发光二极管资料

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LED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出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉（白光LED）的任务。

e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED，则在装配工艺之前，需要将LED焊接到PCB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出光均匀性是否良好。包装：将成品按要求包装、入库。二、封装工艺1.LED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LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。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，散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。3.LED封装工艺流程4．封装工艺说明1.芯片检验镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill）

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LED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。（对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、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控制，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背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED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LED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LED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，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。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，防止批次性不良。

银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170℃，1小时。

绝缘胶一般150℃，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）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。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。金丝球焊过程则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。（下图是同等条件下，两种不同的劈刀压出的焊点微观照片，两者在微观结构上存在差别，从而影响着产品质量。）我们在这里不再累述。9.点胶封装LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、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LED无法通过气密性试验）如右图所示的TOP-LED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LED），主要难点是对点胶量的控制，因为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出光色差的问题。10.灌胶封装

Lamp-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LED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。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LED芯片的封装设计、制造技术更显得尤为重要。7LED发展及应用前景近几年，LED的发光效率增长100倍，成本下降10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，其发展前景吸引全球照明大厂家都先后加入LED光源及市场开发中。极具发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，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计划。目前，普通白光LED发光效率251m／W，专家预计2005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150—2001m／W的光效，且每Im的价格应明显低于0．015／Im(现价约0．25$／Im，红LED为0．065／Im)，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，LED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GaN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达到国外同时期同类产品的水平，力争在较短时间内达到月产10kk的生产能力，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8000万元资金，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放在突出位置，它的成果将要服务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、应用需共同发展，多方互动培植，封装是产业链中承上启下部分，需要关注与重视。

高亮度LED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（HighBrightnessLight-EmittingDiode；HBLED），不仅是高亮度的白光LED（HBWLED），也包括高亮度的各色LED，且从现在起的未来更是积极努力与需要超高亮度的LED（UltraHighBrightnessLED，简称：UHDLED）。用LED背光取代手持装置原有的EL背光、CCFL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CCFL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，且点亮反应更快，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'sLaw）一样，每24个月提升一倍，过去认为白光LED只能用来取代过于耗电的白炽灯、卤素灯，即发光效率在10∼30lm/W内的层次，然而在白光LED突破60lm/W甚至达100lm/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有最佳的散热性，特别是HB（高亮度）几乎意味着HP（HighPower，高功率、高用电），进出LED的电流值持续在增大，倘若不能良善散热，则不仅会使LED的亮度减弱，还会缩短LED的使用寿命。所以，持续追求高亮度的LED，其使用的封装技术若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HBLED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，HBLED多指8lm/W（每瓦8流明）以上的发光效率。

附注：一般而言，HPLED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×If，f＝forward）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部分，毕竟裸晶结构的改善也能使光通量大幅提升。首先是强化光转效率，这也是最根源之道，现有LED的每瓦用电中，仅有15％∼20％被转化成光能，其余都被转化成热能并消散掉（废热），而提升此一转换效率的重点就在p-n接面（p-njunction）上，p-n接面是LED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。

▲量子井（QuantumWell；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（QuantumWell；QW），以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（MultipleQuantumWell；MQW）技术。■裸晶层：「换料改构、光透光折」拉高「出光效率」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HBLED较常使用的两种化合材料是AlGaInP及GaN/InGaN，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InGaN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（substrate，也称：衬底）的材料、加入新的材料层、改变材料层的接合方式、不同的材料表面处理等。不过，无论如何变化，大体都不脱两个要则：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AlGaInP的LED，其基板所用的材料为GaAs，然黑色表面的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（Nichia）在GaN的LED中，将p型电极（ptype）部分做成网纹状（MeshPattern），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DBR（DistributedBraggReflector）反射层，将另一边的光源折向同一边。GaN方面则将基板材料换成蓝宝石（Sapphire，Al2O3，三氧化二铝）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，或加入银质、铝质的金属镜射层。

▲亮度提升的LED已经跨足到公众场合的号志应用，此为国内工地外围的交通方向指示灯，即是用HBLED所组构成。（郭长佑摄影）附注：AlGaInP（磷化铝镓铟）也称为「四元发光材料」，即是以Al、Ga、In、P四种元素化合而成。

