第七章-荧光粉、封装与散热

第七章荧光粉、封装与散热内容荧光粉种类及制备方法LED封装概述LED封装工艺LED散热设计荧光粉分类荧光粉是一种颗粒状发光材料，也称发光粉或荧光体。分类：按余辉时间：长余辉材料，短余辉材料按转换方式：上转换材料，下转换材料按激发方式：光致发光，电致发光，阴极射线发光我们关注光致发光的灯用荧光粉，短余辉，下转换目前荧光粉种类繁多，按基质材料包括铝酸盐系，磷酸盐系，硅酸盐系，钨酸盐系，钼酸盐系，硼酸盐系，钒酸盐系，ZnO,ZnS等II-VI族系，以及Y2O3，Gd2O3等稀土氧化物基质。绝大多数基质均要采用254nm或365nm深紫外线激发。常用的掺杂激活剂包括Ce,Eu,Tb等稀土元素及Mn,Ag等非稀土元素。Eu3+窄红光，Eu2+，Ce3+宽带发光，Tb3+绿光。稀土离子发光与在晶格中所处的对称环境密切相关。白光LED用荧光粉适用激发波长：蓝光或近紫外光。发光效率高：5微米以上至十几微米的球形颗粒，结晶良好，无杂相。稳定无毒生产成本低YAG（Y3Al5O12:Ce3+)，TAG（Tb3Al5O12:Ce3+)蓝光激发黄色荧光粉，可配合蓝光芯片产生白光。YAG:日亚专利，目前最主流的产品。TAG:欧士朗专利，不容易做亮。ZnS系,S易分解，恶臭且腐蚀支架，淘汰产品。N化物（CaSiAlON:Eu2+等)：稳定，激发光谱宽，是优质红粉，但贵，40RMB/g以上。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。固相反应法的特点合成温度高、反应时间长粉体团聚严重，球磨后质量又降低形貌不规则，粒径分布过大容易产生杂相成本低，便于大规模生产，主流制备方法。喷雾热解法喷雾热解法是将原材料溶于水或有机溶剂，然后通过喷雾装置将其雾化喷入反应容器内，在高温下使溶液迅速挥发，反应物发生热分解或其它化学反应，生成与初始反应物不同的纳米粒子。干燥所需时间短，可以获得组分均匀的颗粒。操作简单，可连续进行生产。容易产生有毒有害的腐蚀性气体容易造成设备的老化和破损。水热合成法水热合成法的原理是在密闭的容器中，在水热条件下原始混合物进行反应的一种合成方法。水热合成法在荧光粉的合成上有独到之处，制备出的产品发光均匀、颗粒度细小且分布均匀、不需研磨。对设备要求高，产量低。水热法制备的ZnO球形介观晶体内容荧光粉种类及制备方法LED封装概述LED封装工艺LED散热设计一、封装的必要性LED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看见，加入电流之后他才会发光。在制作工艺上，除了要对LED芯片的两个电极进行焊接，从而引出正极、负极之外，同时还需要对LED芯片和两个电极进行保护。二、封装的作用实现输入电信号、保护芯片正常工作、输出可见光的功能，其中既有电参数又有光参数的设计及技术要求。研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路.三、LED封装的方式的选择对LED封装，要根据LED芯片的大小、功率大小来选择合适的封装方式。常用的LED芯片封装方式包括：引脚式封装平面式封装表贴封装食人鱼封装功率型封装LED的封装方式1.引脚式封装（1）引脚式封装结构LED引脚式封装采用引线架作为各种封装外型的引脚，常见的是直径为5mm的圆柱型（简称Φ5mm）封装。1、引脚式封装（2）引脚式封装过程（Φ5mm引脚式封装）①将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上（一般称为支架）；②芯片的正极用金属丝键合连到另一引线架上；③负极用银浆粘结在支架反射杯内或用金丝和反射杯引脚相连；④然后顶部用环氧树脂包封，做成直径5mm的圆形外形反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，采用不同的形状和材料性质（掺或不掺散色剂）起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角。