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高亮度LED封装工艺及计划
来源:http://www.jgjjl.com 编辑:www.kb88.com 2018-10-19 21:14

  高亮度LED封装工艺及计划

  摘 要:跟着手机闪光灯、大中尺度(NB、LCD-TV等)显示屏光源模块以致特别用处照明体系之运用逐步增多。末来再扩展至用于一般照明体系设备,选用白光LED技能之大功率(High Power)LED商场将连续闪现。在技能方面,现时遇到最大应战是进步及坚持亮度,若再增强其散热才干,商场之开展深具潜力。 NB, LCD-
近年来,跟着LED出产技能开展日新月异,令其发光亮度进步和寿数延伸,加上出产本钱大幅下降,敏捷扩展了LED运用商场,如消费产品、信号体系及一般照明等,所以其全球商场规模快速生长。2003年全球LED商场约44.8亿美元 (高亮度LED商场约27亿美元),较2002年生长17.3% (高亮度LED商场生长47%),乘着手机商场持续添加之势,猜测2004年仍有14.0%的生长起伏可期。
在产品开展方面,白光LED之研发则成为 厂商们之要点开发项目。现时制作白光LED办法首要有四种:
一、蓝LED+发黄光的萤光粉(如:YAG)
二、红LED+绿LED+蓝LED
三、紫外线LED+发红/绿/蓝光的萤光粉
四、蓝LED+ZnSe单结晶基板
现在手机、数字相机、PDA等背光源所运用之白光LED选用蓝光单晶粒加YAG萤光而成。跟着手机闪光灯、大中尺度(NB、LCD-TV等)显示屏光源模块以致特别用处照明体系之运用逐步增多。末来再扩展至用于一般照明体系设备,选用白光LED技能之大功率(High Power)LED商场将连续闪现。在技能方面,现时遇到最大应战是进步及坚持亮度,若再增强其散热才干,商场之开展深具潜力。
ASM在研发及出产自动化光电组件封装设备上具有超越二十年经历,业界现行有很多种进步LED亮度办法,不管从芯片及封装规划层面,至封装工艺都以进步散热才干和添加发光功率为方针。在本文中,就LED封装工艺的最新开展和效果作归纳介绍及评论。
芯片规划
从芯片的演化进程中发现,各大LED出产商在上游磊晶技能上不断改进,如运用不同的电极规划操控电流密度,运用ITO薄膜技能令经过LED的电流能均匀散布等,使LED芯片在结构上都尽可能发生最多的光子。再运用各种不同办法去抽出LED宣布的每一粒光子,如出产不同外形的芯片;运用芯片周边有效地操控光折射度进步LED取光功率,研发扩展单一芯片外表尺度(>2mm2)添加发光面积,更有运用粗糙的外表添加光线的透出等等。有一些高亮度LED芯片上p-n两个电极的方位相距拉近,令芯片发光功率及散热才干进步。而最近已有大功率LED的出产,就是运用新改进的激光溶解(Laser lift-off)及金属黏合技能(metal bonding),将LED磊晶晶圆从GaAs或GaN长晶基板移走,并黏合到另一金属基板上或其它具有高反射性及高热传导性的物质上面,协助大功率LED进步取光功率及散热才干。
封装规划
经过多年的开展,笔直LED灯(φ3mm、φ5mm)和SMD灯(外表贴装LED)已演化成一种规范产品形式。但跟着芯片的开展及需求,开辟出切合大功率的封装产品规划,为了运用自动化拼装技能下降制作本钱,大功率的SMD灯亦应运而生。并且,在可携式消费产品商场急速的带动下,大功率LED封装体积规划也越小越薄以供给更阔的产品规划空间。
为了坚持制品在封装后的光亮度,新改进的大功率SMD器材内加有杯形反射面,有助把悉数的光线能一致地反射出封装外以添加输出流明。而盖住LED上圆形的光学透镜,用料上更改用以Silicone封胶,替代以往在环氧树脂(Epoxy),使封装能坚持必定的耐用性。
封装工艺及计划
半导体封装之首要目的是为了保证半导体芯片和基层电路间之正确电气和机械性的相互接续,及维护芯片不让其遭到机械、热、湿润及其它种种的外来冲击。挑选封装办法、资料和运用机台时,须考虑到LED磊晶的外形、电气/机械特性和固晶精度等要素。因LED有其光学特性,封装时也须考虑和保证其在光学特性上可以满意。
不管是笔直LED或SMD封装,都必须挑选一部高精度的固晶机,因LED晶粒放入封装的方位精准与否是直接影响整件封装器材发光效能。若晶粒在反射杯内的方位有所误差,光线未能彻底反射出来,影响制品的光亮度。但若一部固晶机具有先进的预先图画辨识体系(PR System),虽然质量参差的引线结构,仍能精准地焊接于反射杯内预订之方位上。
