发光二极管资料

1、发光二极管资料作者:日期：发光二极管资料一、生产工艺1. 工艺：a 清洗:采用超声波清洗PCB或LE D支架,并烘干.？b装架:在LED管芯大圆片底部电极备上银胶后进行扩张,将扩张后的管芯大圆片安置在刺晶台上,在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED支架相应的焊盘上,随后进行烧结使银胶固化.c压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上,以作电流注入的引线.LED直接安装在PCB上的,一般采用铝丝焊机.制作白光TOP-LED需要金线焊机？ d 封装：通过点胶,用环氧将LED管芯和焊线保护起来.在PCB板上点胶,对固化后胶体形状有严格要求,这直接关系到背光源成品的岀光亮度.这道工序

2、还将承当点荧光粉白光LED的任务.e焊接：如果背光源是采用S MD-LED或其它已封装的LED,那么在装配工艺之前,需要将LED焊接到PC B板上.f 切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等.？ g装配：根据图纸要求,将背光源的各种材料手工安装正确的位置.h测试：检查背光源光电参数及岀光均匀性是否良好.包装:将成品按要求包装、入库.二、封装工艺1. LE D的封装的任务 ？是将外引线连接到LED芯片的电极上,同时保护好L ED芯片,并且起到提升光取岀效率的作用.关键工序有装架、 压焊、封装.2. LED封装形式LED封装形式可以说是五花八门,主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸,

3、散热对策和出光效果.LED按封装形式分类有 Lamp- LED TOP- LED Si d e- L ED SMD-LED High - Po wer-LED 等.3. LED封装工艺流程4 封装工艺说明1.芯片检验镜检:材料外表是否有机械损伤及麻点麻坑lock h ill ?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2 .扩片由于L ED芯片在划片后依然排列紧密间距很小约0.1mm,不利于后工序的操作.我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张,是LED芯片的间距拉伸到约 0. 6mm也可以采用手工扩张,但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题.3.点胶在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶.

4、对于GaAs S iC导电衬底,具有反面电极的红光、黄光、黄绿芯片 ,采用银胶.对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片,采用绝缘胶来固定芯片.工艺难点在于点胶量的限制,在胶体高度、点胶位置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,银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项.4. 备胶和点胶相反,备胶是用备胶机先把银胶涂在LED反面电极上,然后把背部带银胶的LED安装在LE D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工艺.5. 手工刺片将扩张后LE D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

5、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. 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LE D芯片吸起移动位置, 再安置在相应的支架位置上.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,预防对LE D芯片外表的损伤,特别是兰、绿色芯片必须用胶木的.由于钢嘴会划伤芯片外表的电流扩散层.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,预防批次性不良.？银胶烧结的温度一般限制在 150C,烧结时间2

6、小时.根据实际情况可以调整到1 7 0C, 1小时.？绝缘胶一般150C,1小时.银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时或1小时翻开更换烧结的产品,中间不得随意翻开.烧结烘箱不得再其他用途,预防污染.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的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种.右图是铝丝压焊的过程,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.金丝球焊过程那么在压第一点前先烧个球,其余过程类似.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

7、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.下列图是同等条件下,两种不 同的劈刀压岀的焊点微观照片,两者在微观结构上存在差异,从而影响着产品质量.我们在这里不再累述.9. 点胶封装L ED的封装主要有点胶、灌封、模压三种.根本上工艺限制的难点是气泡、多缺料、黑点.设计上主要是对材料的选型,选用结合良好的环氧和支架.一般的L ED无法通过气密性试验如右图所示的TOP-LE D和Side-LED适用点胶封装.手动点胶封装对操作水平要求很高特别是白光LE D,主要难点是对点胶量的限制,由于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岀光色差的问题.