3PIN支架特点:可做两晶片LED.可共阴极或共阳极3PIN带杯支架3PIN侧光支架4PIN支架特点:可做三晶片LED.可共阴极或共阳极4PIN带杯支架4PIN侧光支架LED金线0.8MIL产品说明:金含量≥99．99％，微量添加元素总和0.01％LED封装树脂一般分A,B胶，按1:1混合，加热能加速其固化银胶与导热胶2、平面式封装（1）原理平面式封装LED器件是由多个LED芯片组合而成的结构型器件。通过LED的适当连接（包括串联和并联）和合适的光学结构，可构成发光显示器的发光段和发光点，然后由这些发光段和发光点组成各种发光显示器，如数码管、“米”字管、矩阵管等。2、平面式封装（2）结构3、表贴式封装表面贴片LED（SMD）是一种新型的表面贴装式半导体发光器件，具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点。其发光颜色可以是白光在内的各种颜色，可以满足表面贴装结构的各种电子产品的需要，特别是手机、笔记本电脑。应用最为广泛3、表贴式封装§6.2LED的封装方式4、食人鱼式封装（1）结构4、食人鱼式封装（2）优点为什么把着这种LED称为食人鱼，因为它的形状很像亚马孙河中的食人鱼Piranha。食人鱼LED产品有很多优点，由于食人鱼LED所用的支架是铜制的，面积较大，因此传热和散热快。LED点亮后，pn结产生的热量很快就可以由支架的四个支脚导出到PCB的铜带上。4、食人鱼式封装（2）优点食人鱼LED比φ3mm、φ5mm引脚式的管子传热快，从而可以延长器件的使用寿命。一般情况下，食人鱼LED的热阻会比φ3mm、φ5mm管子的热阻小一半，所以很受用户的欢迎。功率型封装功率型LED是未来半导体照明的核心，大功率LED有大的耗散功率，大的发热量，以及较高的出光效率，长寿命。三、功率型封装目前功率型LED主要有：1.沿袭引脚式LED封装思路的大尺寸环氧树脂封装三、功率型封装2.仿食人鱼式环氧树脂封装三、功率型封装3.铝基板（MCPCB）式封装三、功率型封装4.借鉴大功率三极管思路的TO封装三、功率型封装5.功率型SMD封装内容荧光粉种类及制备方法LED封装概述LED封装工艺LED散热设计一、引脚式封装工艺五大物料五大制程晶片支架固晶银胶金线焊线环氧树脂封胶切脚測試一、引脚式封装工艺1.主要工艺一、引脚式封装工艺1.主要工艺一、引脚式封装工艺2.主要工艺说明（1）芯片检验用显微镜检查材料表面是否有机械损伤及麻点；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。采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，使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。§6.3LED封装工艺3.封装设备（1）金相显微镜§6.3LED封装工艺3.封装设备（2）晶片扩张机§6.3LED封装工艺3.封装设备（3）点胶机§6.3LED封装工艺（3）点胶机点胶机和固晶机一样，精度要求高，这样才能有效的控制胶量。胶量如果太多，芯片贴上去后就容易让多余的胶挤压出，阻挡和吸收的芯片周围的发光，而且对反射杯壁发射出的光吸收，影响了光亮度；如果胶量太少，特别是进入焊线的工序时，使得芯片从杯底脱落，就会引起死灯、漏电等等而造成次品。§6.3LED封装工艺3.封装设备（4）背胶机§6.3LED封装工艺3.封装设备（5）固晶机§6.3LED封装工艺3.封装设备（5）固晶机LED的晶粒放入封装位置的精确与否影响整件封装器件的发光效能，若晶粒在反射杯内的位置有所偏差，光线未能完全发射出来，影响成品的光亮度。因此，固晶机必须选择高精度的固晶机，最好是拥有先进的预先图象识别系统。§6.3LED封装工艺3.