第二章 LED的封装原物料

一、LED芯片构造

LED芯片是半导体发光器件LED的核心部件，它主要有砷（AS）、铝（AL）、镓（Ga）、铟（IN）、磷（P）、氮（N）、锶（Sr）这几种元素中的若干种组成。法国二极管芯片制作方法和材料的磊晶种类：

◆LPE: Liquid Phase Epitaxy（液相磊晶法）GaP/GaP；

◆VPE: Vapor Phase Epitaxy（气相磊晶法）GaAsP/GaAs；

◆MOVPE: Metal Organic Vapor Phase Epitaxy（有机金属气相磊晶法）AlGaInP/GaN；

◆SH: Single Heterostructure（单异型结构）GaAlAs/GaAs；

◆DH: Double Heterostructure（双异型结构）GaAlAs/GaAs；

不同LED芯片，其结构大同小异，有基板（蓝宝石基板、碳化硅基板等）和掺杂的外延半导体材料及透明金属电极等构成。

1、  LED单电极芯片；

2、  LED双电机芯片；

3、  LED的晶粒种类简介：不同材料晶粒，具有不同带隙，即具有不同发光波长；

4、  LED衬底材料的种类：蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）、碳化硅（SiC）；

1）蓝宝石衬底有许多优点及缺点：

a.生产技术成熟、器件质量较好；

b.稳定性很好，能运用在高温生长过程中；

c.机械强度高，易于处理和清洗；

d.晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难；

e.常温电阻率较大，无法制作垂直结构的器件，通常只在外延层上表面制作电极；

f.硬度非常高，减薄和切割较困难；导热性能不是很好。

2）硅衬底

目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触(Laterial-contact，水平接触)和V接触(Vertical-contact，垂直接触)。

3）碳化硅衬底

碳化硅衬底的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向流动的，采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件，但是相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造成本较高，实现商业化还需要降低相应的成本。

4）三种衬底的性能比较:

衬底材料	导热系数	膨胀系数	稳定性	导热性	成本	抗静电能力
蓝宝石	46	1.9	一般	差	中	一般
硅	150	5～20	良	好	低	好
碳化硅	490	-1.4	良	好	高	好

5、  LED芯片的制作流程：

1）光刻—等离子体蚀刻GaN—扩散和键合—镀金—晶圆芯片—抛光—检验—划片—崩裂—晶粒；

2）磊晶加热—干式蚀刻分离—透明层—p电极连接—n电极连接—测量—衬底研磨—划片—封装；

6、制作LED垒芯片方法的比较；

7、常用芯片见图：

1）单电极芯片：

a.圆电极芯片

b.方电极芯片；

c.带角电极芯片；

2）双电极芯片

 

二、Lamp—LED支架介绍

支架的作用：用来导电和支撑晶片；

支架的组成：一般来说是由支架素材经过电镀而形成，由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层；

1、Lamp—LED支架结构与相关尺寸

1)、LED支架图；

2）、LED支架说明；

3）、尺寸说明；

4）、LED支架材质；

5）、支架电镀知识；

6）、支架管控相关条件；

2、常用支架外观图集

3、LED支架进料检验内容：

数量短少、混料、生锈变色、镀层起泡脱落、弯曲变形、支架扇形弯曲、支架倾斜、支架压伤、支架刮伤、碗口变形、凹凸不平、阴阳极变形、冲压不良、电镀不均、支架污染、支架烧焦、碗底粗糙、脚弯曲、支架粗糙、银残留、支架弯头、支架毛边、支架异物（脚及下Bar发白）、支架电镀过薄、烘烤检验、焊线耐热试验。

 