8、10 .灌胶封装？La mp-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从模腔中脱出即成型.11 模压封装将压焊好的L ED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.1 2.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135C,1小时.模压封装一般在 1 5 0C,4分钟.1 3 .后固化后固化是为了让环氧充分固化,同时对L ED进行热老化.后固化对于提升环氧与支架PCB 的粘接强度

9、非常重要.一般条件为12O'C,4小时.14. 切筋和划片?由于LED在生产中是连在一起的不是单个丄amp封装LED采用切筋切断L ED支架的连筋.SMD - L ED那么是在一片P CB板上,需要划 片机来完成别离工作.15. 测试?测试LE D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.1 6.包装将成品进行计数包装.超高亮LED需要防静电包装.LE D封装结构及技术：1引言LED是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件,具有工作电压低,耗电量小,发光效率高,发光响应时间极短,光色纯,结构牢固,抗冲击,耐振动,性能稳定可靠,重量轻,体积小,本钱低等一系列

10、特性,开展突飞猛进,现已能批量生产整个可见光谱段各种颜色 的高亮度、高性能产品.国产红、绿、橙、黄的LED产量约占世界总量的12%, “十五期间的产业目标是到达年产300亿只的水平,实现超高亮度AiGs 1 nP的L E D外延片和芯片的大生产, 年产10亿只以上红、橙、黄超高亮度LED管芯,突破G aN材料的关键技术,实现蓝、 绿、白的LED的中批量生产.据预测,到2005年国际上L ED的市场需求量约为2000亿只,销售额达80 0亿美元.在LED产业链接中,上游是L ED衬底晶片及衬底生产,中游的产业化为LED芯片设计及制造生产,下游归LED封装与测试,研发低热阻、优异光学特性、高可靠的

11、封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路,从某种意义上讲是链接产业与市场的纽带,只有封装好的才能成为终端产品,才能投入实际应用,才能为顾客提供效劳,使产业链环环相扣,无缝畅通.2 L ED封装的特殊性LED封装技术大都是在分立器件封装技术根底上开展与演变而来的,但却有很大的特殊性.一般情况下,分立器件的管芯被密封在封装体内,封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连.而LED封装那么是完成输岀电信号,保护管芯正常工作,输岀：可见光的功能,既有电参数,又有光参数的设计及技术要求,无法简单地将分立器件的封装用于LEDLED的核心发光局部是由p型和 n型半导体构成的pn结管芯,当注入pn结

12、的少数载流子与多数载流子复合时 ,就会发岀可见光,紫外光或 近红外光.但pn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,并不是管芯产生的所有光都可以释放出来,这主要取 决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料,应用要求提升LED的内、外部量子效率.常规5 m型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上,管芯的正极通过球形接触点与金丝,键合为内引线与一条管脚相连,负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连,然后其顶部用环氧树脂包封.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.顶部包封的环氧树脂做成一定形状,有这样几种作用

13、：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,起透镜或漫射透镜功能,限制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太大,致使管芯内部的全反射临界角很小,其有源层产生的光只有小部分被取出,大局部易在管芯内部经屡次反射而被吸收,易发生全反射导致过多光损失,选用相应折射率的环氧树脂作过渡,提升管芯的光出射效率.用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性,绝缘性,机械强度,对管芯发岀光的折射率和透射率高.选择不同折射率的封装材料,封装几何形状对光子逸岀效率的影响是不同的,发光强度的角分布也与管芯结构、光输岀方式、封装透镜所用材质和形状有关.假设采用尖形 树脂透镜,可使光集中到 LED的轴线方向

14、,相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型,其相应视角将增大.一般情况下,LED的发光波长随温度变化为 0. 2-0 . 3 nm/C,光谱宽度随之增加,影响颜色鲜艳度.另外,当正向电流流经pn结,发热性 损耗使结区产生温升,在室温附近,温度每升高1C,L ED的发光强度会相应地减少 1 %左右,封装散热；时保持色纯度与发光强度非常重 要,以往多采用减少其驱动电流的方法,降低结温,多数LED的驱动电流限制在 20 m A左右.但是,LED的光输出会随电流的增大而增加,目前,很多功率型 LED的驱动电流可以到达7 0mA 1 00 mA甚至1A级,需要改良封装结构,全新的 LED封装设计