附注：在一般的图形结构解说时，p-n接面也称为「发光层，emittinglayer或activelayer、activeregion」。

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规避其它业者已申请的专利。

▲各种AlGaInPLED的发光效能强化法，由左至右为技术先进度的差别，最左为最基础标准的LED几何结构，接着开始加入DBR（DistributedBraggReflector）反射层，再来是有DBR后再加入电流局限（CurrentBlocking）技术，而最右为晶元光电的OMA（Omni-directionalMirrorAdherence）全方位镜面接合技术，该技术也将基板材质从GaAs换成Si。（图片来源：晶元光电）

▲对GaN、InGaN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，以德国OSRAM来说，1999年还在使用标准结构，2002年就进展到ATON结构，2003年换成更佳的NOTA结构，2005年则是ThinGaN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（Transmittance，透光率、穿透率，以百分比单位表示），第一步是封装材质，过去LED最常用的是环氧树脂（epoxy），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，特别是部分WLED使用近紫外线（Nearultraviolet）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（silicone）换替环氧树脂，例如美国Lumileds公司的Luxeon系列LED即是改采硅封胶。使用硅胶的不只是LumiledsLuxeon，其它业者也都有硅胶方案，如通用电气．东芝（GEToshiba）公司的InvisiSi1，东丽．道康宁（DowCoringToray）的SR7010等也都是LED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，GEToshiba的InvisiSi1具有高达1.5∼1.53的折射率，波长范畴在350nm∼800nm间的光透率达95％，且波长低至300nm时仍有75％∼80％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300nm波长也能维持95％的光透性。同样的，DowCoringToray的SR7010在405nm波长以上时光透率达99％，且硬化处理后折射率亦有1.51，另外耐热上也都能达180℃∼200℃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（Kyocera）提出的陶瓷封装，都是为了抗老化而提出，其中陶瓷也有较佳的耐热效果。

▲LumiledsLighting公司的Luxeon系列LED（InGaN）的横切面图，从图中可知Luxeon用硅封装进行裸晶防护，而非传统的环氧树脂。（图片来源：L）

▲随着使用时间的增长，LED的光通量也会逐渐降低，图中是两个LED的寿命光通量曲线比较，下方蓝色线为一般5mm的WLED指示灯，上方红色线则是高功率LED照明灯。（图片来源：L）附注：另一个加速环氧树脂老化变黄的因素来自温度，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Resin部分，而是外盖的Lens部分。在用胶封装完后，依据LED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，另一种则是将多个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-HoleTechnology；THT）及表面黏着技术（Surface-MountTechnology；SMT）。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、分离、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，若是与过往LED相同是做为穿孔性焊接的状态指示灯则只要采行灯泡（Lamp）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（LensType）的区别，如典型Lamp、卵椭圆Oval、超卵椭圆SuperOval、平直Flat等。而若是表面黏着型，也有顶视TopView、边视SideView、圆顶Dome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、Oval用于户外标示或号志、TopView用来做直落式的背光、Flat与SideView配合导光板（GuidePlate：LGP）做侧边入光式的背光、Dome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（ViewAngle）也就不同，此部分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Axiallens、平直透镜Flatlens、反射杯Reflectivecup、岛块反射杯Reflectivecupbyisland。一般的Lamp用的即是中轴透镜法，Dome及Oval/SuperOval等也类似，但Oval/SuperOval的光亮比Lamp更集中在轴向的小角度内。而Flat则是用平直透镜法，好处是光视角比中轴透镜法更大，但缺点是光通量降低、光强度减弱。至于TopView、SideView等则多用反射杯或岛块反射杯，此作法是在封装内加入反射镜，对部分发散角度的光束进行反射、折射等收敛动作，使角度与光强度能取得平衡。

▲日亚化学工业（Nichia）的5mm白光LED，图中可见炮弹（Lamp）型封装内部也使用碗状的反射杯（Reflectivecup）设计来强化光照角度及强度。（图片来源：Ledstyles.de）就技术难易来说，只用上透镜的Axiallens、Flatlens确实较为简易，只要考虑透射与光束发散性，相对的有Reflectivecup就不同了，原有的透射、发散一样要考虑，还要追加考虑反射、折射以及光束收敛，确实更加复杂。还有，我们还没讨论材质，透镜部分除了可持续用原有的覆胶材质外也可以改用其它材质，因为透镜已较为讲究光透而较不讲究裸晶防护，如此还可采行塑料（