大功率LED封装工艺分析！-----深圳封装厂
大功率LED光源光有好芯片还不够，还有合理的封装。要有高的取光效率的封装结构，而热阻尽可能低，从而光电的性能及可靠性。
一、LED光源封装工艺
由于LED的结构形式不同，封装工艺上也有一些差别，但关键工序相同，LED封装主要工艺有：固晶→焊线→封胶→切脚→分级→包装。
二、大功率LED封装关键技术
1、封装技术的要求
大功率LED封装涉及到光、电、热、结构和工艺等方面，这些因素既立又影响。光是封装的目的，电、结构与工艺是手段，热是关键，性能是封装水平的具体体现。考虑到工艺兼容性及降低生产成本，应同时进行LED封装设计与芯片设计，否则，芯片制造完成后，可能因封装的需要对芯片结构进行调整，将可能延长产品研发的周期和成本，甚至会不能实现量产。
2、封装结构设计和散热技术
LED的光电转换效率仅为20%～30%，输入电能的70%～80%转变成了热量，芯片的散热是关键。小功率LED封装一般采用银胶或绝缘胶将芯片黏接在反射杯里，通过焊接金丝(或铝丝)完成内外连接，后用环氧树脂封装。封装热阻高达150～250℃/W，一般采用20mA左右的驱动电流。大功率LED的驱动电流达到350mA、700mA甚至1A，采用传统直插式LED封装工艺，会因散热不良导致芯片结温上升，再加上强烈的蓝光照射，环氧树脂很容易产生黄化现象，加速器件老化，甚至失效，迅速热膨胀产生的内应力造成开路而死灯。大功率LED封装结构设计的是改善散热性能，主要包括芯片结构形式、封装材料(基板材料、热界面材料)的选择与工艺、将导电与导热路线分开的结构设计等，比如：采用倒装芯片结构、减薄衬底或垂直芯片结构的芯片，选用共晶焊接或高导热性能的银胶、采用COB技术将芯片直接封装在金属铝基板上、增大金属支架的表面积等方法。
3、光学设计技术
不同用途的产品对LED的色坐标、色温、显色性、光强和光的空间分布等要求不同。为提高器件的取光效率，并实现更优的出光角度和配光曲线，需要对芯片反光杯与透镜进行光学设计。大功率LED通常是将LED芯片安装在反射杯的热沉、支架或基板上，反射杯一般采用镀高反射层(镀Ag或Al)的方式提高反射效果，大功率LED出光效率还受模具精度及工艺影响很大，如果处理不好，容易导致很多光线被吸收，无法按预期目标发射出来，导致封装后的大功率LED发光效率偏低。
4、灌封胶的选择
灌封胶的作用有两点：(1)对芯片、金线进行机械保护;(2)作为一种光导材料，将更多的光导出。封装时，LED芯片产生的光向外发射产生的损失主要有：(1)光子在LED芯片出射界面由于折射率差引起的反射损失(即菲涅尔损失);(2)光学吸收;(3)全内反射损失。因此，在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明光学材料，可以减少光子在界面的损失，提高出光效率。常用的灌封胶有环氧树脂和硅胶。环氧树脂黏度低、流动性好、固化速度适中，固化后无气泡、表面平整、有很好的光泽、硬度高，防潮防水防尘性能佳，耐湿热和大气老化，成本较低，是LED封装。硅胶具有透光率高、热稳定性好、折射率大、吸湿性低、应力小等特点，优于环氧树脂，但成本较高。小功率LED一般选用环氧树脂封装，大功率LED内部通常填充透明度高的柔性硅胶，胶体不会因照射高温或紫外线出现老化变黄，也不会因温度骤变而导致器件开路的现象，通过提高硅胶折射率，可减少菲涅尔损失，提高出光效率。
5、荧光粉涂敷量和均匀性控制技术
