LED封装介绍

LED封装介绍2020年4月28日孙天鹏常见LED分类常见的分类SMD-CHIPSMD-TOP食人鱼大功率DisplaylampCOB集成组件LED基本结构LED芯片种类GaAs/GaAsAlGaAs/GaAsAlGaAs/AlGaAs850nm~940nm红外线不可见光GaInN/Sapphire455nm~485nm高亮度蓝GaInN/Sapphire490nm~540nm高亮度蓝绿/绿AlGaInP/GaAs高亮度绿GaP/GaP555nm~560nm绿AlGaInP/GaAs高亮度黄绿GaP/GaP569nm~575nm黄绿AlGaInP/GaAs高亮度黄GaAsP/GaP585nm~600nm黄AlGaInP/GaAs高亮度橙GaAsP/GaP605nm~622nm橙AlGaInP/GaAs630nm~645nm高亮度红AlGaAs/GaAs645nm~655nm红可见光结构波长颜色类别晶片材料二元晶片GaAs、GaP、GaN三元晶片GaAsP、GaAlAs四元晶片AlGalnP、GaAsP/GaP、AlGalnNLED芯片制程完整的LED芯片制造工艺注：通过薄膜技术直接制备LED外延发光层，LED正装芯片与倒装芯片区别只在于外延后期的电极制备。外延片制作pn结决定发光波段电极制作实现外延片电气连接外延片分割分割含电极的外延片，获得LED芯片pn电极外延发光层外延制作电子阻挡层GaN缓冲层n型GaNInGaN/GaN多层量子井p型GaN芯片制作外延片ITO导电膜制作pn电极制作LED芯片参数芯片（单片）主要性能参数最大正向直流电流（IFm）最大反向电压（VRm）正向工作电流If工作环境（topm）正向工作电压VF允许功耗（Pm）发光强度IVV-I特性光谱半宽度Δλ发光平面角及视角全彩屏芯片构成全彩色(fullcolor)芯片组成：红色、黄绿色(波长570nm)、蓝色。真彩色(naturecolor)芯片构成：红色、纯绿色（波长525nm）、蓝色。目前显示屏用LED最好的颜色搭配红色620-630nm、绿色520-530nm、蓝色465-475nm。注：波段波动范围可根据实际需要缩小，比如红色以3nm为一档、蓝绿以2.5nm为一档。LED芯片厂商地区厂家/品牌大陆三安光电、华灿光电、世纪晶源、清芯光电、上海蓝光、晶能光电、晶科电子、晶达光电、深圳方大等。台湾晶元光电、亿光、广稼光电、华上、光磊、鼎元、光鼎、光宝、晶发、奇力、钜新等。国外科锐（CREE）、日亚化学（Nichia）、欧司朗（Osram）、丰田合成、惠普（HP），大洋日酸、东芝、昭和电工（SDK）、Lumileds、旭明（Smileds）、首尔半导体等。芯片颜色厂家/品牌红Lumileds、三安、华灿、亿光、晶元、日亚、科锐等。绿科锐、日亚、三安、华灿、晶元等。蓝科锐、日亚、三安、华灿、晶元等。TOP-SMD支架PLCC支架的基本结构支架选址主要有以下几个方面：1：塑料（PPA）部分的吸潮性，塑料的耐热性，塑料与环氧树脂胶水的结合性能。2：金属基板部分，主要关注基板材质，基板灯杯底部表面，支架外部引脚部分的镀层厚度，镀层表面处理，耐热性能。3支架整体结构的稳定性，支架塑料与金属引脚的结合性能，灯杯整体与环氧树脂的结合性能，回流焊后整体的稳定性能。TOP-SMD支架特性PPA的性能PPA：改性聚对苯二酰对苯二胺（PPA）塑料的热变形温度高达300℃以上，连续使用温度可达170℃，能满所需的短期和长期的热性能。它可在宽广的温度范围内和高湿度环境中保持其优越的机械性特性—强度、硬度。具有很好的反光性，以及耐化学腐蚀等特性。PPA具有很强的吸潮特性（0.1%），为改善支架吸潮特性，目前很多户外用LED支架采用PCT、HT3等材料替代PPA材料金属引脚性能基板材料为铜合金，目前常规产品厚度为0.15mm，最早的是用铜材，现在为节约成本低端用铁材料镀层，支架基板表面采用镀银处理，支架灯杯底部镀层厚度为100-120µ’’，管脚镀层厚度一般为60µ’’。