15、理念和低热阻封装 结构及技术,改善热特性.例如,采用大面积芯片倒装结构,选用导热性能好的银胶,增大金属支架的外表积,焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法.此外,在应用设计中, PCB线路板等的热设计、导热性能也十分重要.进入21世纪后,L ED的高效化、超高亮度化、全色化不断开展创新,红、橙LED光效已到达1001m/W ,绿LED为5 01m/W ,单只LE D的光通量也到达数十Im.LED芯片和封装不再沿龚传统的设计理念与制造生产模式,在增加芯片的光输岀方面,研发不仅仅限于改变材料内杂质数量,晶格缺陷和位错来提升内部效率,同时,如何改善管芯及封装内部结构,增强LED内部产生光子岀射的几率,

16、提升光效,解决散热,取光和热沉优化设计,改良光学性能,加速外表贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方向.3产品封装结构类型自上世纪九十年代以来 丄ED芯片及材料制作技术的研发取得多项突破,透明衬底梯形结构、纹理外表结构、芯片倒装结构,商品化的超高亮度1 cd以上红、橙、黄、绿、蓝的 LE D产品相继问市,如表1所示,20 0 0年开始在低、中光通量的特殊照明中获得应用.LED的上、中游产业受到前所未有的重视,进一步推动下游的封装技术及产业开展,采用不同封装结构形式与尺寸,不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式,可生产岀多种系列,品种、规格的产品.L ED产品封装结构的类型如表 2所示,也有

17、根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等情况特征来分类的.单个管芯一般构成点光 源,多个管芯组装一般可构成面光源和线光源,作信息、状态指示及显示用,发光显示器也是用多个管芯,通过管芯的适当连接包括串联和并联与适宜的光学结构组合而成的,构成发光显示器的发光段和发光点.外表贴装LED可逐渐替代引脚式 LED,应用设计更灵活,已在LED显示市场中占有一定的份额,有加速开展趋势.固体照明光源有局部产品上市,成为今后LED的中、长期开展方向.4引脚式封装L ED脚式封装采用引线架作各种封装外型的引脚,是最先研发成功投放市场的封装结构,品种数量繁多,技术成熟度较高,封装内结构与反射层仍在不断改良.标准

18、 LED被大多数客户认为是目前显示行业中最方便、最经济的解决方案,典型的传统L E D安置在能承受0.1W输入功率的包封内,其90%的热量是由负极的引脚架散发至PCB板,再散发到空气中,如何降低工作时p n结的温升是封装与应用必须考虑的.包封材料多采用高温固化环氧树脂 ,其光性能优良,工艺适应性好,产品可靠性高,可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透 镜封装,不同的透镜形状构成多种外形及尺寸,例如,圆形按直径分为 2mm3mm4.4mm、5m m7mm等数种,环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果.花色点光源有多种不同的封装结构：陶瓷底座环氧树脂封装具有较好的工作温度性能,引脚可弯曲

19、成所需形 状,体积小；金属底座塑料反射罩式封装是一种节能指示灯,适作电源指示用；闪烁式将C M振荡电路芯片与LED管芯组合封装,可自行产生较强视觉冲击的闪烁光；双色型由两种不同发光颜色的管芯组成,封装在同一环氧树脂透镜中,除双色外还可获得第三种的混合色 ,在大屏幕显示系统中的应用极为广泛 ,并可封装组成双色显示器件； 电压型将恒流源芯片与 LED管芯组合封装,可直接替代524V的各种 电压指示灯.面光源是多个 LED管芯粘结在微型PCB板的规定位置上,采用塑料反射框罩并灌封环氧树脂而形成,PC B板的不同设计确定外引线排列和连接方式,有双列直插与单列直插等结构形式.点、面光源现已开发岀数百种封

20、装外形及尺寸,供市场及客户适用.L ED发光显示器可由数码管或米字管、符号管、矩陈管组成各种多位产品,由实际需求设计成各种形状与结构.以数码管为例,有反射罩式、单片集成式、单条七段式等三种封装结构,连接方式有共阳极和共阴极两种,一位就是通常说的数码管,两位以上的一般称作显示器.反射罩式具有字型大,用料省,组装灵活的混合封装特点,一般用白色塑料制作成带反射腔的七段形外壳,将单个LED管芯粘结在与反射罩的七个反射腔互相对位的 PCB板上 ,每个反射腔底部的中央位置是管芯形成的发光区,用压焊方法键合引线,在反射罩内滴人环氧树脂, 与粘好管芯的P CB板对位粘合,然后固化即成.反射罩式又分为空封和实封

