LED封裝步驟、壽命預(yù)測、參數(shù)講解
一、生產(chǎn)工藝
1.生產(chǎn):
a) 清洗:采用超聲波清洗PCB或LED支架,并烘干。
b) 裝架:在led管芯(大圓片)底部電極備上銀膠后進(jìn)行擴(kuò)張,將擴(kuò)張后的管芯(大圓片)安置在刺晶臺上,在顯微鏡下用刺晶筆將管芯一個一個安裝在PCB或LED支架相應(yīng)的焊盤上,隨后進(jìn)行燒結(jié)使銀膠固化。
c)壓焊:用鋁絲或金絲焊機(jī)將電極連接到LED管芯上,以作電流注入的引線。LED直接安裝在PCB上的,一般采用鋁絲焊機(jī)。(制作白光TOP-LED需要金線焊機(jī))
d)封裝:通過點(diǎn)膠,用環(huán)氧將LED管芯和焊線保護(hù)起來。在PCB板上點(diǎn)膠,對固化后膠體形狀有嚴(yán)格要求,這直接關(guān)系到背光源成品的出光亮度。這道工序還將承擔(dān)點(diǎn)熒光粉(白光LED)的任務(wù)。
e)焊接:如果背光源是采用SMD-LED或其它已封裝的LED,則在裝配工藝之前,需要將LED焊接到PCB板上。
f)切膜:用沖床模切背光源所需的各種擴(kuò)散膜、反光膜等。
g)裝配:根據(jù)圖紙要求,將背光源的各種材料手工安裝正確的位置。
h)測試:檢查背光源光電參數(shù)及出光均勻性是否良好。
2.包裝:將成品按要求包裝、入庫。
二、封裝工藝
1. LED的封裝的任務(wù)
是將外引線連接到LED芯片的電極上,同時保護(hù)好led芯片,并且起到提高光取出效率的作用。關(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝。
2. LED封裝形式
LED封裝形式可以說是五花八門,主要根據(jù)不同的應(yīng)用場合采用相應(yīng)的外形尺寸,散熱對策和出光效果。led按封裝形式分類有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。
3. LED封裝工藝流程
a)芯片檢驗(yàn)
鏡檢:1、材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)麻坑(lockhill);
2、芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求;
3、電極圖案是否完整。
b)擴(kuò)片
由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很?。s0.1mm),不利于后工序的操作。我們采用擴(kuò)片機(jī)對黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張,是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴(kuò)張,但很容易造成芯片掉落浪費(fèi)等不良問題。
c)點(diǎn)膠
在led支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠。(對于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底,具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片,采用銀膠。對于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光led芯片,采用絕緣膠來固定芯片。)
工藝難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的控制,在膠體高度、點(diǎn)膠位置均有詳細(xì)的工藝要求。
由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)格的要求,銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項(xiàng)。
d)備膠
和點(diǎn)膠相反,備膠是用備膠機(jī)先把銀膠涂在led背面電極上,然后把背部帶銀膠的led安裝在led支架上。備膠的效率遠(yuǎn)高于點(diǎn)膠,但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝。
e)手工刺片
將擴(kuò)張后LED芯片(備膠或未備膠)安置在刺片臺的夾具上,LED支架放在夾具底下,在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應(yīng)的位置上。手工刺片和自動裝架相比有一個好處,便于隨時更換不同的芯片,適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品.
f)自動裝架
自動裝架其實(shí)是結(jié)合了沾膠(點(diǎn)膠)和安裝芯片兩大步驟,先在led支架上點(diǎn)上銀膠(絕緣膠),然后用真空吸嘴將led芯片吸起移動位置,再安置在相應(yīng)的支架位置上。
自動裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程,同時對設(shè)備的沾膠及安裝精度進(jìn)行調(diào)整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴,防止對led芯片表面的損傷,特別是蘭、綠色芯片必須用膠木的。因?yàn)殇撟鞎潅酒砻娴碾娏鲾U(kuò)散層。
g)燒結(jié)
燒結(jié)的目的是使銀膠固化,燒結(jié)要求對溫度進(jìn)行監(jiān)控,防止批次性不良。
銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150℃,燒結(jié)時間2小時。根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整到170℃,1小時。
絕緣膠一般150℃,1小時。
銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時(或1小時)打開更換燒結(jié)的產(chǎn)品,中間不得隨意打開。燒結(jié)烘箱不得再其他用途,防止污染。
h)壓焊
壓焊的目的將電極引到led芯片上,完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作。
LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。右圖是鋁絲壓焊的過程,先在LED芯片電極上壓上第一點(diǎn),再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方,壓上第二點(diǎn)后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點(diǎn)前先燒個球,其余過程類似。
壓焊是LED封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),工藝上主要需要監(jiān)控的是壓焊金絲(鋁絲)拱絲形狀,焊點(diǎn)形狀,拉力。
對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題,如金(鋁)絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈刀(鋼嘴)選用、劈刀(鋼嘴)運(yùn)動軌跡等等。(下圖是同等條件下,兩種不同的劈刀壓出的焊點(diǎn)微觀照片,兩者在微觀結(jié)構(gòu)上存在差別,從而影響著產(chǎn)品質(zhì)量。)我們在這里不再累述。
i)點(diǎn)膠封裝
LED的封裝主要有點(diǎn)膠、灌封、模壓三種?;旧瞎に嚳刂频碾y點(diǎn)是氣泡、多缺料、黑點(diǎn)。設(shè)計(jì)上主要是對材料的選型,選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架。(一般的LED無法通過氣密性試驗(yàn)) 如右圖所示的TOP-LED和Side-LED適用點(diǎn)膠封裝。手動點(diǎn)膠封裝對操作水平要求很高(特別是白光LED),主要難點(diǎn)是對點(diǎn)膠量的控制,因?yàn)榄h(huán)氧在使用過程中會變稠。白光LED的點(diǎn)膠還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致出光色差的問題。
j)灌膠封裝
Lamp-led的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在led成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧,然后插入壓焊好的led支架,放入烘箱讓環(huán)氧固化后,將led從模腔中脫出即成型。
k)模壓封裝
將壓焊好的led支架放入模具中,將上下兩副模具用液壓機(jī)合模并抽真空,將固態(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中,環(huán)氧順著膠道進(jìn)入各個led成型槽中并固化。
l)固化與后固化
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