第三章 制作白光LED

第三章白光LED的制作白光LED的制作（封装）

属LED的中游产业

靠设备关于LED封装白光就是有各种颜色光组成的，平常的太阳光，日光灯都属于白光。LED的发展方向→所有的照明领域→白光是照明领域最重要的光源白光LED的重要性3.1制作白光LED3.2白光LED的可靠性及使用寿命3.3荧光粉3.4RGB三基色合成白光的制作本章内容：白光LED的制作3.1制作白光LED一、制作白光LED的几种方法（了解）二、涂覆YAG荧光粉工艺流程和制作方法（理解掌握）三、大功率白光LED的制作（了解）内容一、制作白光LED的三种方法1、LED蓝光芯片上涂覆YAG荧光粉2、LED紫外光芯片上涂覆RGB荧光粉3、RGB三基色混合基本原理在LED蓝光芯片上涂覆YAG（yttriumaluminumgarnet，钇铝石榴石）荧光粉，芯片发出的蓝光激发荧光粉后可产生典型的500~560nm的黄绿光，黄绿光再与剩余的蓝色光合成白光。1、LED蓝光芯片上涂覆YAG荧光粉一、制作白光LED的几种方法优点：相当简单，便于实现且效率高，资金投入不太大，因此具有一定的实用性。缺点：是荧光粉与胶混合后，均匀性较难控制。由于荧光粉易沉淀，导致布胶不均匀、布胶量不好控制，因而造成出光均匀性差、色调一致性不好、色温易偏离且显色性不够理想。

涂覆YAG黄绿荧光粉优缺点一、制作白光LED的几种方法基本原理这种方法利用紫外光激发荧光粉产生三基色光来混合形成白光。2、LED紫外光芯片上涂覆RGB荧光粉

一、制作白光LED的几种方法缺点：其出光效率较低，而且用于封装的环氧树脂在紫外光照射下易分解老化，从而使透光率下降。涂覆RGB荧光粉特点一、制作白光LED的几种方法基本原理这种方法是将绿、红、蓝三种LED芯片组合，同时通电，然后将发出的绿光、红光、蓝光按一定比例混合成白光。红、绿、蓝的比例通常是3：6：1。（计算）蓝光芯片加黄绿色的双芯片补色来产生白光。

3、RGB三基色混合一、制作白光LED的几种方法只要通过各色芯片的电流稳定、散热较好，那么这种方法产生的白光比上述产生的白光稳定且制作简单。光衰问题：驱动方法要考虑到不同芯片的光衰不一样。采用不同的电流进行补偿，使之发出的光比例控制在3：6：1。这样可以保持混合的白光稳定，从而达到理想的效果。

RGB三基色混合特点一、制作白光LED的几种方法二、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法

蓝光芯片与荧光粉匹配实验选择：荧光粉比较仪1、选择蓝光芯片和荧光粉二、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法根据芯片选择胶，把LED芯片固定在支架上（或热沉上）。L型电极的芯片：芯片是上、下各有一个电极。导热导电胶。V型电极的芯片：上面有两个电极，下面没有电极，导热绝缘胶。2、固定芯片二、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法电极焊接方法：一般采用金丝球焊的可靠性较好。（专门设备完成：金丝球焊接机）力学：加在焊线上的压力不要太大，一般是30~40g之间，压力太大容易把电极打裂，而这种裂缝通过一般的显微镜都是看不见的，特别需要注意。3、电极焊线二、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法烘烤次数：芯片放进烘箱内三四次。应当合理控制温度：最好温度不超过120℃。4、烘烤芯片二、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法荧光粉和环氧树脂调配：调配的浓度和数量都要根据以往的经验。特别强调：荧光粉和环氧树脂一定要充分搅拌均匀。在点荧光粉的过程中，荧光粉不能沉淀，浓度要始终保持一致。5、涂覆荧光粉二、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法熟练工人：目前生产白光LED的厂家，大多数是采用人工点荧光粉，点荧光粉的工人要经过长期的培训，在掌握经验后才能很好地完成这项工艺。效率低、产品一致性不易保证。6、点荧光粉的操作人员二、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法7、粘胶机二、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法7、点胶机二、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法三、大功率白光LED的制作单芯片：1~3W的白光LED采用单芯片LED封装成点光源。多芯片集成：而5W以上的大多数白光LED是由大功率蓝光LED芯片集成的。10W以上大功率白光LED一般都直接集成在铝基板或铜基板上，然后做成条状或圆盘状的面光源。三、大功率白光LED的制作W级功率白光LED的封装有其特殊性用到荧光粉。功率大、发热量大——同一般大功率封装

所以,封装时需考虑W级功率白光的三个通道1、W级功率白光LED的光、电、热通道三、大功率白光LED的制作出光通道：封装胶的材料和过渡层的折射率电流通道：封装材料的热胀冷缩系数选配好，特别是金丝能否经受大电流的冲击热通道：固晶胶与共晶焊接,芯片与热沉的接触面积要大,散热快注意:三种通道最好都是独立的,不要共用,特别是电流通道和热通道2、W级功率白光LED的光、电、热问题三、大功率白光LED的制作W级功率白光LED的色温分布是怎样的？光强的分布情况是怎样的？热阻大小是多少？经过一段时间连续点亮，它的光通量衰减曲线是怎样的？色温有什么变化？反向漏电有什么变化？3、评价W级功率白光LED的指标三、大功率白光LED的制作3.2白光LED的可靠性及使用寿命

一旦光通量下降至初始值的50%后，或者色温变化大，超过额定标准，则该光源的有效使用寿命终止，这段时间称为光通量的半衰期，即该光源的半光衰寿命，简称白光LED的寿命。