底部镀层作用为增强散热及芯片金线的可焊性，管脚银层作用是保证可焊性1µm=39.47µ’’CHIP-基板基板成分玻璃化温度/℃膨胀系数(ppm/℃)热导率（W/mK）耐热性/℃应用范围FR-4PCB环氧树脂/玻璃纤维覆铜130~15013~170.3~0.4130低功率0.5WBT基板BT树脂覆铜255~330℃~141.0160~230中功率1.0W常用于SMDLED及灯珠封装MCPCB（金属芯印刷电路板）金属材料（铜铝）+树脂140~16017~231.0~5.0140LTCC（低温共烧陶瓷）Al2O3—~7.220~23高(300)高功率1~3W常用于LED集成封装（COB）AlN—3.5~620~170DPC（直接镀铜基板）铜+陶瓷（LTCC）—5~720~190DBC（直接键合铜基板）铜+陶瓷（LTCC）—4.9~7.520~170高功率1~10W（COB）铝基板合金铝—23~25150~230固晶胶水材料主要成分应用范围粘结原理固晶绝缘胶绝缘高分子（环氧树脂）蓝白光、绿光芯片及要求电绝缘的封装环氧系列高分子材料的环氧基团对金属类、陶瓷类及树脂类材料具有很高的吸附能力，固晶绝缘胶与导电银胶均是通过环氧类材料在高温聚合反应时在材料界面处形成强有力的吸附力，在适当的压力下完成部件/器件的粘结/连接。这个过程芯片、银胶和支架底座之间没有发生变化，属于物理连接；固晶导电胶导电银胶环氧树脂+银粉单电极芯片，如GaAs、SiC导电衬底的红光、黄光及黄绿LED芯片封装。固晶锡膏AuSnCu/Ag合金与导电银胶应用类似，目前在贴装领域应用较为广泛，该材料对回流温度较高，且对芯片及基板焊接点材料有要求。固晶锡膏是通过升温熔化后将晶片与热沉融合一体，芯片的背金层和支架的镀层金属在锡膏熔融过程与锡膏金属发生反应，生产新的金属间化合物，三者连成一体，属于化学连接。固晶锡膏的熔点为217℃，采用链式回流焊机回流固化。固晶胶水材料材料关键性能固晶导电胶导电银胶导电系数、导热系数、热膨胀系数、体电阻率、粘结强度、粘度、固化时间、固化温度、固化方式、硬度、热阻、导电颗粒粒径等。固晶锡膏固晶绝缘胶（透明）固化时间、固化温度、热膨胀系数、硬度、击穿电压、电阻率、导热系数、粘结强度、粘度等。封装胶水材料成分性能参数应用范围成本有机硅系列硅胶（橡胶）易成型、高折射率及透光度、抗紫外线强、热稳定性好、力学性能优异（固化前后）、玻璃化温度分布广（弹性可塑性好）、易脱泡、低膨胀系数更适用于高端封装、自动点胶封装价格普遍较贵（多为国外品牌，典型代表：信越与道康宁）硅树脂环氧系列环氧树脂、胶饼（molding胶）粘度高（较难脱泡）、抗紫外线较差（易发黄）、脆性大、热膨胀系数较高、热稳定性较差低端、低热量封装，是常用的molding胶相对有机硅系列成本要低很多材料关键性能参数有机硅系列组分数（一般为AB双组份）、组分粘度、混合比例（固化）、混合粘度、可操作时间（25℃）、硬度、折射率、透光率（透明度）、热膨胀系数、抗紫外线能力、拉伸强度、抗弯强度、固化后收缩率、长期使用温度、针入度（密封性）等。环氧系列金线金线材质：LED用金线的材质一般含金量为99.99％金线用途：利用其含金量高材质较软、易变形且导电性好、散热性好的特性，让晶片与支架间形成一闭合电路。金线根据型号不同，具有不同的机械性能，一般在小功率焊接时采用低线弧金线进行焊接，如：HD5.KG3，目前小功率一般采用0.8mil直径金线.