LED封装工艺基础知识

LED封装工艺基础知识姓名：123部门：生产三部目录一、LED基础参数介绍；二、LED白光实现方法；三、LED封装材料基础；1.荧光粉2.封装用胶水3.晶片4.LED支架和金线四、业务员需要了解的一、LED基础参数介绍•光通量（Φ）•光强（Iv）•色坐标（XY）•波长（主波长λD、峰值波长λp、平均波长λ）•色温、相对色温（Tc）•显色指数（Ra）•光效一、LED基础参数介绍光通量（φ）•光源每秒种发出的可见光量之和•点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量,其中可产生视觉者（人能感觉出来的辐射通量）即称为光通量•单位：流明（lm）•光通量并不等同与光功率，这其中与光学窗口有关，也就是人眼睛对颜色的灵敏度。人的眼睛对555nm(绿光)灵敏度最强，所以同样条件下绿光相比蓝光而言具有更高的光通量。一、LED基础参数介绍光通量（φ）•测试方法：积分球法和变角光度计法。如图所示，现有的积分球法测LED光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另外一种是放在球壁。•积分球内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。光源在球壁上任意一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。由积分学原理可得，球面上任意一点的光照度为与光源光通量成正比，因此可利用已知光通量的标准灯与被测灯进行比较得到被测灯的光通量一、LED基础参数介绍光强（Iv）•描述了光源在某方向上的强度•定义为发射到单位立体角内的光通量值•光强空间分布曲线：表征光源在各个方向上的强度•单位：坎德拉（cd）•1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量一、LED基础参数介绍•图中x坐标是红原色的比例，y坐标是绿原色的比例，代表蓝原色的坐标z可由x＋y＋z＝1推出•弧线上的各点代表纯光谱色，此弧线称为光谱轨迹。从400纳米(紫)到700纳米(红)的直线是光谱上没有的紫-红颜色系列(非光谱色)。•中心点C代表白色，相当于中午太阳光的颜色，其色品坐标为x＝0.3101，y＝0.3162。•任何两种颜色混合时，混合色的颜色点一定在前两颜色点的连线上。•色域•自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内，轮廓包含所有的感知色调色坐标（x，y）一、LED基础参数介绍•色品图上任给一点S，连结CS，其延长线交光谱轨迹于O点，O点处的波长即颜色S的主波长，决定了颜色S的色调。•从C到S点和O点的距离之比CS／CO为该颜色的饱和度（纯度）。•从光谱轨迹上任一点通过C点引一直线到达对侧光谱轨迹上的另一点，则该直线两端的颜色互为补色。从代表非光谱色系列的直线上任一点P通过C点引一直线，交光谱轨迹于Q点，Q点的颜色是P点非光谱色的补色。非光谱色的表示方法是在它的补色波长后加一字母cCIE1931色度图(CIE1931ChromaticityDiagram）（CIE1931xyY）一、LED基础参数介绍波长•用于表征光的颜色•对于波长为585nm的光，当颜色变化大于1nm时，人眼就可以感觉到。而对于波长为650nm的红光，当颜色变化在3nm的时候，人眼才能察觉到。对于波长为465nm的蓝光和525nm的绿光，人眼的分辨率分别为～2nm和～3nm。一、LED基础参数介绍色温、相关色温（Tc）•将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。•相关色温：当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时，黑体对应的温度就称为该光源的相对色温。•单位：开尔文（K）•色温在3300K以下，光色偏红给以温暖的感觉；有稳重的气氛，温暖的感觉；•色温在3000--6000K为中间，人在此色调下无特别明显的视觉心理效果，有爽快的感觉；故称为“中性”色温。