光的顏色對于波長為585nm的光，當顏色變化大于1nm時，人眼就可以感覺到。而對于波長為650nm的紅光，當顏色變化在3nm的時候，人眼才能察覺到。對于波長為465nm的藍光和525nm的綠光，人眼的分辨率分別為～2nm和～3nm。一、LED基礎參數介紹色溫、相關色溫（Tc）將一標準黑體加熱，溫度升高到一定程度時顏色開始由深紅-淺紅-橙黃-白-藍，逐漸改變，某光源與黑體的顏色相同時，我們將黑體當時的絕對溫度稱為該光源之色溫。相關色溫：當光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色接近時，黑體對應的溫度就稱為該光源的相對色溫。單位：開爾文（K）色溫在3300K以下，光色偏紅給以溫暖的感覺；有穩(wěn)重的氣氛，溫暖的感覺；色溫在3000--6000K為中間，人在此色調下無特別明顯的視覺心理效果，有爽快的感覺；故稱為“中性”色溫。色溫超過6000K，光色偏藍，給人以清冷的感覺，

一、LED基礎參數介紹顯色指數（Ra）把光源對物體真實顏色的呈現程度稱為光源的顯色性，為了對光源的顯色性進行定量的評價，引入顯色指數的概念。以標準光源（太陽）為準，將其顯色指數定位100，其余光源的顯色指數越接近100，說明光源對物體顏色的還原性越好。顯色性高的光源對顏色表現較好，我們所見到的顏色也就接近自然色，顯色性低的光源對顏色表現較差，我們所見到的顏色偏差也較大連續(xù)光譜、非連續(xù)光譜提高色溫的方法YAG熒光粉、硅酸鹽熒光粉的差異一、LED基礎參數介紹麥克亞當寬容度橢圓對人眼視覺來說，當一種顏色在CIE色度圖上的坐標位置變化很小時，人眼仍認為它是原來的顏色，感覺不出它的變化。因此，每個顏色實際上是一個范圍(即所謂的“顏色寬容量”)，在這個范圍內變化時人跟視覺是感覺不到的。為各種顏色的分光、分bin提供依據。坐標上距離差與眼睛所感覺色差不相同，所以CIE1931色度圖不是一個均勻色彩系統(tǒng)。一、LED基礎參數介紹光效光源所發(fā)出的總光通量（流明、亮度）與該光源所消耗的電功率（瓦）的比值，稱為該光源的光效。發(fā)光效率值越高，表明照明器材將電能轉化為光能的能力越強，即在提供同等亮度的情況下，該照明器材的節(jié)能性越強；在同等功率下，該照明器材的照明性越強，即亮度越大。單位：流明/瓦（lm/w二、LED白光實現方法；實現白光LED原理和方案：(1)、藍色LED芯片和可被藍光有效激發(fā)的發(fā)黃光熒光粉有機結合組成白光LED。LED基片發(fā)出的藍光部分被熒光粉吸收，另一部分藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。(2)、藍光LED芯片和紅、綠混合熒光粉有機結合組成白光LED；(3)、將紅、綠、藍三基色LED組成一個象素也可得到白光；(4)、像三基色節(jié)能燈那樣，發(fā)紫外光LED芯片和可被紫外光有效激發(fā)而發(fā)射紅、綠、藍三基色熒光體有機結合組成白光LED。三、LED封裝材料基礎—熒光粉白光LED熒光粉介紹LED常用熒光粉按化學成份大體分以下幾類：1.YAG鋁酸鹽熒光粉：優(yōu)點：亮度高，發(fā)射峰寬，成本低，工藝成熟，應用廣泛，黃粉效果較好；缺點：抗?jié)裥暂^差，激發(fā)波段窄，光譜中缺乏紅光成分，顯色指數不高，Ra一般在70-75。2.硅酸鹽熒光粉：優(yōu)點：激發(fā)波段寬，綠粉和橙粉較好，化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好。