金线价格计算：上海黄金交易所黄金报价*百米系数+百米加工价格例如：一百米0.8mil价格=296*0.801+10=247.096LED封装流程支架点固晶胶固晶焊线点胶LED封装流程TOP-封装流程进料检验固晶焊线剥料点胶分光包装扩晶固晶烘烤配胶点胶烘烤支架预热电浆清洗焊线选择模具剥料校正机台分光载带编带除湿真空包装外观固晶固晶支架除湿固晶装支架QC扩晶烘烤NGOK固晶胶解冻烘烤固晶胶解冻固晶*控制参数：固晶胶解冻(室温密封瓶装1小时，针筒装0.5小时)胶量(银胶1/2-1/3芯片高度，绝缘胶1/3-1/4芯片高度，四面包胶)固晶位置（固晶中心区）其他外观(表面侧面粘胶等)烘烤温度时间(依固晶胶规格，一般150-170℃/1-2H)固晶推力（银胶≥100g，绝缘胶≥250g）*设备调整参数：主要参数调整范围影响顶针上升高度/延时约1个蓝光芯片高度/10-50ms1.能否成功吸取芯片2.固晶位置及平整3.芯片破损取胶高度/延时自动测试弱减/0-50ms1.胶量2.拉丝点胶高度/延时自动测试弱加/0-50ms取晶高度/延时自动测试/0-30ms1.能否成功吸取芯片2.固晶位置及平整固晶高度/延时自动测试/0-30ms固晶位置及平整焊线调机QC焊线NGOK支架电浆清洗焊线线弧模式参数*主要控制参数：金线拉力1.0mil线径要求≥8g，推金球后残金量≥50%线弧外形弧高h=150-250um；直线段＞60um金球外形大小80-110%焊盘面积；厚度12-22um金线颈部不能损伤焊接要求*主要控制参数：金线拉力1.0mil线径要求≥8g，推金球后残金量≥50%线弧外形弧高h=150-250um；直线段＞60um金球外形大小80-110%焊盘面积；厚度12-22um金线颈部不能损伤点胶武藏桌面式点胶机道康宁硅胶宏大荧光粉点胶支架预热点胶装支架配胶搅拌抽真空烘烤配胶(粉)点胶(粉)真空搅拌脱泡烘烤点胶*主要控制参数：点胶位置(靠近支架一角)选用高精度点胶头胶量(85-95%碗杯高度)胶水固化(依胶水规格,如SCR-1016100℃/1h+150℃/5h)支架除湿温度时间（150℃/1h）*设备调整参数：点胶位置，点胶量，点胶速度，气压*主要控制参数：各类外观不良外观剥离调机QC剥料NGOK更换模具试剥*作业注意事项：1.剥料前注意感应器是否良好2.机台一人操作不能两人同时操作3.剥料前注意模具刀口是否有损伤4.注意模具清洁，作业过程中手不能伸入感应区主要控制参数：支架损伤，毛边分光调机QC分光NGOK标准件校正机台设BIN*主要控制参数：光电参数是否符合规格颜色、亮度一致性电压：红黄光0.1V/档；蓝绿白光0.2V/档波长：红光3nm/档；蓝绿光2.5nm/档；黄光2nm/档亮度：1.2倍率/档或1.1倍率/档编带*主要控制参数：包装的整齐性，准确性调机QC编带NGOK更换载带编带孔带余隙控制在0.15mm～0.3mm注意孔带变形/脚断/卡料/横料/侧料/背朝天等不良包装*外观主要控制参数：1.材料的各类外观不良2.载带包装的整齐性，准确性真空包装机*包装主要控制参数：1.包装前低温除湿65℃±3℃/12H2.包装封口要平整，不能内含空气除湿OQCOK外观检验真空包装OK入库NGTOP工艺流程图SMD封装流程TopSMD封装流程固晶焊线点胶外观剥料分光编带包装ChipSMD封装流程固晶焊线封胶切割外观分光编带包装CHIP-LED封装流程PCB点固晶胶固晶焊线封胶切割CHIP-LED封装流程进料检验固晶焊线切割封胶分光包装扩晶固晶烘烤胶饼预热封胶烘烤支架预热电浆清洗焊线切割烘烤除湿校正机台分光载带编带除湿真空包装外观模压*封胶主要控制参数:1.外观不良（胶道偏移,多少胶,气泡,杂物等）2.胶体与基板粘结性支架预热封胶装支架胶饼解冻胶饼预热烘烤离摸QCOKNG模压BT板胶饼模压材料剪开材料置于模仁胶饼预热64-75℃/8-15S合摸封胶取出材料全面检查清模作业均匀摊开长烤残胶收集*机台主要控制参数：预热温度/时间，注胶压力/速度/时间成型温度/时间*支架预热:100℃/1H*胶饼解冻:室温密封15H*胶饼使用时间:室温33H*胶饼预热：64-75℃/8-15s*封胶后材料烘烤:150℃/3H切割*切割主要控制参数：外观不良（切偏,毛边等）试切调整机台支架修剪贴UV膜曝光QCOKNG*切割后烘烤:110℃/1H*UV曝光时间8-15s挑拣赶PC