一般低功率LED器材(如指示设备和手机键盘的照明)首要是以银浆固晶,但因为银浆自身不能抵受高温,在进步亮度的一起,发热现象也会发生,因此影响产品。要取得高质量高功率的LED,新的固晶工艺随之而开展出来,其间一种就是运用共晶焊接技能,先将晶粒焊接于一散热基板(soubmount)或热沉(heat sink)上,然后把整件晶粒连散热基板再焊接于封装器材上,这样就可增强器材散热才干,令发光功率相对地添加。至于基板资料方面,硅(Silicon)、铜(Copper)及陶瓷(Ceramic)等都是一般常用的散热基板物料。
共晶焊接
技能最关键是共晶资料的挑选及焊接温度的操控。新一代的InGaN高亮度LED,如选用共晶焊接,晶粒底部可以选用纯锡(Sn)或金锡(Au-Sn)合金作接触面镀层,晶粒可焊接于镀有金或银的基板上。当基板被加热至合适的共晶温度时,金或银元素渗透到金锡合金层,合金层成份的改动进步溶点,令共晶层固化并将LED紧固的焊于热沉或基板上。挑选共晶温度视乎晶粒、基板及器材资料耐热程度及往后SMT回焊制程时的温度要求。考虑共晶固晶机台时,除高方位精度外,另一重要条件就是有灵敏并且安稳的温度操控,加有氮气或混合气体设备,有助于在共晶过程中作防氧化维护。当然和银浆固晶相同,要达至高精度的固晶,有赖于谨慎的机械规划及高精度的马达运动,才干令焊头运动和焊力操控适可而止之余,我来帮清华毕业的保安“上头条亦无损高产能及高良品率的要求。
进行共晶焊接工艺时亦可参加助焊剂,这技能最大的特点是无须额定附加焊力,故此不会因固晶焊力过大而令过多的共晶合金溢出,减低LED发生短路的时机。
覆晶(Flip Chip)焊接
覆晶焊接近年被积极地运用于大功率LED制程中,覆晶办法把GaN LED晶粒倒接合于散热基板上,因没有了金线焊垫阻止,对进步亮度有必定的协助。因为电流流转的间隔缩短,电阻减低,所以热的发生也相对下降。一起这样的接合亦能有效地将热转至下一层的散热基板再转到器材外面去。当此工艺被运用在SMD LED,不光进步光输出,更可以使产品全体面积缩小,扩展产品的运用商场。
在覆晶LED技能开展上有两个首要的计划:一是铅锡球焊(Solder bump reflow)技能;另一个是热超声(Thermosonic)焊接技能。铅锡球焊接已在IC封装运用多时,工艺技能亦已老练,故在此不再胪陈。
针对低本钱及低线数器材的出产,热超声覆晶(Thermosonic flip chip)技能特别适用于大功率LED焊接。以金做焊接的接口,因为金此物自身熔点温度较铅锡球和银浆高,对固晶后的制程规划方面更有弹性。此外,还有无铅制程、工序简略、金属接位牢靠等长处。热超声覆晶工艺经过多年的研讨及经历累积,已把握最优化的制程参数,并且在几大LED出产商已成功地投入量产。足出产线运用外,其他很多的(如芯片粘片机、引线焊接机、测试机、编带机)等自动化设备还全都依靠进口。
开展我国LDD配备业的详细主张计划
主张国家在支撑LED技能与工业开展中,把资料与工艺设备作为开展的根底和原动力加以支撑。在开展LED技能与工业的过程中,主张我国走“引入、消化、吸收、立异、进步”的路途。详细计划如下:在国家支撑下,经过国家、LED出产企业和设备及资料制作业三方联合,树立具有孵化器功用的我国LED设备、资料、制作及运用联合体。
为在短时刻内把握并进步设备制作水平,带动我国中高档LED工业开展,主张由联合体一起筹集资金(国家50%,设备研发单位15%,芯片制作与封装技能研讨单位15%,LED芯片制作与封装企业20%)建造一条完好的LED芯片制作与封装演示出产线。该演示线以处理设备研发与工艺实验、LED产品制作工艺技能研讨与验证、完结工艺技能与工艺设备成套供给为已任。凡参加该演示建造的单位,有权无偿运用该出产线进行相关产品、技能和工业化研讨与实验,特别是LED产品出产单位,可优先优惠得到相关研讨与工业化效果。
针对该演示线,施行三步走的战略,终究完结LED出产设备商品化和本土化。榜首步:运用两年左右的时刻,对一些关键设备进行国产化(国家给予必定的奖金支撑);关于国内现已具有必定根底且具有性价比优势的一般设备则运用商场竞争准则,采纳准入制择优配套(经过制定规范);关于部分难度较大、短期内国产化不了的设备,国家应组织攻关,并完结出产型ɑ样机开发。第二步,从本计划施行的第三年起,榜首步中涉及到的前两类设备要点处理出产工艺的适应性、出产功率、牢靠性、外观及本钱等问题,具有国内配套及批量供给才干,攻关类设备完结出产型样机商业化(γ型机)开发。第三步,从本计划施行的第五年起,榜首及第二步中涉及到的一切设备具有世界竞争才干,除满意国内需求外,要占据必定的世界商场;攻关设备可以满意工业化出产要求并具有批量供给才干。
 

  

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