缺點：發(fā)射峰窄，對濕度較敏感，缺乏好的紅粉，不太耐高溫，不太適合做大功率LED產品，適合小功率LED。3.氮化物熒光粉：優(yōu)點：激發(fā)波段寬，溫度穩(wěn)定性好，非常穩(wěn)定。紅粉、綠粉較好。缺點：制造成本較高，發(fā)射峰較窄。4.硫化物熒光粉：優(yōu)點：激發(fā)波段寬，紅粉、綠粉較好，缺點：對濕度敏感，制造過程中會產生污染，對人體有害，屬于淘汰產品。三、LED封裝材料基礎—熒光粉在藍色LED芯片上涂敷能被藍光激發(fā)的（YAG）黃色熒光粉，芯片發(fā)出的藍光與熒光粉發(fā)出的黃光互補形成白光。該技術被日本Nichia公司壟斷，而且這種方案的一個原理性的缺點就是該熒光體中Ce3+離子的發(fā)射光譜不具連續(xù)光譜特性，顯色性較差，難以滿足低色溫照明的要求，同時發(fā)光效率還不夠高。在藍色LED芯片上涂覆綠色和紅色熒光粉，通過芯片發(fā)出的藍光與熒光粉發(fā)出的綠光和紅光復合得到白光，顯色性較好。但是，這種方法所用熒光粉有效轉換效率較低，尤其是紅色熒光粉的效率需要較大幅度的提高。

白光LED熒光粉介紹三、LED封裝材料基礎—熒光粉黃色熒光粉在白光LED的產生方式中，以“藍光LED+黃色熒光粉”的技術最為常熟，這也是目前商品化白光LED產品的主要實現形式，其中所用的黃色熒光粉多為業(yè)界所熟悉的鋁酸鹽成份。紅色熒光粉紅色熒光粉除了與藍光LED及綠色熒光粉配合產生白光，或者與綠、藍色熒光粉及紫光LED配合外產生白光，還常用與補償YAG:CE+藍光LED中的紅色缺乏，以提高顯色指數或者降低色溫。綠色熒光粉綠色熒光粉既是組成白光LED三基色的一個重要組份，同時也可以直接與LED封裝制得綠光LED，目前制作高亮綠色LED的重要方式。三、LED封裝材料基礎—封裝用膠水根據材料組分：環(huán)氧樹脂有機硅膠一.環(huán)氧樹脂1.環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的有機高分子化合物，環(huán)氧樹脂的分子結構是以分子鏈含有活潑的環(huán)氧基團為其特征，環(huán)氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結構。由于分子結構中含有活潑的環(huán)氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應而形成不溶的具有三向網狀結構的高聚物。應用于LED環(huán)氧樹脂必須具備有高透光率、高折射率、良好耐熱性、抗?jié)裥?、絕緣性、高機械強度與化學穩(wěn)定性等。三、LED封裝材料基礎—封裝用膠水二、有機硅膠提高LED封裝材料折射率可有效減少折射率物理屏障帶來的光子損失，提高光量子效率，封裝材料的折射率是一個重要指標，越高好。提高折射率可采用向封裝材料中引入硫元素，引入形式多為硫醚鍵、硫脂鍵等，以環(huán)硫形式將硫元素引入聚合物單體，并以環(huán)硫基團為反應基團進行聚合則是一種較新的方法。三、LED封裝材料基礎—封裝用膠水封裝用膠水的應用一、固晶膠：用于固定芯片之作用，附有導熱作用或導電作用1.1、固晶銀膠（導電膠）：