三、LED模条介绍

1、模条的作用与模条简图

模条是LED成形的模具，一般有圆形、方形、塔形等，支架植得深还是浅由模条的卡点高低所决定，模条需存放在干净及室温以下的环境中，否则会影响产品外观；

2、模条结构说明：导柱、钢片、胶杯、卡点；

3、模条尺寸：

1）模条材质：塑料（TPX材质）；

2）TPX物料简介：TPX如同PC、PMMA，具有极佳的透明度，但PC和PMMA是非结晶型，而TPX是结晶的材料，且在物理上有相当的差异存在；

3）TPX在以模具成型时要注意以下几点：

a.TPX具有极佳的耐热性、耐化学品及耐蒸汽性等，且TPX在透光性聚合物中比重最轻；

b.TPX的耐击性和PS及PMMA相当，TPX是结晶型材料，所以比其他非结晶型材料有更大的收缩率。

4）开模注意事项；

5）LED封装成形：圆形LED、方形LED、平头LED、椭圆LED、子弹头LED、内凹LED、特殊型LED；

6）模条进料检验内容：

型号不符、模条混装、模粒内表面模糊、模粒内表面刮伤、模粒裂痕、模粒帽檐破损、硅钢片生锈、硅钢片变形、模条底部塑料残留、卡点脱落、导柱脱落、圆缺边方向错位、卡点误差过大）插深或插浅）、中心间距不等（封胶实验有偏心）、胶杯成形不良（封胶实验有光斑不良）。

 

四、银胶和绝缘胶

银胶是用来导电、散热和固定芯片的；绝缘胶除了不导电外，也是用来散热和固定芯片的。因为在LED封装过程中的作用不同，因此所用位置也不同。

1、  银胶和绝缘胶的包装；

2、  银胶和绝缘胶的成分；

3、  银胶和绝缘胶的作业条件

4、  操作标准及注意事项；

5、  银胶及绝缘胶烘烤注意事项：

a.必须一次性烤干，若有软化、松动现象，为前一次未烤干，取出材料后空气进入银胶再次加温膨胀导致结合度变差；

b.烘干硬化后不能立即从烘箱中取出，应待自然冷却后再取出；

c.烘烤时注意时间不能过长过短，进出烘箱时都需落实做好记录，IPCQ做好监督。

6、银胶与绝缘胶的区别：

a.银胶需要搅拌，绝缘胶不需要搅拌；

b.银胶硬化速度比绝缘胶慢，银胶推力比绝缘胶小；

c银胶散热性较好，绝缘胶散热性较差；

d.银胶较绝缘胶吸光性强，反光性弱，成形产品中银胶亮度较绝缘胶低；

e.银胶推力较小，绝缘胶推力较大；

f.绝缘胶可与荧光粉混合后在一起配制成杯底绝缘胶做白光。

 

五、焊接线—金线和铝线

在封装LED时需要用金线或铝线把芯片两个电极和LED支架焊接起来，这才能把电源通过支架加到LED芯片上。

1、  金线和铝线图样和简介：金线和铝线都可以作为LED芯片与支架间的连接线。金线电阻率比铝线电阻率小，在LED功率比较大或要求电参数比较高的场合往往使用金线，其他场合可以使用比较廉价的铝线。

2、  经常使用的焊线规格；

3、  金线应用相关知识：

1）  焊线示意图；

2）  焊球相关名词定义；

3）  线尾切断方式；

4）  金线原材料质量会影响到焊球；

4、  金线的相关特性：金线在高温下焊接加热时间过长，其结合力会下降。金线放置时间越长与芯片的结合力越低。

5、  金线制造商检测金线的几种方法：在实验金线的延展力、柔韧力及焊球结合力时，通过不同的打线方式来检测—段式焊线、超低式焊、超长式焊线、超短式焊线；

6、  LED封装厂家检验金线的方法：LED生产厂家为了保证金线预先片焊接良好，在使用金线前和使用过程中都要对金线进行检测，检测内容包括焊线拉力、焊点、球颈及色泽。

 