21、两种,前者采用散射剂与染料的环氧树脂,多用于单位、双位器件；后者上盖滤色片与匀光膜,并在管芯与底板上涂透明绝缘胶,提升岀光效率,一般用于四位以上的数字显示.单片集成式是在发光材料晶片上制作大量七段数码显示器图形管芯,然后划片分割成单片图形管芯,粘结、压焊、封装带透镜俗称鱼眼透镜的外壳.单条七段式将已制作好的大面积 LED芯片,划割成内含一只或多只管芯的发光条,如此同样的七条粘结在数码字形的可伐架上,经压焊、环氧树脂封装构成.单片式、单条式的特点是微小型化,可采用双列直插式封装,大多是专用产品.LED光柱显示器在10 6 mm长度的线路板上安置10 1只管芯最多可达2 01只管芯,属于高密度封装

22、,利用光学的折射原理,使点光源通过透明罩壳的13- 15条光栅成像,完成每只管芯由点到线的显示,封装技术较为复杂.半导体pn结的电致发光机理决定 LED不可能产生具有连续光谱的白光 ,同时单只LED也不可能产生两种以上的高亮度单色光,只能在圭寸装时借助荧光物质,蓝或紫外 LED管芯上涂敷荧光粉,间接产生宽带光谱,合成白光；或采用几种两种或三种、多种发不同色光的管芯封装 在一个组件外壳内,通过色光的混合构成白光 L ED.这两种方法都取得实用化,日本2 000年生产白光LED达1亿只,开展成一类稳定地发 白光的产品,并将多只白光LED设计组装成对光通量要求不高,以局部装饰作用为主,追求新潮的电光

23、源.5 外表贴装封装在2 002年,外表贴装封装的 LE DSMD LED逐渐被市场所接受,并获得一定的市场份额,从引脚式封装转向 SMD符合整个电子行业开展大趋势,很多生产厂商推岀此类产品.早期的SMD L ED大多采用带透明塑料体的 SOT-2 3改良型,外形尺寸3 . 04X 1. 11mm卷盘式容器编带包装.在 SOT-2 3根底上,研 发出带透镜的高亮度 SMD勺SLM-1 2 5系列,S LM-245系列LED,前者为单色发光,后者为双色或三色发光. 近些年,S MD LE D成为一个 开展热点,很好地解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题,采用更轻的PCB板和反射层材料,

24、在显示反射层需要填充的环氧树脂更少,并去除较重的碳钢材料引脚,通过缩小尺寸,降低重量,可轻易地将产品重量减轻一半,最终使应用更趋完美,尤其适合户内,半户外全彩显示屏应用.表3示岀常见的SMD L E D的几种尺寸,以及根据尺寸加上必要的间隙计算岀来的最正确观视距离.焊盘是其散热的重要渠道,厂商提供的S MD LED的数据都是以4 .OX 4.0mm的焊盘为根底的,采用回流焊可设计成焊盘与引脚相等.超高亮度LED产品可采用PLCC 塑封带引线片式载体-2封装,外形尺寸为3. 0X2. 8mm通过独特方法装配高亮度管芯,产品热阻为4 00K/V,可按CEC C方式焊接,其发光强度在50mA驱动电流

25、下达1 2 50mcd七段式的一位、两位、三位和四位数码SMD LE D显示器件的字符高度为5 .08- 12. 7mm ,显示尺寸选择范围宽°PL CC封装预防了引脚七段数码显示器所需的手工插入与引脚对齐工序,符合自动拾取一贴装设备的生产要求,应用设计空间灵活,显示鲜艳清楚.多色P LCC封装带有一个外部反射器,可简便地与发光管或光导相结合,用反射型替代目前的透射型光学设计,为大范围区域提供统一的照明,研发在3. 5 V 1A驱动条件下工作的功率型 SMD L ED封装.6功率型封装LED芯片及封装向大功率方向开展,在大电流下产生比 5m mLE D大1 0 -20倍的光通量,必须