大功率白光LED的发光效率和光的质量与荧光粉的选择和工艺过程有关。荧光粉的选择包括激发波长与芯片波长的匹配、颗粒大小与均匀度、激发效率等。荧光粉涂覆根据蓝光芯片的发光分布进行调整，使混出的白光均匀，否则会出现蓝黄圈现象，严重的会影响光源质量，激发效率也会大幅下降。荧光粉与胶体的混合配方及涂胶工艺是LED光色在空间分布均匀和一致性的关键。将荧光粉与胶按一定配比混合后涂到芯片上，在LED芯片上方形成半球状。这种分布会使光色的空间分布不均匀，有黄圈或蓝圈。另外，在荧光粉涂敷过程中，由于胶的黏度是动态参数、荧光粉比重大于胶产生沉淀，使荧光粉的涂敷量控制增加了更多变数，容易导致白光的光色空间分布不均匀。
三、大功率LED封装的可靠性分析
1、静电对LED芯片造成的损伤
瞬间的电场或电流产生的热使LED局部受损伤，表现为漏电流迅速增加，有时虽能工作，但亮度降低或白光变色，寿命受损。当电场或电流击穿LED的PN结时，LED内部完全破坏造成死灯。在LED封装生产线，所有设备都要求接地，一般接地电阻为4Ω，要求高的场所接地电阻为≤2Ω。LED应用流水线设备和人员接地不良也会造成LED损坏。按照LED使用手册标准规定，LED引线距胶体应不少于3～5mm进行弯脚或焊接，但大多数应用企业做不到，仅相隔一块PCB板的厚度(≤2mm)进行焊接，也会对LED造成损害。过高的焊接温度使芯片特性变坏，降低发光效率，甚至死灯。尤其是一些小企业采用40W普通烙铁手工焊接，无法控制焊接温度，烙铁温度一般在300℃～400℃，LED引线高温膨胀系数比150℃左右的膨胀系数高几倍，内部的金丝焊点会因热胀冷缩将焊接点拉开，造成死灯。
2、LED器件内部连接线开路
支架排的优劣是影响LED性能的关键。支架排采用铜或铁经精密模具冲压而成，由于铜材较贵，大多采用冷轧低碳钢冲压LED支架排，铁支架排镀银。镀银的作用有两点：(1)防止氧化生锈;(2)方便焊接。因为每年都有一段时间空气湿度大，容易造成电镀差的金属件生锈，使LED元件失效。封装好的LED会因镀银层太薄而附着力不大，焊点脱离支架造成死灯。另外，封装的每道工序严格操作，任何环节的疏忽都会造成死灯。
固晶工序，胶量恰到好处，固晶胶点不能过多或过少，多点了胶会返到芯片金垫上造成短路，而少点了胶芯片黏不牢，散热性能变差。
焊接工序，要适当配合金丝球焊机的压力、温度、时间、功率参数，一般固定时间，而调节其他三个参数。应适中调节压力，过大易压碎芯片，太小又易虚焊。焊接温度一般在280℃。功率调节是指超声波功率调节，过大过小都不好，以适中为度。金丝球焊机参数的调节，以焊接好的材料用推拉力机检测不小于10g为合格。
3、大功率LED可靠性测试与评估
大功率LED器件与封装结构和工艺相关的失效模式有光失效(如灌封胶黄化、光学性能劣化等)、电失效(如短路断路)和机械失效(如引线断裂、脱焊等)。以平均失效时间定义LED的使用寿命，一般指LED的输出光通量衰减为初始值的70%的使用时间(用于显示屏一般为初始值的50%)。通常采取加速环境试验的方法进行可靠性测试和评估，测试内容包括高温储存(100℃，1000h)、高温高湿(85℃/85%，1000h)、低温储存(-55℃，1000h)、高低温循环(85℃～-55℃)、冷热冲击、抗溶性、耐腐蚀性、机械冲击等。
四、固态照明对大功率LED封装的要求
在固态照明领域的应用LED对大功率白光LED封装提出新的挑战，在提高散热效率、驱动控制系统优化、配光设计方面也有大的提升空间。
1、进一步提升发光效率
LED的理论发光效率达到300lm/W以上，目前试验室大功率白光LED的发光效率超过150lm/W，而量产、的大功率白光LED发光效率仅在70～100lm/W左右，没有充分发挥出节能优势。因此，发光芯片的效率有待提高，还要从结构设计、材料技术及工艺技术等方面入手，完善封装工艺。
