微电子与光电子集成技术

1、发光二极管照明技术，吴贵祥，R&D日东精工设备部，第6章发光二极管封装技术，6.1概述6.2发光二极管封装方法6.3发光二极管封装技术6.4功率发光二极管封装关键技术6.5荧光粉溶液涂覆技术6.6密封胶胶体设计6.7散热设计，6.1概述，1 .封装发光二极管芯片的必要性只是一个小的固体，它的两个电极只能在显微镜下才能看到，而且它在加入电流后会发光。在制造过程中，除了焊接发光二极管芯片的两个电极以引出正电极和负电极之外，还需要保护发光二极管芯片和两个电极。6.1概述，二。封装功能研发低热阻、优异光学特性和高可靠性的封装技术是新型发光二极管走向实用化和市场化的必由之路。发光二极管技术主要是在半导体

2、分离器件封装技术的基础上发展和演变的。将公共二极管管芯密封在封装中起到保护芯片和完成电互连的作用。6.1概述，二。发光二极管的封装功能是实现输入电信号、保护芯片正常工作和输出可见光的功能，包括电气参数和光学参数的设计和技术要求。6.1概述，第三部分。发光二极管封装模式的选择发光二极管pn结发射的光子是非定向的，即它们在所有方向上发射的概率相同，因此不是芯片产生的所有光都可以发射。可以发射多少光取决于半导体材料、芯片结构、几何形状、封装材料和封装材料的质量。因此，对于发光二极管封装，应根据发光二极管芯片的尺寸和功率选择合适的封装方法。6.2发光二极管封装方法，常用的发光二极管芯片封装方法包括：引

3、脚封装、平面封装、表面贴装封装、食人鱼封装，6.2发光二极管封装方法，1。发光二极管封装发展过程，6.2发光二极管封装方法，2。低功率发光二极管封装传统的低功率发光二极管封装方法主要包括：引脚封装；平面包装；表面贴装贴片发光二极管；食人鱼，食人鱼；6.2发光二极管封装模式，1。引脚封装(1)引脚封装结构发光二极管引脚封装采用引线框架作为各种封装形状的引脚，常见的是直径为5毫米(简称 5毫米)的圆柱形封装。6.2发光二极管封装方法，1。引脚式封装(2)引脚式封装工艺(5毫米引脚式封装)，边长为0.25毫米的方形管芯键合或烧结在引线框架(一般称为支架)上；芯片的阳极通过引线键合连接到另一个引线框架

4、；负极用银浆粘接在支架的反光杯内，或用金线与反光杯的引脚连接；6.2发光二极管封装模式，1。针式封装(3)针式封装原理，然后顶部用环氧树脂封装。直径为5毫米的圆形反射杯的功能是收集从芯片侧面和界面发出的光，并将其发射到所需的方向角。6.2发光二极管封装模式，1。引脚封装(3)引脚封装原理封装在顶部的环氧树脂制成一定的形状，它有几个功能：保护芯片免受外部侵蚀；不同的形状和材料特性(掺杂或不掺杂调色剂)被用作透镜或扩散透镜来控制光的发散角。6.2发光二极管封装模式，2。平面封装(1)原理平面封装发光二极管器件是由多个发光二极管芯片组成的结构器件。通过发光二极管的适当连接(包括串联和并联)和适当的光

5、学结构，可以形成发光显示器的发光段和发光点，然后这些发光段和发光点可以用于形成各种发光显示器，例如数码管、“仪表”管、矩阵管等。6.2发光二极管封装模式，2。平面封装(2)结构，6.2发光二极管封装模式，3。表面贴装封装表面贴装发光二极管(SMD)是一种新型的表面贴装半导体发光器件，具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点。其发光颜色可以是包括白光在内的各种颜色，可以满足各种表面贴装结构的电子产品的需求，尤其是手机和笔记本电脑。6.2发光二极管封装，3。表面贴装封装，6.2发光二极管封装，4。食人鱼包装(1)结构，6.2发光二极管包装，4。食人鱼包装(2)优点为什么这种发光二极管被称

6、为食人鱼，因为它的形状非常类似于亚马逊的食人鱼？食人鱼发光二极管产品有很多优点。因为食人鱼发光二极管所用的支架是由铜制成的，而且有很大的面积，所以它可以很快地传热和散热。当发光二极管点亮后，pn结产生的热量可以从支架的四条腿迅速导出到印刷电路板的铜带上。6.2发光二极管封装模式，4。食人鱼封装(2)优势食人鱼发光二极管传热速度快于3毫米和5毫米的pin管，可延长器件的使用寿命。一般来说，食人鱼发光二极管的热阻比3毫米和5毫米灯管的热阻小一半，所以很受用户欢迎。3.功率型封装功率型发光二极管是未来半导体照明的核心。大功率发光二极管散热功率大，发热量大，发光效率高，寿命长。6.2发光二极管封装方法

