led封装技术证书

２００８年１０月　第４期　焦作大学学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＪＩＡ０ＺＵＯ　ＵＮＩＶＥＲＳｒＩ　Ｙ　Ｎｏ．４　０ｃｔ．２Ｏ０８　

ＬＥＤ结构及其封装技术　

刘云朋靳孝峰　（焦作大学，河南焦作４５４００３）　

摘要：文章探讨了ＬＥＤ的特殊光电热特性，介绍了多种封装技术，并指出了应用前景。　关键词：发光管；封装；高亮度；散热，光衰　中图分类号：ＴＮ３８３　．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—７２５７（２００８）０４—００７１—０３　

１．引言　

ＬＥＤ是一种半导体固体发光器件，它利用固体半导　体芯片作为发光材料，直接将电能转化为可见光和辐射　能。ＬＥＤ具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、发光　响应时间极短、光色纯、光效高、聚光好、结构牢固、抗　冲击、耐振动、性能稳定可靠、重量轻、体积小、成本低、　寿命长等一系列特性，是一种环保、节能、高效的新型　发光材料。　ＬＥＤ衬底晶片及衬底生产是ＬＥＤ产业链中的上游　产业，ＬＥＤ芯片设计及制造生产是ＬＥＤ产业链中的中　游产业，ＬＥＤ封装与测试是ＬＥＤ产业链中的下游产业。　研发低热阻、优异光学特性、高可靠性的封装技术是新　型ＬＥＤ走向实用、走向市场的产业化必由之路。ＬＥＤ　技术发展突飞猛进，现已能批量生产整个可见光谱段各　种颜色的高亮度、高性能产品，ＬＥＤ光源的使用越来越　普遍。　２．ＬＥＤ封装的特殊性　

ＬＥＤ既有电参数又有光参数的设计及技术要求，决　定了ＬＥＤ封装技术的特殊性。ＬＥＤ的封装必须具有完　成电气互连、保护管芯正常工作及输出可见光的双重功　能。　２．１　ＬＥＤ的光电特性及封装要求　ＬＥＤ的核心发光部分是Ｐ型和Ｎ型半导体构成的　ＰＮ结管芯，当注入ＰＮ结的少数载流子与多数载流子复　合时，就会发出可见光。但ＰＮ结区发出的光子是非定　向的，即向各个方向发射具有相同的几率，因此，并不　是管芯产生的所有光都可以释放出来。光释放主要取　决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部　结构与包封材料等几个方面，应用中要求提高ＬＥＤ的　内、外部量子效率，提高光输出量，封装技术是不可或　缺的环节，封装内部结构与包封材料必须做到尽可能多　的光输出。　ＬＥＤ常采用环氧树脂和软性硅胶封装，小功率ＬＥＤ　多采用环氧树脂封装，大功率ＬＥＤ多采用软性硅胶封　装。常规中５　ｒａｍ型ＬＥＤ封装是将边长０．２５ｍｍ的正方　形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接　触点与金丝键合为内引线，与一条管脚相连，负极通过　反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树　脂包封。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，有这样几种作用：（１）保护管芯等不受外界　侵蚀；（２）采用不同的形状和材料（掺或不掺散色剂），　起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；（３）管芯折　射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临　界角很小，其由源层产生的光只有小部分被取出，大部　分易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导　致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提　高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具　有耐湿性、绝缘性、足够的机械强度、对管芯发出光的　折射率和透射率高等性能。选择不同折射率的封装材　料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发　光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜　所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集　中到ＬＥＤ的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树　脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。　２．２　ＬＥＤ的热电特性及封装要求　ＬＥＤ的工作电压较低，一般为１．５Ｖ一４Ｖ，白光ＬＥＤ　的工作电压一般为３Ｖ～４Ｖ，工作电流一般为ｍＡ级，直　流供电，控制方便，光效高，常被称为冷光源。但ＬＥＤ　在工作时，其ＰＮ结仍产生一定的热量，使得ＰＮ结的工　收稿日期：２００７—０５—１２　作者简介：刘云朋（１９８３一），男，河南上蔡人，焦作大学信息工程学院教师。

LED的封装步骤及技术要领

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。按封装形式分类有Lamp-LED、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：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

