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LED封装工艺知识

　　一、生产工艺

　　1、生产：

　　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。

　　2、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

　　a)芯片检验

　　镜检：

　　1、材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑(lockhill);

　　2、芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求;

　　3、电极图案是否完整。

　　b)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。

　　c)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。

　　d)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。

　　e)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。

　　f)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。

　　g)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。

　　h)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1点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第2点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第1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。

　　i)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。

　　j)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。

　　k)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。

　　l)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135℃，1小时。模压封装一般在150℃，4分钟。

　　m)后固化

　　后固化是为了让环氧充分固化，同时对led进行热老化。后固化对于提高环氧与支架(PCB)的粘接强度非常重要。一般条件为120℃，4小时。

　　n)切筋和划片

　　由于led在生产中是连在一起的(不是单个)，Lamp封装led采用切筋切断led支架的连筋。SMD-led则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。

　　o)测试

　　测试led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。

　　p)包装

　　将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。

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LED色温控制原理   

LED调色温是改变不同光的比例。增加红光，色温变暖，增加蓝光，色温变冷。调亮度， 改变流过LED的电流大小，电流大些，就亮些。反之就暗些。电流的调节，是用改变PWM来实现的。所谓PWM，就是脉冲宽度调整。脉冲宽度调整的方法，最根本的是改变决定其宽度的电阻与电容值的数值。RC的乘积大，则宽度会大些。具体要结合电路图来讨论。

1.色温

光源的色温是通过对比其色彩和理论的热黑体辐射体来确定的。热辐射光源发射的光谱是连续而光滑的，对黑体而言，温度不同，颜色也就不一样。

黑体发光的颜色与温度存在惟一的对应关系。在表述某光源的颜色时，常常把该光源的颜色与黑体发光的颜色进行比较，如果该光源发出光的颜色与黑体在某一温度下的颜色相同，就把该光源的颜色看作是黑体在这个温度下的颜色，叫“温度颜色”，简称“温色”。

显然，“温色”指的是“颜色”，是黑体在某一温度下的颜色。但是由于长期的约定俗成，现在普遍把这个概念称作“色温”。

对于白炽灯等热福射源而言由于其光谱分布与黑体比较接近，所以它们的色品坐标点基本处于黑体轨迹上，可见色温的概念能够恰当的描述白炽灯的光色。但是对于白炽灯以外的其他光，其光谱分布与黑体相差较远，它们的温度T时的相对光谱功率分布

所决定的色品坐标不一定准确地落在色品图的黑体温度轨迹上，所以只能用光源与黑体轨迹最近的颜色来确定该光源的色温，称为相关色温。

2.白光LED发光原理

白光LED是实现半导体照明的必由之路。白光LED并不是一种单色光，在可见光的光谱中并不存在白光。根据人们对可见光的研究，人的眼睛所能看到的白光可以由两种或者两种以上的光混合产生。目前获得白光LED照明光源有以下三种方法。

（1）蓝光LED+不同色光荧光粉

利用蓝光LED配合黄色YAG荧光粉的白光LED封装技术是较为成熟的，但是均匀度的问题、色温偏高显色指数不理想的问题，迟迟无法解决。

（2）紫外光或紫光LED+R.G.B荧光粉

用紫外光或者紫光（300～400nm）LED和R.G.B荧光粉来合成白光的原理和荧光灯是类似的，但是比荧光灯的性能要优越，紫光LED转换系数可达0.8，各色荧光粉的量子转换效率可以达0.9。

（3） R.G.B三基色LED形成白光

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。绿、红、蓝的比例通常为6： 3： 1。利用R.G.B三基色LED直接封装成白光LED的方法，白光综合性能最i好，在高显色指数的前提下，白光流明效率也很高。由于合成白光所要求的色温和显色指数不同，对合成白光的各色LED的流明效率的要求也不相同。但这种方法的主要技术难题是提高绿光LED的电光转换效率，以及降低成本。

3.白光色温可调的原理和实现方法

3.1 原理

不同色温白光LED混合成一束白光，混合白光的光通量为不同色温的白光LED的光通量的总和。混合白光的色温光谱功率分布曲线是由不同色温白光LED的光谱功率分布曲线叠加混合而成一个新色温的光谱功率分布曲线，从而确定了该混合白光的色温值。通过改变不同色温的驱动电流，从而改变不同色温的光通量，也就改变不同色温的光谱功率分布曲线，则由不同色温产生的新的光谱功率分布曲线叠加混合形成一条新的光谱功率分布曲线，也就得到动态可调的白光。

3.2 实现方法

目前，实现色温可调且高显色性的白光LED的方法有：

（1）采用多芯片加荧光粉

如采用至少两个蓝光芯片、一个黄光芯片以及绿色荧光粉和红色荧光粉组成的模块，制作色温可调整的高显色指数（Ra》80）的白光LED灯。但以蓝光激发红色荧光粉的激发效率低，导致LED灯亮度较低，实用性差。

（2）采用不同颜色LED组合

如采用白光加红蓝LED组合，通过分别控制白光、红光和蓝光LED的驱动电流，实现不同色温范围内显色指数大于90的可调白光，但驱动电路复杂，成本较高。

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