7、，3。功率封装大功率发光二极管的封装不能简单地应用低功率发光二极管的传统封装，而必须是：封装结构设计；选择材料；选择设备和其他方面重新考虑和研究新的包装方法。目前，电源指示灯主要有六种封装：1 .大尺寸环氧树脂封装遵循针式发光二极管封装的理念，6.2发光二极管封装，3。动力组件2。食人鱼式环氧树脂封装，6.2个发光二极管封装，3个。动力组件3。铝基板(MCPCB)封装。6.2发光二极管封装，3。电源包，4。TO封装基于大功率三极管的思想，6.2发光二极管封装，3。电源包，5。电源贴片封装，6.2发光二极管封装，3。电源封装，6.3发光二极管封装，1。引脚封装，6.3发光二极管封装，1。针式封装

8、技术，6.3发光二极管封装技术，1。主要技术，6.3发光二极管封装技术，1。主要技术，6.3发光二极管封装技术，1。针式包装技术2。主要技术说明(1)用切片显微镜检查材料表面是否有机械损伤或麻点；芯片尺寸和电极尺寸是否符合工艺要求；电极图案是否完整。6.3发光二极管封装技术，(2)扩展芯片，因为切割后发光二极管芯片仍然排列紧密，间距非常小(约0.1毫米)，这不利于后处理的操作。结合到芯片上的薄膜通过薄膜扩张器膨胀，使得发光二极管芯片之间的距离被拉伸到大约0.6毫米.也可以使用手动扩展，但它很容易导致芯片掉落和浪费等不良问题。6.3发光二极管封装工艺，2。主要工艺描述(3)在发光二极管支架的相应

9、位置上涂上银胶或绝缘胶。对于GaAs和碳化硅导电基板，带有背面电极的红色、黄色和黄绿色芯片使用银胶。对于蓝宝石绝缘基板的蓝绿色发光二极管芯片，采用绝缘胶固定芯片。6.3发光二极管封装工艺，1。铅型封装工艺2。主要过程描述(3)点胶过程的难点在于点胶量的控制，对胶体的高度和点胶位置有详细的过程要求。由于银胶和绝缘胶在储存和使用中有严格的要求，因此银胶的唤醒、搅拌和使用时间都是过程中需要注意的事项。6.3发光二极管封装工艺，1。引脚封装过程2。主要过程描述(4)粘合剂制备与分配相反。在粘合剂制备中，首先将银粘合剂涂覆在发光二极管的后电极上，然后将背面带有银粘合剂的发光二极管安装在发光二极管支架上。

10、准备胶水的效率比点胶高得多，但不是所有的产品都适合准备胶水。6.3发光二极管封装工艺，1。针式包装工艺2。主要工艺描述(5)手动针刺将膨胀的发光二极管芯片(带或不带粘合剂)放在针刺台的夹具上，并将发光二极管支架放在夹具下。在显微镜下，发光二极管芯片被一个接一个地针刺到相应的位置。与自动架装相比，手动纹身有一个优点，方便随时更换不同的芯片，适用于需要安装多个芯片的产品。，6.3发光二极管封装工艺，2。主要过程描述(6)自动支架安装自动支架安装实际上是两个主要步骤的结合：首先，将银胶(绝缘胶)放在发光二极管支架上，然后使用真空吸嘴将发光二极管芯片吸上来，并将其移动到相应的支架位置。6.3发光二极管

11、封装工艺，1。针式包装工艺2。主要过程描述(6)自动架装自动架装应熟悉设备操作和编程，同时调整设备的涂胶和安装精度。在选择喷嘴时尽量使用胶木喷嘴，以防止损坏发光二极管芯片的表面，尤其是蓝色和绿色芯片。因为钢喷嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。6.3发光二极管封装工艺，2。主要工艺描述(7)烧结的目的是固化银浆，烧结需要监控温度以防止不合格批次。银浆的烧结温度一般控制在150，烧结时间为2小时。根据实际情况，可调节至1701小时。绝缘胶一般是150保温1小时。6.3发光二极管封装工艺，1。引脚封装过程2。主要工艺说明(7)烧结银胶的烧结炉必须根据工艺要求每2小时(或1小时)打开一次，烧结后的产品不能