2、进一步提升光谱质量
人眼习惯于太阳发出的连续光谱的光，目前白光LED光谱的不连续性，尤其是荧光粉转化的白光LED存在色温偏高、显色性不高等问题。开发高显指和宽光谱的LED光源，满足照明对光源质量的高要求。
3、进一步提高光色一致性
大功率白光LED需要保持良好的发光效率稳定性，不能衰减过快，也不能因为长时间使用，白光颜色发生黄变影响光色质量。
4、进一步降低成本
LED灯具市场化价格是关键。目前大功率LED室内照明灯具光源部分占成本较大比重，初次购买成本约为传统照明灯具的5～10倍。采用新型封装结构和技术，提高光效/成本比，降低大功率LED的单位流明成本。
总之，LED封装是一门涉及光学、热学、机械、电学、力学、材料、半导体等多学科的研究课题。我国每年智能照明产品的需求超过100万盏，目前已有“智慧城市”试点193个，通过与数字、互联网和物联网等新技术的结合，智能化照明紧随智慧城市的建设而大放异彩。采用新思路、新工艺、新材料来改进大功率白光LED的封装，发挥出LED光源节能、环保、安全、舒适等性，才能真正带来一场照明产业革命
LED小芯片封装技术难点？深圳LED灯珠厂家告诉你
近年来，随着LED芯片材料的发展，以及取光结构、封装技术的优化，单芯片尺寸的功率(W)越做越高，芯片的光效(lm/W)、性价比(lm/$)也越来越好，在这样的背景支持之下，LED芯片的微小化已成趋势。芯片尺寸微小化背后的含意，除了发光组件的总体尺寸能更佳符合未来产品轻、薄、短、小的趋势之外，单一外延片所能切割的小芯片数量更多了，固定功率下所需使用的芯片数量更少了，这些对于降低LED的生产支出有很大的帮助，毕竟”成本”永远都是个大问题。 在大功率照明领域，采用多个小芯片串并联的技术已经使用的很成熟也很广泛。和单一大功率芯片比起来，此工艺的芯片成本较低，整体的散热性也更好、光效更高、光衰更慢，可同时达到率及高功率的目标，虽然有工序较复杂、信赖性较低等隐忧，但也难以动摇它的地位。其次，在显示屏应用的领域，RGB多芯片封装是一个主流的工艺，随着象素的密度越高(即分辨率越高)，单位面积下单个象素点的尺寸就越来越小，在逐渐朝着”小间距化”方向发展的同时，所能使用的R、G、B三色芯片的尺寸也越来越小，藉此满足市场上高分辨率的要求。从上述趋势看来，如何做好小尺寸芯片的封装，就成为一个重要的课题。 在LED封装的技术中，目前仍是以传统固晶、打线的制程为主，至于时下当红的覆晶封装(Flip Chip)或是芯片级封装(Chip Scale Package，CSP)等其他新制程，碍于当前良率、成本、设备投资等考虑，短时间内还是很难取代原有制程。随着芯片尺寸的缩小，直接影响到的就是固晶制程的难易度；同时芯片上的电极跟着变小，使用的键合线的线径也减小，所搭配的瓷嘴也同步优化。因此，进入了”小芯片封装”的领域之后，要克服的难点就是固晶、打线制程会用到的固晶胶、键合线、瓷嘴。 关于固晶的挑战 固晶胶是固晶制程的关键耗材，它的作用包含了固定芯片、(导电)及散热，其主要成分由高分子或是银粉加高分子材料所组成。藉由成分配比的不同，形成了不同的剪切强度、触变指数、玻璃转移温度、体积电阻率等等的特性参数，进而达到了不同的固晶效果及信赖性。此外，随着芯片尺寸的缩小，固晶胶的使用量也减小，如果胶量过多容易产生芯片滑动，若是过少又可能导致芯片因粘不紧而掉落，这其中该如何拿捏也是一门艺术了。 如何选用键合线材 所谓好的键合线材，具备以下要求： 1.