六、封装胶水

1、LED封装经常使用的胶水型号

1）宜加化工生产的部分胶水简表；

2）包装图示；

2、胶水相关知识

1）胶的种类及成分；

2）胶水的应用过程；

3）宜加2015胶水相关特性参数；

4）环氧树脂化学分子式；

5）玻璃态转化温度（Tg）

a.对转化温度的定义：但高分子材料由硬而脆之玻璃状态，转变成软而韧之橡胶状态时，其温度范围称之为玻璃态转化温度；

b.曲线说明：但T>Tg是橡胶状态，但T<Tg是玻璃状态

◆可由玻璃态转化温度来预期温度循环、热冲击、及产品使用温度；

◆玻璃态转化温度与使用条件有关，亦与硬化情形有关；

◆玻璃态转化温度高于使用温度5%～10%较适合；

◆当同一配方，其所得硬化物玻璃态转化温度越高时，交联密度较高；

◆硬度越高，对机械或者热应力而言较脆；

◆收缩越大，内应力越大；

◆吸湿性较高；

◆使用寿命下降；

◆预期温度循环下降；

c.Tg与时间的关系图：开始随时间非线性增长，后来随时间略有下降；

d.玻璃态转化温度测试图：差式扫描热量法；

e.吸水与不吸水的Tg进行比较

6）辅助说明

a.通常而言，我们所说的Tg点是取转化区域的中心值，这一温度确切的说是以区域进行表示，而不是由单一点的数值进行表示的；

b.环氧树脂的化学性质称为附加的化学性质；

c.固化不足对环氧树脂的影响；

d.后期固化周期；

7）胶水的操作寿命及反应速率：

a.操作寿命的定义：操作寿命指环氧化合物的黏度超过可使用范围的极限时，通常用cps来表示，此外，温度是一主要的因素；

b.操作寿命具体说明：A/B胶混合后，黏度上升至起始黏度两倍时（黏度上升至无法操作时）；

c.反应速率具体说明：多数环氧树脂的反应速率，将会每增加10度的温度就增长一倍，加热环氧树脂通常用来降低黏度，使其达到易除气泡的目的；

d.凝胶点：反应进行中，分子量迅速增加，且最后使得几条分子链连接在一起，成为极大的分子量网状系统，由一粘性的液体变成一有弹性的胶状，将呈现极大网状系统的主要现象，这种迅速且无法改变的变化，称为凝胶点。

8）胶水的硬化

a.定义：硬化在化学上属于完全反应，在工业上使用时，指能得到最佳性能所需的硬化程度；

b.硬化温度对LED的影响

◆前硬化温度太低：凝胶化与玻璃化同时发生，当温度再增高，可能仍会呈液体状；转化率不够，硬化不完全，且所需时间太长；

◆前硬化温度适中：硬化反应速率慢，微粒凝胶大；Tg与硬化温度相同；网状结构密度大；抗化学性高及各种物性优异；

◆硬化温度过高：放热量大，聚温太高，造成边缘与中心温差大；硬化速率太快，微粒凝胶小；网状结构密度小，Tg低；抗化学性低，物性差。

9）胶水的保存条件（环氧树脂系统及相关材料）

a.必须保存在原来的容器里；

b.应避免过热；

c.应避免太阳直接照射；

d.扩散剂Dp（Diffusant paste）内含易于沉淀的填充料，绝对需要先搅拌均匀再取用；

e.建议使用冷藏的方式来保存单液型的原料（银胶）

f.二液型的原料（A\B胶）不需要冷藏，冷藏保存将导致某些原料结晶；

10）胶水使用注意事项；

11）不同胶水组合形成胶体外观方式；

12）胶水Tg点实验图示；

13）LED制造厂对胶水的需求及胶水制造商的潜质问题：

a.LED制造厂对胶水的需求：

◆缩短加工时间；

◆增加模具的使用次数：增加产量；降低成本。同时通过改变树脂配方及提高硬化温度的方法来达到想要的效果；

b.提高硬化温度的潜在问题：

◆树脂硬化反应太紊乱的倾向；

◆网状结构的内部应力增加；

◆温度偏高导致架桥反应与裂解反应相互竞争；

◆硬化物的机械、物理、电气、热稳定性等性质普遍降低。