封装设备（6）焊线机§6.3LED封装工艺（6）焊线机焊线机在用之前，要调好1焊和2焊的功率，温度，压力；以及超声波的温度，功率。让这些参数能够让金线承受5g的拉力。这样才不会让以后的烘烤工序因为物质的膨胀系数不同而导致金线断裂或者脱焊。§6.3LED封装工艺3.封装设备（7）灌胶机§6.3LED封装工艺（7）灌胶机灌胶机的针头必须都是保持在同一水平的位置，而且漏胶的通道不能有渣滓，而且密封的很好，针头也必须隔段时间进行清理。由于封装后所形成的是由环氧树脂形成的一层光学“透镜”，倘若这层透镜中混有杂质就会使得出光效率不好，而且光斑中也会有黑点。§6.3LED封装工艺3.封装设备（8）烤箱§6.3LED封装工艺（8）烤箱烤箱必须是循环风，而且烤箱的隔层的托盘必须是保持水平的。在做白光LED的时候，点好的荧光粉必须要在烤箱内烤干，但是如果不是循环风和隔层的托盘，烤出的荧光粉分布不均匀，造成光斑的不均匀，还有可能造成荧光粉的溢出。§6.3LED封装工艺3.封装设备（9）液压机§6.3LED封装工艺3.封装设备（10）切脚机§6.3LED封装工艺3.封装设备（11）测试机§6.3LED封装工艺3.封装设备（12）分光分色机二、SMDLED封装工艺银胶流程概念-点银胶点胶头流程概念-固晶顶针晶片吸嘴固晶点银胶固晶放PCBPCB于轨道内进行点银胶、固晶种球流程概念-焊线結金球线夾瓷嘴结金球焊线放材料于载具，进行打线流程概念-Molding模座压出成型Step1：放材料于模穴上Step2：合模并放入胶饼，转进挤入胶使胶注入胶道成型Step3：于烤箱长烤长烤流程概念-切割切割刀片PCB支架的切割需要经过高速的全自动水切割机来实现，15000转/秒的速度。而TOP支架的则不用经过这道工序。切割PCB放置材料于工作台，对切割线开始切割主要是检查封胶后的TOP支架灯和经过切割后的PCB板支架的灯的外观是否有异物，气泡，碎晶等，Step1：将材料放于震动盘分光Step2：材料进入测试区进行测试Step3：测试后材料进入分BIN盒SMD贴片LED这边的分光和包装的设备非常讲究一一对应，一个全自动机台只对应一个型号的产品帶裝Step1：将分BIN盒材料，倒入震动盘Step2：材料入料帶后，用烫头使胶帶和料帶结合Step3：帶裝好材料帶裝成卷轴包裝根据不同的型号，每个包装的数量会有不同，一般1608的每个胶轮的包装包满有4K，3508的约有2K，5060的只有1K。§6.3LED封装工艺三、DisplayLED封装工艺§6.3LED封装工艺三、DisplayLED封装工艺§6.3LED封装工艺四、食人鱼LED封装工艺1.选定食人鱼LED的支架根据每一个食人鱼管子要放几个LED芯片，需要确定食人鱼支架中冲凹下去的碗的形状大小及深浅。§6.3LED封装工艺四、食人鱼LED封装工艺2.清洗支架3.将LED芯片固定在支架碗中4.经烘干后把LED芯片两极焊好5.根据芯片的多少和出光角度的大小，选用相应的模粒。食人鱼LED封装模粒的形状是多种多样的，有Φ3mm圆头和Φ5mm圆头，也有凹型形状和平头形状，根据出光角度的要求可选择相应的封装模粒。§6.3LED封装工艺四、食人鱼LED封装工艺6.在模粒中灌满胶，把焊好LED芯片的食人鱼支架对准模粒倒插在模粒中。7.待胶干后（用烘箱烘干），脱模即可8.然后放到切筋模上把它切下来9.接着进行测试和分选。§6.3LED封装工艺五、功率型封装1、L型电极的大功率LED芯片的封装美国GREE公司的1W大功率芯片（L型电极）封装结构中上下各有一个电极。§6.3LED封装工艺五、功率型封装1、L型电极的大功率LED芯片封装①首先在SiC衬底镀一层金锡合金（一般做芯片的厂家已镀好），②然后在热沉上同样也镀一层金锡合金，③将LED芯片底座上的金属和热沉上的金属熔合在一起，称为共晶焊接。§6.3LED封装工艺五、功率型封装1、L型电极的大功率LED芯片的封装这种封装方式，一定要注意当LED芯片与热沉在一起加热时，二者要接触好，最好二者之间加有一定压力，而且二者接触面受力均匀