满足客户规范的机械及电气性能(如融断电流、弧长弧高、球形尺寸等) 2.的直径 3.表面无划痕、清洁 4.无弯曲、扭曲应力 5.内部组织结构均匀 除了上述要求之外，小线径线材又可能面临多芯片间串并联，或是植球型焊线如BSOB(Bond Stick On Ball)、BBOS(Bond Ball On Stitch)等特殊打线手法的需求，更是制线工艺上的挑战，举例来说，芯片串联的过程会涉及到芯片间Pad to Pad的打线，若是使用铜线或纯银线来进行焊接会有作业性不好及良率不高的问题，远远不及及高金、合金线的表现，这些都是要纳入考虑的。 此外，随着线径变小，键合线的荷重(Breaking load，BL)会跟着下降，将影响到焊线的拉力与信赖性；再来，随着各种线材的成分配比、合金的均匀控制，以及拉丝、退火条件的不同，将产生不同的线材硬度、荷重、延伸率(Elongation，EL)、热影响区(Heat Affection Zone，HAZ)及电阻等特性，在焊线变细的同时如何能抵抗模流等外力而不至于塌线、拉出来的线弧形态如何能稳定不损伤、需要的焊线推拉力数值如何能达成、怎样控管好小线径的尺寸、如何在不影响主要特性的情况下替客户降低成本，并且维持线材的抗硫化性等等，都是键合线供货商可以努力的方向。关于不同的键合线特性的不同可参考下方比较表，从表中我们可以很清楚地发现，藉由高金线、合金线等相关产品的使用，不仅能降低20%-40%成本，同时可满足与线不相上下的性能，目前也已通过许多客户的认可，受到业界广泛的使用了。也就是说，选用好的高金线或合金线，是降低成本，且同时做好小芯片封装的关键，如图一所示。 表一、线、高金线、合金线之相关特性比较表 图一、选用好的高金线或合金线，是降低成本，且同时做好小芯片封装的关键 瓷嘴与焊线参数 瓷嘴方面的参数优化也很关键，在键合线径减小以符合电极焊盘尺寸的前提下，可选用单倒角形态配合针头表面粗糙化的瓷嘴来达到更好的焊点强度；此外，使用较大的针头直径(T)、表面角度(FA)搭配较小的外弧半径(OR)可达到更好的二焊点强度及鱼尾的稳定度。当然，透过实际的状况配合经验来调整出适当的焊线参数如烧球电流、焊线时间、焊线功率…等也是非常重要的。 总的来说，由于优势明显，小芯片的应用是未来LED的趋势之一，无论是大功率照明或是小间距显示屏的发展都与此息息相关，而小芯片封装更是达到此目标的关键技术。要打出好的焊线，除了适当的参数、正确的瓷嘴外，选用质量好的键合线也是非常重要的，这三者缺一不可，也这三者都完善了，小芯片封装的技术才会更好
高显指LED灯珠的显指高低由什么决定的，有什么作用？
高显指LED灯珠的显色指数高低，是由荧光粉和晶片波段搭配出来的，显指是对物体颜色的再现程度。显指数是代表，人眼对光经物体反射回来，看到物体的一个逼真程度 如：摄影灯 补光灯
在不同环境中有不同要求，一般通用室内照明都是常规，暖白65-70 正白75左右就可以。通过加入高显色的粉使得光通量有降低。灯珠的显指和灯珠质量好坏没有直接的关系。当然同比亮度情况下，显指越高越好了，但是价格相对会贵一些。显指数是代表，人眼对光经物体反射回来，看到物体的一个逼真程度。一般是显指越差，人反映到物体，离真实物体的颜色就越差。显指越高就月逼真。
高显指LED灯珠比LED灯珠显色性更好，显指越高，色彩越鲜明。高显指LED就显指接近太阳色的RA100 科维晶鑫生产的高显可以做到96-97 做到真正高显高流明。
90-100 优良 ，需要色彩对比的场所
80-89 需要色彩正确判断的场所
60-79 普通，需要中等显色性的场所