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

Led封装技术

LED封装是将外引线连接到LED芯片的电极上，以便于与其他器件连接。它不仅将用导线将芯片上的电极连接到封装外壳上实现芯片与外部电路的连接，而且将芯片固定和密封起来，以保护芯片电路不受水、空气等物质的侵蚀而造成电气性能降低。

封装还可以提高LED芯片的出光效率，并为下游产业的应用安装和运输提供方便。因此，封装技术对LED的性能和可靠性发挥着重要的作用。下面对LED封装技术、荧光粉及其在LED封装中的应用进行介绍。

LED封装技术

根据不同的应用需要，LED的芯片可通过多种封装方式做成不同结构和外观的器件，生产出各种色温、显色指数、品种和规格的LED产品。按封装是否带有引 脚，LED可分为引脚式封装和表面贴装封装两种类型。常规小功率LED的封装形式主要有：直插式DIP LED、表面贴装式SMD LED、食人鱼Piranha LED和PCB集成化封装。功率型LED是未来半导体照明的核心，其封装是人们目前研究的热点。下面就几种主要的封装形式进行说明：

(1)引脚式封装 采用引线架作为各种封装外型的引脚。圆头插脚式LED是常用的封装形式。这种封装常用环氧树脂或硅树脂作为包封材料，芯片约90%的热量由引线架传递到印 刷电路板(PCB)上，再散发到周围空气中。环氧树脂的直径有7mm、5mm、4mm、3mm和2mm等规格。发光角(2θ1/2)的范围可达 18~120°。

(2)表面贴装封装 它是继引脚式封装之后出现的一种重要封装形式。它通常采用塑料带引线片式载体(Plastic Leaded Chip Carrier，PLCC)，将LED芯片放在顶部凹槽处，底部封以金属片状引脚。LED采用表面贴装封装，较好地解决了亮度，视角，平整度，一致性和可 靠性等问题，sosoledcom是目前LED封装技术的一个重要发展方向。

(3)功率型LED封装 功率型LED分普通功率LED(小于1W)和瓦级功率LED(1W及以上)两种。其中，瓦级功率LED是未来照明的核心。单芯片瓦级功率LED最早是由 Lumileds公司在1998年推出的LUXEON LED，该封装结构的特点是采用热电分离的形式，将倒装芯片(Flip Chip)用硅载体直接焊在热沉上，并采用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新材料。

micro-led封装工艺技术

随着LED技术的不断发展，LED的应用领域也在不断扩大。作为LED技术的一种新型封装方式，micro-led技术已经引起了人们的广泛关注。micro-led，指的是以微米级的某些颜色的LED芯片为基础单元，采用特殊的封装方式组合成一个LED元件。这种新型封装技术，能够在保证高亮度和高分辨率的前提下，实现更小尺寸的LED显示产品。

1、LED芯片的制备技术

在micro-led的制造中，芯片制备技术起着关键作用。由于micro-led所采用的LED芯片尺寸非常小，在制造过程中需要精确控制各种参数，如晶粒大小、晶格常数等，这些参数的偏差会导致芯片性能不稳定。因此，要实现高品质的micro-led产品，需要追求高度精细化的芯片制备技术。

2、化合物半导体材料的制备技术

对于micro-led产品，选择合适的化合物半导体材料是至关重要的。微米级别的LED芯片所使用的材料通常是4N或以上的高纯度半导体材料。目前，化合物半导体材料的制备技术已经相当成熟，采用MOCVD生长技术能够在高真空条件下，以分子束外延（MBE）的方式获得高质量的半导体材料。

3、微米级别的硅基底制备技术

在micro-led的生产中，硅基底是常用的芯片载体。不同于常规LED芯片，micro-led所需要的硅基底尺寸小，要求平坦度高、表面质量好，能够承受高温高压的生长条件。为此，需要采用特殊的硅基底制备技术，如键合技术、脱层技术等。

4、微米级别的封装工艺技术

在micro-led的生产中，LED芯片的封装是制作micro-led显示器的核心环节。因为micro-led的芯片尺寸比较小，对于封装工艺来说，具有较高的技术难度。当前，流行的micro-led封装技术主要包括：倒装封装（Flip-Chip）、贴合封装、3D打印法等。

1、极高的亮度和分辨率