26、采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光 衰问题,因此,管壳及封装也是其关键技术,能承受数W功率的LED封装已出现.5W系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型LED从 20 0 3年初开始供货,白光LED光输出达187 1 m,光效44. 31m/W绿光衰问题,开发出可承受 10砂率的L ED ,大面积管；匕尺寸为 2.5 X2. 5mm, 可在5A电流下工作,光输出达 200 1 m作为固体照明光源有很大开展空间.Lu x e on系列功率L ED是将A1GalnN功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上,然后把完成倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中,键合引线进行封装.这种封装对于取光效率,散热性能

27、,加大工作电流密度的设计都是最正确的.其主要特点：热阻低,一般仅为14C/W ,只有常规L ED的1/ 10;可靠性高,封装内部填充稳定的柔性胶凝体,在40-12 O'C范围,不会因温度骤变产生的内应力,使金丝与引线框架断开,并预防环氧树脂透镜变黄,引线框架也不会因氧化而玷污；反射杯和透镜的最正确设计使辐射图样可控和光学效率最高.另外,其输岀光功率,外量子效率等性能优异,将LED固体光源开展到一个新水平.Norl ux系列功率LED的封装结构为六角形铝板作底座 使其不导电的多芯片组合,底座直径31 . 7 5mm发光区位于其中央部位,直径约 0.375 X 2 5.4mm,可容纳40只

28、LE D管芯,铝板同时作为热沉.管芯的键合引线通过底座上制作的两个接触点与正、负极连接,根据所需 输出光功率的大小来确定底座上排列管芯的数目,可组合封装的超高亮度的 AlGaInN和Al GaInP管芯,其发射光分别为单色, 彩色或合成的白色,最后用高折射率的材料按光学设计形状进行包封.这种封装采用常规管芯高密度组合封装,取光效率高,热阻低,较好地保护管 芯与键合引线,在大电流下有较高的光输岀功率,也是一种有开展前景的LED固体光源.在应用中,可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯PCB板上,形成功率密度L ED PCB板作为器件电极连接的布线之用, 铝芯夹层那么可作热沉使用,获得较高的发

29、光通量和光电转换效率. 此外,封装好的SMD LED体积很小,可灵活地组合起来,构成模块型、导光板型、 聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源.功率型LED的热特性直接影响到 LED的工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等,因此,对功率型L ED芯片的封装设计、制造技术更显得尤为重要.7 LED开展及应用前景近几年,LED的发光效率增长100倍,本钱下降1 0倍,广泛用于大面积图文显示全彩屏,状态指示、标志照明、信号显示、液晶显示器的背光源,汽车组合尾灯及车内照明等等方面,其开展前景吸引全球照明大厂家都先后参加LED光源及市场开发中.极具开展与应用前景的是白光LED,用作固体照明器件的经济性显著

30、,且有利环保,正逐步取代传统的白炽灯,世界年增长率在20%以上,美、日、欧及中国台湾省均推出了半导体照明方案.目前,普通白光LED发光效率2 51m/W,专家预计200 5年可能超过3001m/W功率型LED优异的散热特性与光学特性更能适应普通照明领域,被学术界和产业界认为是LED进入照明市场的必由之路.为替代荧光灯、白光LED必须具有1502 0 0 1m/W的光效,且每I m的价格应明显低于 0 . 015/lm(现价约0. 2 5$/I m,红LED为0. 06 5 / I m),要实现这一目标仍有很多 技术问题需要研究,但克服解决这些问题并不是十分遥远的事.按固体发光物理学原理,L E

31、D的发光效率能近似100%因此,LED被誉为21世纪新光源,有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源.8结束语国内LED产业中有20余家上、中游研制及生产单位和150余家后道封装企业,高端封装产品还未见推向市场.目前,完成G血基蓝绿光LED中游工艺技术产业化研究,力争在短期内使产品的性能指标到达国外同时期同类产品的水平,力争在较短时间内到达月产1 0 k k的生产水平,开发白光照明光源用的功率型LED芯片等新产品.科技部将投入8 000万元资金,启动国家半导体照明工程,注意终端产品,先从特种产品做起,以汽车、城市景观照明作为市场突破口,把大功率、高亮度LED放在突岀位置,它的