12、随意打开。烧结炉不得用于其他目的，以防污染。6.3发光二极管封装工艺，1。引脚封装过程2。主要工艺说明(8)压焊的目的是将电极引向发光二极管芯片，完成产品内外引线的连接。有两种LED压焊工艺：金丝球焊和铝丝压焊，6.3 LED封装工艺，1。引脚封装过程2。主要工艺描述(8)压焊1)铝线压焊工艺：先按下发光二极管芯片电极上的第一个点，然后将铝线拉到相应的支架上，按下第二个点，然后将铝线折断。2)金丝球焊工艺：先焊球后压第一点，其他工艺类似。6.3发光二极管封装工艺，1。引脚封装过程2。主要工艺描述(8)压焊是发光二极管封装技术中的关键环节，需要监控的主要工艺是压焊金线(铝线)的弓丝形状、焊点形状

13、和拉力。对压力焊接技术的深入研究涉及到许多问题，如金属(铝)丝材料、超声波功率、压力焊接的压力、切割头(钢喷嘴)的选择、切割头(钢喷嘴)的运动轨迹等。6.3发光二极管封装工艺，1。引脚封装过程2。主要工艺描述(9)分装：顶部发光二极管和侧面发光二极管适用于分装。6.3发光二极管封装工艺，1。铅型封装工艺2。主要工艺描述(9)分装基本上，工艺控制的难点是气泡、缺料和黑点。在设计上，主要注重材料的选择，选用环氧树脂和支架结合良好。(一般发光二极管不能通过气密性测试)，6.3发光二极管封装工艺，1。针式包装工艺，2。主要工艺描述(9)点胶包装手动点胶包装要求高操作水平(尤其是白色发光二极管)，主要困

14、难是点胶量的控制，因为环氧树脂在使用过程中会变稠。白色发光二极管的分配还存在由磷光体沉淀引起的色差问题。6.3发光二极管封装工艺，1。铅型封装工艺2。主要过程描述(10)灯-发光二极管的封装是封装的形式。封装过程如下：首先将液态环氧树脂注入发光二极管成型腔内，然后将压焊好的发光二极管支架插入，将发光二极管放入烘箱中固化环氧树脂，然后将发光二极管从腔内取出成型。6.3发光二极管封装工艺，2。主要工艺描述(11)成型包装将压焊好的发光二极管支架放入模具中，用液压机关闭上下模具并抽真空，将固体环氧树脂放入注射通道的入口加热，用液压顶杆将其压入模具通道，环氧树脂沿通道进入各发光二极管成型槽并固化。6.

15、3发光二极管封装工艺，1。引脚封装过程2。主要工艺描述(12)固化和后固化是指包装环氧树脂的固化。一般来说，环氧树脂的固化条件是135固化1小时。成型包装一般在150下进行4分钟。6.3发光二极管封装工艺，1。铅后固化对于提高环氧树脂与印刷电路板的结合强度非常重要。一般条件是120，4小时。6.3发光二极管封装工艺，1。引脚封装过程2。主要工艺描述(13)切肋和划片由于生产中的发光二极管是连接在一起的(不是单个的)，所以由灯封装的发光二极管采用切肋的方法来切断发光二极管支架的连接肋。贴片发光二极管在印刷电路板上，需要划片锯来完成分离。6.3发光二极管封装工艺，1。引脚封装过程2。主要工艺描述(

16、14)测试发光二极管的光电参数，检查外形尺寸，根据客户要求对发光二极管产品进行分类。(15)包装：对成品进行计数和包装。超亮的发光二极管需要防静电封装。封装设备(1)金相显微镜，6.3发光二极管封装技术，3)晶片扩展器，6.3发光二极管封装技术，3)点胶机，6.3发光二极管封装技术，3)点胶机，3)点胶机，像粘片机一样，要求高精度，所以可以有效控制。如果胶量太多，贴片后很容易挤出多余的胶，阻挡和吸收芯片周围的光，吸收反射杯壁发出的光，影响亮度；如果胶水的量太少，特别是在进入引线键合过程时，芯片会从杯底脱落，这将导致死灯、漏电等，从而导致产品不良。封装设备(4)背胶机、6.3发光二极管封装技术、

17、3)芯片焊接机、6.3发光二极管封装技术、3)封装设备(5)芯片焊接机，发光二极管芯片在封装位置的放置精度影响整个封装器件的发光效率。如果芯片在反射杯中的位置偏离，光不能完全发射。因此，芯片焊接机必须选择高精度芯片焊接机，最好采用先进的预图像识别系统。6.3发光二极管封装技术，3。封装设备(6)引线键合机，6.3发光二极管封装技术，(6)引线键合机在使用引线键合机之前，必须调整焊接1和2的功率、温度和压力；以及超声波的温度和功率。让这些参数使金丝承受5g的拉力。这样，在随后的烘焙过程中，金线不会由于物质的不同膨胀系数而断裂或脱焊。包装设备(7)灌胶机，6.3发光二极管包装技术，(7)灌胶机灌胶机的针必须保持在同一水平，漏胶通道不得有残渣，