白光LED的寿命1芯片良好的导热性

2芯片抗静电性能

3芯片抗浪涌电压和电流等一、影响白光LED寿命的主要因素电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。浪涌电压(电流)返回1、封装方法封装材料:固晶胶(L/V)支架材料:铜/铁2、Pn结的工作温度

110~120度考虑长期工作的情况下，pn结尽量保持在100℃左

右。当LED芯片内结温升高10℃时，光通量就会衰减1%，LED芯片发光的主波长就会漂移1～2nm

二、工艺流程对白光LED寿命的影响蓝光LED芯片的衰减荧光粉衰减试验探究:（一）白光LED和蓝光LED1、同等条件对比，发现白光衰减要比蓝光衰减快。疑问：荧光粉？

三、引起白光LED快速衰减的主要原因两种观点2、白光色度坐标LED向黄色调方向变化。否定：荧光粉3、蓝光LED与白光LED光线在器件内部行程对比。结论：荧光粉层附近的短波长辐射和热量高度集中，造成环氧树脂“黄变”白光LED快速衰减的主要原因（二）同一蓝光芯片与不同的荧光粉激发光谱峰值波长为460nm+5nm，发射波长有540nm、550nm、560nm三种，光通量如图所示结论：同一种蓝光芯片激发不同杂质的荧光粉，将导致发射不同的黄光波长，因而混合而成的白光也有不同的衰减。白光LED快速衰减的主要原因（三）同一种蓝光芯片与同一种荧光粉涂在蓝光芯片上厚度不同结论：涂得较厚的荧光粉比涂得较薄的荧光粉的芯片，其白光衰减较快，如图所示。白光LED快速衰减的主要原因结论：引起白光衰减的原因有很多，要根据实际情况进行分析，然后用实验证实。§3.3荧光粉

全世界在该领域的专利申请总量已超过500件，其中90%是无机荧光粉材料。在LED荧光粉发明专利申请量中，红色和绿色荧光粉均约占30%，蓝色荧光粉接近20%，黄色荧光粉超过20%，白色荧光粉仅约为1%。从无机荧光材料发明专利申请量看，稀土（比如Ce3+）激活的石榴石荧光粉位居首位（约占26%），其次是铝酸盐或稀土激活的铝酸盐；接下来是硅酸盐或稀土激活的（卤）硅酸盐等。

LED荧光粉及其制造技术领域发明专利排名第一位的是日本，其专利申请总量占据全世界的一半。我国大陆关于荧光粉的专利申请量排在世界第二；美国排名第三。荧光粉材料及其专利技术1.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。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。采用荧光粉薄膜式涂布可以解决上述问题：

普通用的荧光粉是粉状的，因此不能将粉状的物质覆盖在芯片上，必须是液态的，但是也不可能把荧光粉变成液态的，因为荧光粉的组分是重金属和稀有金属。只有将荧光粉溶解在一种溶剂中，然后再将这种荧光粉液体烤干，这样才能使其覆盖在蓝色的芯片上。二、调荧光粉三、YAG荧光粉制作白光LED的方法之一，是在蓝光LED芯片外面涂覆荧光粉。具体的工艺是将发射光的波长主峰在450~470nm范围内的蓝光LED芯片焊好后，在其表面涂覆稀土钇铝石榴石（YAG）系列荧光粉。这种荧光粉在蓝光辐射下会发射黄光，这样，部分蓝光转变成黄光，和剩余的蓝光混合而形成白光LED。

由于稀土钇铝石榴石荧光粉有两个特点：一是它的发射光的波长主峰在500~580nm范围内，即黄光区域的任意位置；二是它的最佳激发波长在430~480nm范围内的不同位置。因此，选用该系列荧光粉加上配有不同波长蓝光的LED，就可以制备不同色温的白光LED。

四、RGB荧光粉在紫光及紫外光激发的白光LED产品方面，飞利浦公司于1997年5月27日在美国申报了“UV（紫外光）led+荧光粉”发光装置的发明专得。但是该专利没有涉及具体的荧光粉的组成。

我国的有关单位已经在2000年开始了紫光及紫外光激发的白光LED用荧光粉的研究，并于2001年6月分别在第五届中韩双边新材料学术研讨会和北京第四届国3.4RGB三基色合成白光的制作LED中游产业LED的封装LED的下游产业光学为电学提供参数内容一、RGB三基色合成白光的制作原理二、RGB三基色合成白光制作注意事项一、RGB三基色合成白光的制作原理1、原理三个发射红、绿、蓝三基色的LED芯片，集成电路IC控制电流，调节通过三个RGBLED芯片的电流大小，从而使三个芯片的发光强度相应发生变化，实现三基色光混合比例随之发生变化，这样就可以产生多种变换的色彩。

可以合成三角形内部所有的颜色，当然包括白光。一、RGB三基色合成白光的制作原理2、三基色RGB混合白光的产品小功率白光：将三个红、绿、蓝芯片封装在φ5mm~φ10mm的一个组件内，固定接通电流。小功率彩色光：上面的结构，加装一个IC芯片，变换接通电流，彩色光。大功率白光：可做成W级大功率LED，将功率级芯片的红、绿、蓝三基色混合成白光。一、RGB三基色合成白光的制作原理引脚式白光LED一、RGB三基色合成白光的制作原理

3W白光LED灯一、RGB三基色合成白光的制作原理

3W白光LED灯一、RGB三基色合成白光的制作原理二、三基色合成白光注意事项1、主波长选择问题（1）三色主波长范围：红光615-620mm，绿光530-540mm，蓝光460-470nm。经过试验选择最佳的主波长配比，达到最佳光效。（2）四色：红（635nm）、黄（580nm）、绿（525nm）、蓝（460nm），可得到最佳的显色指数（达95以上），光效可