32、成果将要效劳于北京奥运会和上海世博会.无庸质疑,产业链中的衬底、外延、芯片、封装、应用需共同开展,多方互动培植,封装是产业链中承上启下局部,需要关注与重视.高亮度L ED之封装光通原理技术分析：编者按：毫无疑问的,这个世界需要高亮度发光二极管 (Hi gh Brightness Li gh t-E m i t ti ng D i o de; HB L ED),不仅是高亮度的白光 LED ( H B WLD),也包括高亮度的各色L ED,且从现在起的未来更是积极努力与需要超高亮度的L ED ( Ultra High B r ightnes s L ED ,简称:UHD LED).用L ED背光取

33、代手持装置原有的EL背光、C CFL背光,不仅电路设计更简洁容易,且有较高的外力抗受性.用LED背光取代液晶电视原有的 CCF L背光,不仅更环保而且显示更逼真亮丽.用LED照明取代白光灯、卤素灯等照明,不仅更光亮省电,使用也更长效,且点亮反响更快,用于煞车灯时能减少后车追撞率.所以,LED从过去只能用在电子装置的状态指示灯,进步到成为液晶显示的背光,再扩展到电子照明及公众显示,如车用灯、交通号志灯、看板讯息跑马灯、大型影视墙,甚至是投影机内的照明等,其应用仍在持续延伸.更重要的是,LED的亮度效率就如同摩尔定律(Moore' s L aw)样,每24个月提升一倍,过去认为白光LED只

34、能用来取代过于耗电的白炽灯、卤素灯,即发光效率在103 0l m /W内的层次,然而在白光L ED突破60 1 m/W甚至达1001m/ W后,就连荧光灯、高压气体放电灯等也开始感受到威胁.虽然LED持续增强亮度及发光效率,但除了最核心的荧光质、混光等专利技术外,对封装来说也将是愈来愈大的挑战,且是双重难题的挑战,一方面封装必须让 LED有最大的取光率、最高的光通量,使光折损降至最低,同时还要注重光的发散角度、光均性、与导光板的搭配性.另一方面,封装必须让LED有最正确的散热性,特别是 HB (高亮度)几乎意味着 HP(Hig h P owe r,高功率、高用电),进岀LED的电流值持续在增大

35、,倘假设不能良善散热,那么不仅会使LED的亮度减弱,还会缩短L ED的使用寿命.所以,持续追求高亮度的LED,其使用的封装技术假设没有对应的强化提升,那么高亮度表现也会因此打折,因此本文将针对HB LE D的封装技术进行更多讨论,包括光通方面的讨论,也包括热导方面的讨论.附注：大陆方面称为发光二极管.？附注：一般而言,HB L ED多指81m /W (每瓦8流明)以上的发光效率.？附注：一般而言,H P L ED多指用电1W(瓦)以上,功耗瓦数以顺向导通电压乘以顺向导通电流( Vf XI f ,f = forw a rd )求 得.裸晶层：量子井、多量子井提升光转效率虽然本文主要在谈论 LED

36、封装对光通量的强化,但在此也不得不先说明更深层核心的裸晶局部,毕竟裸晶结构的改善也能使光通量大幅提升.热能并消散掉废热,而提升此一转换效率的重点就在p-n接面p -n j u ncti. o n上,p-n接面是L E D主要的发光发热位置,透过p- n接面的结构设计改变可提升转化效率.EC2d11B11|<11Fg 11QW;energy gap11.4_ zVBThh1AIGaAsGaAsAIGaAsA Quantum Well Structure?量子井Qu antum W l 1; QW的结构图.郭长佑制图关于此,目前多是在p-n接面上开凿量子井Quantum Wel 1； Q,以