•色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，一、LED基础参数介绍显色指数（Ra）•把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性，为了对光源的显色性进行定量的评价，引入显色指数的概念。•以标准光源（太阳）为准，将其显色指数定位100，其余光源的显色指数越接近100，说明光源对物体颜色的还原性越好。•显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大•连续光谱、非连续光谱•提高色温的方法•YAG荧光粉、硅酸盐荧光粉的差异一、LED基础参数介绍麦克亚当宽容度椭圆•对人眼视觉来说，当一种颜色在CIE色度图上的坐标位置变化很小时，人眼仍认为它是原来的颜色，感觉不出它的变化。因此，每个颜色实际上是一个范围(即所谓的“颜色宽容量”)，在这个范围内变化时人跟视觉是感觉不到的。•为各种颜色的分光、分bin提供依据。•坐标上距离差与眼睛所感觉色差不相同，所以CIE1931色度图不是一个均匀色彩系统。一、LED基础参数介绍光效光源所发出的总光通量（流明、亮度）与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。发光效率值越高，表明照明器材将电能转化为光能的能力越强，即在提供同等亮度的情况下，该照明器材的节能性越强；在同等功率下，该照明器材的照明性越强，即亮度越大。单位：流明/瓦（lm/w二、LED白光实现方法；实现白光LED原理和方案：(1)、蓝色LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉有机结合组成白光LED。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。(2)、蓝光LED芯片和红、绿混合荧光粉有机结合组成白光LED；(3)、将红、绿、蓝三基色LED组成一个象素也可得到白光；(4)、像三基色节能灯那样，发紫外光LED芯片和可被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色荧光体有机结合组成白光LED。三、LED封装材料基础—荧光粉白光LED荧光粉介绍LED常用荧光粉按化学成份大体分以下几类：1.YAG铝酸盐荧光粉：优点：亮度高，发射峰宽，成本低，工艺成熟，应用广泛，黄粉效果较好；缺点：抗湿性较差，激发波段窄，光谱中缺乏红光成分，显色指数不高，Ra一般在70-75。2.硅酸盐荧光粉：优点：激发波段宽，绿粉和橙粉较好，化学稳定性和热稳定性良好。缺点：发射峰窄，对湿度较敏感，缺乏好的红粉，不太耐高温，不太适合做大功率LED产品，适合小功率LED。3.氮化物荧光粉：优点：激发波段宽，温度稳定性好，非常稳定。红粉、绿粉较好。缺点：制造成本较高，发射峰较窄。4.硫化物荧光粉：优点：激发波段宽，红粉、绿粉较好，缺点：对湿度敏感，制造过程中会产生污染，对人体有害，属于淘汰产品。三、LED封装材料基础—荧光粉在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的（YAG）黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。该技术被日本Nichia公司垄断，而且这种方案的一个原理性的缺点就是该荧光体中Ce3+离子的发射光谱不具连续光谱特性，显色性较差，难以满足低色温照明的要求，同时发光效率还不够高。在蓝色LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光，显色性较好。但是，这种方法所用荧光粉有效转换效率较低，尤其是红色荧光粉的效率需要较大幅度的提高。白光LED荧光粉介绍三、LED封装材料基础—荧光粉黄色荧光粉在白光LED的产生方式中，以“蓝光LED+黄色荧光粉”的技术最为常熟，这也是目前商品化白光LED产品的主要实现形式，其中所用的黄色荧光粉多为业界所熟悉的铝酸盐成份。红色荧光粉红色荧光粉除了与蓝光LED及绿色荧光粉配合产生白光，或者与绿、蓝色荧光粉及紫光LED配合外产生白光，还常用与补偿YAG:CE+蓝光LED中的红色缺乏，以提高显色指数或者降低色温。