LED封裝工藝基礎(chǔ)知識

LED封裝工藝根底知識姓名：123部門：生產(chǎn)三部目錄

一、LED根底參數(shù)介紹；二、LED白光實現(xiàn)方法；三、LED封裝材料根底；1.熒光粉2.封裝用膠水3.晶片4.LED支架和金線四、業(yè)務(wù)員需要了解的一、LED根底參數(shù)介紹光通量〔Φ〕光強〔Iv〕色坐標(biāo)〔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(shù)〔Ra〕光效一、LED根底參數(shù)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(nèi)所發(fā)出的能量,其中可產(chǎn)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(xué)窗口有關(guān)，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(lán)光而言具有更高的光通量。一、LED根底參數(shù)介紹光通量〔φ〕測試方法：積分球法和變角光度計法。如下圖，現(xiàn)有的積分球法測LED光通量中有兩種測試結(jié)構(gòu)，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(nèi)壁涂白色漫反射層，且球內(nèi)壁各點漫射均勻。光源在球壁上任意一點上產(chǎn)生的光照度是由屢次反射光產(chǎn)生的光照度疊加而成的。由積分學(xué)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，因此可利用光通量的標(biāo)準(zhǔn)燈與被測燈進行比較得到被測燈的光通量一、LED根底參數(shù)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(nèi)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(nèi)輻射出1流明的光通量一、LED根底參數(shù)介紹圖中x坐標(biāo)是紅原色的比例，y坐標(biāo)是綠原色的比例，代表藍(lán)原色的坐標(biāo)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(dāng)于中午太陽光的顏色，其色品坐標(biāo)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(nèi)，輪廓包含所有的感知色調(diào)色坐標(biāo)〔x，y〕一、LED根底參數(shù)介紹色品圖上任給一點S，連結(jié)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(diào)。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(dá)對側(cè)光譜軌跡上的另一點，那么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根底參數(shù)介紹波長用于表征光的顏色對于波長為585nm的光，當(dāng)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(dāng)顏色變化在3nm的時候，人眼才能覺察到。對于波長為465nm的藍(lán)光和525nm的綠光，人眼的分辨率分別為～2nm和～3nm。一、LED根底參數(shù)介紹色溫、相關(guān)色溫〔Tc〕將一標(biāo)準(zhǔn)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(lán)，逐漸改變，某光源與黑體的顏色相同時，我們將黑體當(dāng)時的絕對溫度稱為該光源之色溫。相關(guān)色溫：當(dāng)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(yīng)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(diào)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(lán)，給人以清冷的感覺，