單電極芯片例如較多的紅、橙、黃、黃綠色芯片采用銀膠固晶，大部分大功率芯片（1W以上）采用銀膠固晶。銀膠的主要成分是銀粉，采用環(huán)氧樹脂或其它樹脂類加以混合，起到固定作用，銀膠吸光。銀膠的保存一定要冷凍保存，使用時分布解凍，且不得多次循環(huán)解凍。銀膠的使用時間要嚴格控制，沉淀和吸濕皆是制程重大隱患。固晶時使用的膠量對產品有很大影響，比如爬膠漏電、死燈，VF不良，LED光斑不均，膠量差異大引起吸光率不同導致亮度差異大。三、LED封裝材料基礎—封裝用膠水1.2、固晶絕緣膠：環(huán)氧樹脂型固晶膠：較多的雙電極透明小功率芯片采用環(huán)氧樹脂固晶，固定效果良好，導熱性較差，但吸光率極低。環(huán)氧樹脂的粘結性較強，有較多的LED膠材生產改性環(huán)氧樹脂增加其導熱能力，使得環(huán)氧型固晶膠仍可應用在小電流LED工藝上。硅樹脂型固晶膠：硅樹脂的導熱系數優(yōu)良，且吸光率非常低，故應用于0.5W以下的LED固晶中，是比較合適的選擇。三、LED封裝材料基礎—封裝用膠水二、封裝膠：2.2、中小功率SMDLED封裝膠：貼片型LED非白光較多使用環(huán)氧樹脂（以膠餅型環(huán)氧樹脂為主），而白光熒光粉膠一般采用硅樹脂，部分硅樹脂為多孔系產品易吸濕，部分硅樹脂為少孔系產品，適合密封性高的產品，不過價格會略貴！三、LED封裝材料基礎—封裝用膠水三、白光LED封裝膠體的選擇：一般來說，稍微有實力的企業(yè)都會首選高折射率的硅膠產品。硅橡膠和環(huán)氧樹脂的對比：1.硅膠的折射率（1.53）普遍高于環(huán)氧樹脂（1.41）2.硅膠的散熱性能普遍優(yōu)于環(huán)氧樹脂3.硅膠的相對使用壽命（5萬小時）一般高于環(huán)氧樹脂（2萬小時）4.硅膠的價格一般也高于環(huán)氧樹脂三、LED封裝材料基礎—晶片LED芯片一般由以下部分構成：襯底、緩沖層、N層、P層、ITO、P極、N極、PN結、晶片的結構三、LED封裝材料基礎—晶片襯底材料襯底材料：也稱為基片材料，外延層都是在襯底材料上生長獲得的。一般有以下三種材料可做襯底：藍寶石（Al2O3）、Si、SiC三、LED封裝材料基礎—晶片?藍寶石（Al2O3）?一般GaN基和InGaN基材料的外延層主要生長在藍寶石襯底上?藍寶石襯底的優(yōu)點：a藍寶石襯底的生產技術成熟；b藍寶石的化學穩(wěn)定性好，能夠運用在高溫生長過程中；c藍寶石機械強度高，易于處理和清洗。?缺點：a導熱性能不佳，在100℃時約為25W/(m·K);b藍寶石是絕緣體，需在芯片表面制作兩個電極，減少了有效發(fā)光面積。三、LED封裝材料基礎—支架和金線lTOP支架1）、支架的作用：用來導電、支撐和導熱。2）、支架的組成：由PPA+銅+銀組成。主要工藝為紅銅鍍銀，再由不同型號尺寸的模具射出PPA塑膠料成型。塑膠料經過高溫后溶成液態(tài)根據設計的膠道流程到每個模穴中。射出成型后再經過切彎腳工序將支架PIN腳進行折彎。主要PPA塑膠料分為幾種:PA9T(112)、114、117、118等。3）、支架的用料：支架的銅選取優(yōu)質紫銅，具有良好的導熱，導電，延伸性。色澤光亮，導電性能好，抗氧化強，焊接時附著能力強，防止虛焊。三、LED封裝材料基礎—支架和金線鍵合線作用：應用于微電子工業(yè)，作為芯片與外部電路連接的主要材料。必需具備的特性：耐腐蝕、抗氧化性傳導性好易鍵合鍵合速度快三、LED封裝材料基礎—支架和金線按材質分類類別主要成分金線99.999%純金銀線99.999%純銀銀合金線銀：金=79：21鋁線鋁：硅＝99：1銅線99.999%四、業(yè)務員需要了解的1、做貨色溫2800-3100又可以劃分為2800-2900-3100-3200每100K色溫一檔

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