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不可不知的LED封裝工藝知識

來源:中之光電          發布日期2016-09-20    點擊:

LED燈具的封裝工藝 LED是個高科技含量的東西,在這個圈子里面,有很多所謂的商業機密,由于這些東西關系到一個企業的生死存亡,所以,有些東西是不 被大家公開的,包括一些流程或者工藝。這些東西直接決議企業能否有中心競爭力,今天在這里發布一下LED行業的封裝技術的學問,希望能給各位有所協助。

一、生產工藝

1、生產:

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行擴張,將擴張后的管芯(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支架相應的焊盤上,隨后進行燒結使銀膠固化。

c)壓焊:用鋁絲或金絲焊機將電極連接到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。(制作白光TOP-LED需要金線焊機)

d)封裝:通過點膠,用環氧將LED管芯和焊線保護起來。在PCB板上點膠,對固化后膠體形狀有嚴格要求,這直接關系到背光源成品的出光亮度。這道工序還將承擔點熒光粉(白光LED)的任務。

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散膜、反光膜等。

g)裝配:根據圖紙要求,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

是將外引線連接到LED芯片的電極上,同時保護好led芯片,并且起到提高光取出效率的作用。關鍵工序有裝架、壓焊、封裝。

2、LED封裝形式

LED封裝形式可以說是五花八門,主要根據不同的應用場合采用相應的外形尺寸,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。

LED封裝示意圖

3、LED封裝工藝流程

a)芯片檢驗

鏡檢:

1、材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑(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)擴片

由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小(約0.1mm),不利于后工序的操作。我們采用擴片機對黏結芯片的膜進行擴張,是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm.也可以采用手工擴張,但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。

c)點膠

在led支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠。

(對于GaAs、SiC導電襯底,具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片,采用銀膠。對于藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光led芯片,采用絕緣膠來固定芯片。) 工藝難點在于點膠量的控制,在膠體高度、點膠位置均有詳細的工藝要求。 由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求,銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。

d)備膠

和點膠相反,備膠是用備膠機先把銀膠涂在led背面電極上,然后把背部帶銀膠的led安裝在led支架上。備膠的效率遠高于點膠,但不是所有產品均適用備膠工藝。

e)手工刺片

將擴張后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品。

f)自動裝架

自動裝架其實是結合了沾膠(點膠)和安裝芯片兩大步驟,先在led支架上點上銀膠(絕緣膠),然后用真空吸嘴將led芯片吸起移動位置,再安置在相應的支架位置上。

自動裝架在工藝上主要要熟悉設備操作編程,同時對設備的沾膠及安裝精度進行調整。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。因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層。

g)燒結

燒結的目的是使銀膠固化,燒結要求對溫度進行監控,防止批次性不良。

銀膠燒結的溫度一般控制在150℃,燒結時間2小時。根據實際情況可以調整到170℃,1小時。絕緣膠一般150℃,1小時。 銀膠燒結烘箱的必須按工藝要求隔2小時(或1小時)打開更換燒結的產品,中間不得隨意打開。燒結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,完成產品內外引線的連接工作。 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,再將鋁絲拉到相應的支架上方,壓上第二點后扯斷鋁 絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球,其余過程類似。

壓焊是LED封裝技術中的關鍵環節,工藝上主要需要監控的是壓焊金絲(鋁絲)拱絲形狀,焊點形狀,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微觀照片,兩者在微觀結構上存在差別,從而影響著產品質量。)我們在這里不再累述。

i)點膠封裝

LED的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種?;旧瞎に嚳刂频碾y點是氣泡、多缺料、黑點。設計上主要是對材料的選型,選用結合良好的環氧和支架。 (一般的LED無法通過氣密性試驗)如右圖所示的TOP-LED和Side-LED適用點膠封裝。手動點膠封裝對操作水平要求很高(特別是白光LED), 主要難點是對點膠量的控制,因為環氧在使用過程中會變稠。白光LED的點膠還存在熒光粉沉淀導致出光色差的問題。

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成型模腔內注入液態環氧,然后插入壓焊好的led支架,放入烘箱讓環氧固化后,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合模并抽真空,將固態環氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中,環氧順著膠道進入各個led成型槽中并固化。

l)固化與后固化

固化是指封裝環氧的固化,一般環氧固化條件在135℃,1小時。模壓封裝一般在150℃,4分鐘。

m)后固化

后固化是為了讓環氧充分固化,同時對led進行熱老化。后固化對于提高環氧與支架(PCB)的粘接強度非常重要。一般條件為120℃,4小時。

n)切筋和劃片

由于led在生產中是連在一起的(不是單個),Lamp封裝led采用切筋切斷led支架的連筋。SMD-led則是在一片PCB板上,需要劃片機來完成分離工作。

o)測試

測試led的光電參數、檢驗外形尺寸,同時根據客戶要求對LED產品進行分選。

p)包裝

將成品進行計數包裝。超高亮LED需要防靜電包裝。

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