一、LED根底參數(shù)介紹顯色指數(shù)〔Ra〕把光源對物體真實顏色的呈現(xiàn)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(shù)的概念。以標(biāo)準(zhǔn)光源〔太陽〕為準(zhǔn)，將其顯色指數(shù)定位100，其余光源的顯色指數(shù)越接近100，說明光源對物體顏色的復(fù)原性越好。顯色性高的光源對顏色表現(xiàn)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(xiàn)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根底參數(shù)介紹麥克亞當(dāng)寬容度橢圓對人眼視覺來說，當(dāng)一種顏色在CIE色度圖上的坐標(biāo)位置變化很小時，人眼仍認(rèn)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(nèi)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(jù)。坐標(biāo)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根底參數(shù)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，說明照明器材將電能轉(zhuǎn)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(xiàn)方法；實現(xiàn)白光LED原理和方案：(1)、藍(lán)色LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的發(fā)黃光熒光粉有機結(jié)合組成白光LED。LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。(2)、藍(lán)光LED芯片和紅、綠混合熒光粉有機結(jié)合組成白光LED；(3)、將紅、綠、藍(lán)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(lán)三基色熒光體有機結(jié)合組成白光LED。三、LED封裝材料根底—熒光粉白光LED熒光粉介紹LED常用熒光粉按化學(xué)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(yīng)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(shù)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(xué)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(chǎn)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(chǎn)生污染，對人體有害，屬于淘汰產(chǎn)品。三、LED封裝材料根底—熒光粉在藍(lán)色LED芯片上涂敷能被藍(lán)光激發(fā)的（YAG）黃色熒光粉，芯片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光互補形成白光。該技術(shù)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(lán)色LED芯片上涂覆綠色和紅色熒光粉，通過芯片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的綠光和紅光復(fù)合得到白光，顯色性較好。但是，這種方法所用熒光粉有效轉(zhuǎn)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封裝材料根底—熒光粉黃色熒光粉在白光LED的產(chǎn)生方式中，以“藍(lán)光LED+黃色熒光粉”的技術(shù)最為常熟，這也是目前商品化白光LED產(chǎn)品的主要實現(xiàn)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(lán)光LED及綠色熒光粉配合產(chǎn)生白光，或者與綠、藍(lán)色熒光粉及紫光LED配合外產(chǎn)生白光，還常用與補償YAG:CE+藍(lán)光LED中的紅色缺乏，以提高顯色指數(shù)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封裝材料根底—封裝用膠水根據(jù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)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(yīng)而形成不溶的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。應(yīng)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(xué)穩(wěn)定性等。三、LED封裝材料根底—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(biāo)，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(yīng)基團進行聚合則是一種較新的方法。三、LED封裝材料根底—封裝用膠水封裝用膠水的應(yīng)用一、固晶膠：用于固定芯片之作用，附有導(dǎo)熱作用或?qū)щ娮饔?.1、固晶銀膠（導(dǎo)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(yán)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(chǎn)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(dǎo)致亮度差異大。三、LED封裝材料根底—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(dǎo)熱性較差，但吸光率極低。環(huán)氧樹脂的粘結(jié)性較強，有較多的LED膠材生產(chǎn)改性環(huán)氧樹脂增加其導(dǎo)熱能力，使得環(huán)氧型固晶膠仍可應(yīng)用在小電流LED工藝上。硅樹脂型固晶膠：硅樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)良，且吸光率非常低，故應(yīng)用于0.5W以下的LED固晶中，是比較合適的選擇。三、LED封裝材料根底—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(chǎn)品易吸濕，部分硅樹脂為少孔系產(chǎn)品，適合密封性高的產(chǎn)品，不過價格會略貴！三、LED封裝材料根底—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(chǎn)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封裝材料根底—晶片LED芯片一般由以下部分構(gòu)成：襯底、緩沖層、N層、P層、ITO、P極、N極、PN結(jié)、晶片的結(jié)構(gòu)三、LED封裝材料根底—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(lán)寶石（Al2O3）、Si、SiC三、LED封裝材料根底—晶片?藍(lán)寶石（Al2O3）?一般GaN基和InGaN基材料的外延層主要生長在藍(lán)寶石襯底上?藍(lán)寶石襯底的優(yōu)點：a藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟；b藍(lán)寶石的化學(xué)穩(wěn)定性好，能夠運用在高溫生長過程中；c藍(lán)寶石機械強度高，易于處理和清洗。?缺點：a導(dǎo)熱性能不佳，在100℃時約為25W/(m·K);b藍(lán)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封裝材料根底—支架和金線lTOP支架1）、支架的作用：用來導(dǎo)電、支撐和導(dǎo)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(jīng)過高溫后溶成液態(tài)根據(jù)設(shè)計的膠道流程到每個模穴中。射出成型后再經(jīng)過切彎腳工序?qū)⒅Ъ躊IN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(zhì)紫銅，具有良好的導(dǎo)熱，導(dǎo)電，延伸性。色澤光亮，導(dǎo)電性能好，抗氧化強，焊接時附著能力強，防止虛焊。三、LED封裝材料根底—支架和金線鍵合線作用：應(yīng)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(dǎo)性好易鍵合鍵合速度快三、LED封裝材料根底—支架和金線按材質(zhì)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(wù)員需要了解的1、