绿色荧光粉绿色荧光粉既是组成白光LED三基色的一个重要组份，同时也可以直接与LED封装制得绿光LED，目前制作高亮绿色LED的重要方式。三、LED封装材料基础—封装用胶水根据材料组分：环氧树脂有机硅胶一.环氧树脂1.环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，环氧树脂的分子结构是以分子链含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物。应用于LED环氧树脂必须具备有高透光率、高折射率、良好耐热性、抗湿性、绝缘性、高机械强度与化学稳定性等。三、LED封装材料基础—封装用胶水二、有机硅胶提高LED封装材料折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子损失，提高光量子效率，封装材料的折射率是一个重要指标，越高好。提高折射率可采用向封装材料中引入硫元素，引入形式多为硫醚键、硫脂键等，以环硫形式将硫元素引入聚合物单体，并以环硫基团为反应基团进行聚合则是一种较新的方法。三、LED封装材料基础—封装用胶水封装用胶水的应用一、固晶胶：用于固定芯片之作用，附有导热作用或导电作用1.1、固晶银胶（导电胶）：单电极芯片例如较多的红、橙、黄、黄绿色芯片采用银胶固晶，大部分大功率芯片（1W以上）采用银胶固晶。银胶的主要成分是银粉，采用环氧树脂或其它树脂类加以混合，起到固定作用，银胶吸光。银胶的保存一定要冷冻保存，使用时分布解冻，且不得多次循环解冻。银胶的使用时间要严格控制，沉淀和吸湿皆是制程重大隐患。固晶时使用的胶量对产品有很大影响，比如爬胶漏电、死灯，VF不良，LED光斑不均，胶量差异大引起吸光率不同导致亮度差异大。三、LED封装材料基础—封装用胶水1.2、固晶绝缘胶：环氧树脂型固晶胶：较多的双电极透明小功率芯片采用环氧树脂固晶，固定效果良好，导热性较差，但吸光率极低。环氧树脂的粘结性较强，有较多的LED胶材生产改性环氧树脂增加其导热能力，使得环氧型固晶胶仍可应用在小电流LED工艺上。硅树脂型固晶胶：硅树脂的导热系数优良，且吸光率非常低，故应用于0.5W以下的LED固晶中，是比较合适的选择。三、LED封装材料基础—封装用胶水二、封装胶：2.2、中小功率SMDLED封装胶：贴片型LED非白光较多使用环氧树脂（以胶饼型环氧树脂为主），而白光荧光粉胶一般采用硅树脂，部分硅树脂为多孔系产品易吸湿，部分硅树脂为少孔系产品，适合密封性高的产品，不过价格会略贵！三、LED封装材料基础—封装用胶水三、白光LED封装胶体的选择：一般来说，稍微有实力的企业都会首选高折射率的硅胶产品。硅橡胶和环氧树脂的对比：1.硅胶的折射率（1.53）普遍高于环氧树脂（1.41）2.硅胶的散热性能普遍优于环氧树脂3.硅胶的相对使用寿命（5万小时）一般高于环氧树脂（2万小时）4.硅胶的价格一般也高于环氧树脂三、LED封装材料基础—晶片LED芯片一般由以下部分构成：衬底、缓冲层、N层、P层、ITO、P极、N极、PN结、晶片的结构三、LED封装材料基础—晶片衬底材料衬底材料：也称为基片材料，外延层都是在衬底材料上生长获得的。一般有以下三种材料可做衬底：蓝宝石（Al2O3）、Si、SiC三、LED封装材料基础—晶片�蓝宝石（Al2O3）�一般GaN基和InGaN基材料的外延层主要生长在蓝宝石衬底上�蓝宝石衬底的优点：a蓝宝石衬底的生产技术成熟；b蓝宝石的化学稳定性好，能够运用在高温生长过程中；c蓝宝石机械强度高，易于处理和清洗。�缺点：a导热性能不佳，在100℃时约为25W/(m·K);b蓝宝石是绝缘体，需在芯片表面制作两个电极，减少了有效发光面积。三、LED封装材料基础—支架和金线lTOP支架1）、支架的作用：用来导电、支撑和导热。2）、支架的组成：由PPA+铜+银组成。主要工艺为红铜镀银，再由不同型号尺寸的模具射出PPA塑胶料成型。塑胶料经过高温后溶成液态根据设计的胶道流程到每个模穴中。射出成型后再经过切弯脚工序将支架PIN脚进行折弯。主要PPA塑胶料分为几种:PA9T(112)、114、117、118等。3）、支架的用料：支架的铜选取优质紫铜，具有良好的导热，导电，延伸性。色泽光亮，导电性能好，抗氧化强，焊接时附着能力强，防止虚焊。三、LED封装材料基础—支架和金线键合线作用：应用于微电子工业，作为