37、此来提升用电转换成光能的比例,更进一步的也 将朝更多的开凿数来努力,即是多量子井M u 1t ip 1 e Quan tu m We ll;M Q W技术.裸晶层：换料改构、光透光折拉高岀光效率如果光转效率难再要求,进一步的就必须从出光效率的层面下手,此层面的作法相当多,依据不同的化合材料也有不同,目前HB LE D较常使用的两种化合材料是 AIGalnP及G aN/I nGaN,前者用来产生高亮度的橘红、橙、黄、绿光,后者GaN用来产生绿、翠绿、蓝光,以及用I nG aN产生近紫外线、蓝绿、蓝光.至于作法有哪些？这包括改变实体几何结构横向转成垂直、换用基板substrat e ,也称：衬底的

38、材料、参加新的材料层、改变材料层的接合方式、不同的材料外表处理等.不过,无论如何变化,大体都不脱两个要那么：一、降低遮蔽、增加光透率.二、强化光折射、反射的利用率.举例来说,过去AlGa In P的LED,其基板所用的材料为 GaAs ,然黑色外表的GaAs使 p-n接面散发出的光有一半被遮挡 吸收,造成光能的浪费,因此改用透明的GaP材料来做基板.又如日本日亚化学工业N ichi a在Ga N的LED中 ,将p型电极p type局部做成网纹状Mesh P at te rn ,以此来增加p极的透明度,减少光阻碍同时提升光透量.至于增加折反射上,在 AlGaInP的结构中增加一层 DBRDist

39、r i bu te d Bragg Refl ecto r反射层,将另一边的 光源折向同一边.GaN方面那么将基板材料换成蓝宝石 Sap p hire,A12 03三氧化二铝来增加反射,同时将基板表 面设计成凹凸纹状,藉此增加光反射后的散射角度,进而使取光率提升.或如德国欧司朗OSRAM使用SiC材料的基板,并将基板设计成斜面,也有助于增加反射,或参加银质、铝质的金属镜射层.最左为最根底标准的即是用HB LED所组构成LED几何结构,接着开始号志应用,此为国内工地外围的交通方向指示灯?亮度提升的L ED已经跨足到公众场合的郭长佑摄影n、P四种元素化合而成.？附注：在一般的质从GaAs换成Si.

40、图片来源：晶元光电附注：Al Gal nP磷化铝镓铟也称为四元发光材料,即是以Al、Ga图形结构解说时,p-n接面也称为发光层,emit t i n g layer或activ e 附注：除了减少光遮、增加反射外,有时换用不同技术的用意是在于躲避其它业者已申请的专利1 ayer、a cti v e re gionDBR后再参加电流局限Cur ren t B l ockingen c e全方位镜面接合技术,该技术也将基板材StandardOMADBR design Current btocWng + DBR二14-LOX :2.0 3皿 15-20 ImAW-301mA¥-50 Im/

41、W各种AlGaInP LE D的发光效能强化法,由左至右为技术先进度的差异, 参加 DBR D is t r ib u ted Bra g g R ef l ecto r反射层,再来是有 技术,而最右为晶元光电的0MA Orm i-direct i onal Mirror Adhe rStandardA TONNOTA对Ga N、I nG aN化合材料的LED而言,也有其自有的一套制程结构光通强化法用标准结构,200ThinGaNmirror contactcarrier,以德国0 SRAM来说,1999年还在使2年就进展到 AT0 N结构,200 3年换成更佳的N0TA结构,2005年那么是

42、ThinGa N结构.图片来源：晶元光电 封装层：抗老化黄光、透光率保卫战 从裸晶层面努力增加光亮后,接着就正式从封装层面接手,务使光通维持最高、光衰减至最少.要有高的流明保持率 仃r ansmi t ta n ce ,透光率、穿透率,以百分比单位表示,第一步是封装材质,过去L ED最常用的 是环氧树脂e pox y,不过环氧树脂老化后会逐渐变黄因苯环成份,进而影响光亮颜色,尤其波长愈低时老 化愈快,特别是局部WL ED使用近紫外线Ne ar u 1 travi ol et发光,与其它可见光相比其波长又更低,老化更快.新的提案是用硅树脂s 11 icone换替环氧树脂,例如美国Lumil ed

43、 s公司的L u x eon系列LED即是改采硅封胶.使用硅胶的不只是 Lumi l e d s Lu x eo n,其它业者也都有硅胶方案,如通用电气.东芝G E Toshiba公司的InvisiSi 1,东丽.道康宁Dow Cori n g Toray 的SR 7 01 0等也都是L E D的硅胶封装方案.硅胶除了对低波长有较佳的抗受性、较不易老化外,硅胶阻隔近紫外线使其不外泄也是对人体健康的一种保护,此外硅胶的光透率、折射率、耐热性都很理想,GE T o sh i b a的InvisiS i 1具有高达1.5 7. 5 3的折射率,波长范畴在350nm -8 00nm间的光透率达95%,

44、且波长低至300nm时仍有75%£ 0%的光透,或者与折射率进行取舍,将折射率降至1.41,如此即便是300n m波长也能维持9 5%的光透性.同样的,Do w Co r in g To ra y的SR 7010在4 0 5 nm波长以上时光透 率达9 9%,且硬化处理后折射率亦有1. 51,另外耐热上也都能达18 0C -200 C的水准,关于热的问题我们在此暂不讨论.此外,也有业者提出所谓的无树脂封装,即是用玻璃来作为外套保护,或如日本京瓷Kyocer a提出的陶瓷封装,都是为了抗老化而提岀,其中陶瓷也有较佳的耐热效果. L um il ed s L i ghtin g公司的L

45、uxe on系列LED(lnG a N)的横切面图,从图中可知一Lu xe on用硅封装进行裸晶 防护,而非传统的环氧树脂.(图片来源：L umi 1 eds .c om) ?% % %o u O2 0 8.10 1000 2000-*-5-mrn 6® 11D随着使用时间的增长丄ED的光通量也会逐渐降低,WLE)指示灯,上方红色线那么是高功率LED照明灯5(109 6000 7000 8000 9000 1M0C 時間(小時)哥辽瞬I KI)图中是两个LED的寿命光通量曲线比拟, 下方蓝色线为一般 5mm的(图片来源 丄umi led s )附注:另一个加速环氧树脂老化变黄的因素来

46、自温度,高温会加速老化封装层：透镜的透射反射杯的反射、折射前述的封装主要在于保护LED裸晶,并在保护之余尽可能让光热忠实向外传递,接下来还是在封装层面,不过不再是内覆的Res in局部,而是外盖的Lens局部.在用胶封装完后,依据L ED的不同用途会有各种不同的接续作法,例如做成一个一个的独立封装组件,过去最典型的单 颗LED指示灯即是如此,另一种那么是将多个LED并成一个整体性组件,如七段显示器、点阵型显示器等.此外焊接脚位方面也有两种区分,即穿孔技术(Through- Hole T echn o Io g y;TH T )及外表黏着技术(Su rf a c e- Mount Te chno

47、lo gy ; S MT).在此暂且不谈论群集性的七段显示器、点阵型显示器,而就逐一独立、别离、离散性的封装来说,也要因应不同的应用而有不同的封装外观,假设是与过往L ED相同是做为穿孔性焊接的状态指示灯那么只要采行灯泡(L amp)型态的封装(今日也多俗称成炮弹型),即便确定是此型也还有透镜型态( Lens Ty p e)的区别,如典型L amp卵椭圆Oval、超卵椭圆S up er Oval、平直Fla t等.而假设是外表黏着型,也有顶视Top V ie w 边视Side Vie w、圆顶Do me等.为何要有各种不同的透镜外型 ？其实也有各自的应用需求,就一般而言,Lamp用来做指示灯号、Ov al用于户外标示或号志、Top Vi e w用来做直落式的背光、 Flat与Side View配合导光板(Guide P lat e:LGP )做侧边入光式的背光、 D ome做为小型照明灯泡、小型闪光灯等.外型不同、应用不同,发光的可视角度(View Angle)也就不同,此局部也就再次考验封装设计,运用不同的设计方式,可以获得不同的发光角度、光强度、光通量,此方面常见的作法有四：中轴透镜Axi