【導(dǎo)讀】LED在照明市場(chǎng)一直都是關(guān)鍵所在，無論是LED驅(qū)動(dòng)、LED照明設(shè)計(jì)、LED光學(xué)設(shè)計(jì)、LED散熱技術(shù)等等都至關(guān)重要。本文要講解的也是LED領(lǐng)域的一部分，LED封裝技術(shù)。本文就分享資深工程師多年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的LED封裝技術(shù)。
一. 材料和配件
封裝配件：透鏡，支架，鍵合線
封裝材料：固晶膠，密封膠，熒光粉
LED支架
①PPA高溫尼龍，耐溫更高，吸濕更少,熱穩(wěn)定,光穩(wěn)定,熱變形溫度約在300度，可過回流焊肯定沒問題共晶焊制程，基本也能承受 共晶焊
②LCP塑膠支架，液晶樹脂，可滿足溫度高的共晶焊，有長(zhǎng)期耐黃變性，但無法做到PPA能的白度，初始亮度較差而無法大量推廣。
③陶瓷LED支架散熱性好，價(jià)格較為昂貴，約為PPA支架的10倍
支架鍍銀：提高光反射率
失效模式：
銀層與空氣中硫化氫、氧化合物、酸、堿、鹽類反應(yīng)，或經(jīng)紫外線照射，發(fā)黃發(fā)黑，并導(dǎo)致密封膠和支架剝離。
鍵合線
金線：電導(dǎo)率大、耐腐蝕、韌性好，最大優(yōu)點(diǎn)是抗氧化，常用鍵合線
金銀合金線：適用于LED直插和SMD產(chǎn)品封裝焊線
鍍鈀銅線：適用于LED直插和集成電路封裝焊線
銅線：高純銅,適用于功率器件封裝焊線，價(jià)格金線10%-30%,電導(dǎo)熱導(dǎo) 機(jī)械性能，焊點(diǎn)可靠性大于金
金線失效模式：
①虛焊脫焊，工藝不當(dāng)，芯片表面氧化
②和鋁的金屬間化合物：“紫斑”(AuAl2)和“白斑”(Au2Al)， Au和Al兩種元素的擴(kuò)散速率不同，導(dǎo)致界面處形成柯肯德爾孔洞以及裂紋。降低了焊點(diǎn)力學(xué)性能和電學(xué)性能
銅線失效模式：
①銅容易被氧化，鍵合工藝不穩(wěn)定
②硬度、屈服強(qiáng)度等物理參數(shù)高于金和鋁，鍵合時(shí)需要更大的超聲能量和鍵合壓力，硅芯片造成損傷
透鏡
1.硅膠透鏡：耐溫高(可過回流焊)，體積較小，直徑3-10mm。
2.PMMA透鏡：光學(xué)級(jí)PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，即亞克力)，塑膠類材料
優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高(注塑);透光率高(3mm時(shí)93%);
缺點(diǎn)：耐溫差(熱變形溫度90度，PMMA燈罩須增加光源和燈罩的距離，或降低光源功率)。
3.PC透鏡：光學(xué)級(jí)尼龍料 (PC)聚碳酸酯，塑膠類材料
優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高(注塑);耐溫高(130度以上);
缺點(diǎn)：透光率稍底(87%)。
4.玻璃透鏡：光學(xué)玻璃材料，具有透光率高(97%)耐溫高等特點(diǎn)
缺點(diǎn)：易碎、非球面精度不易實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)效率低、成本高等。
一次透鏡：PMMA,硅膠
二次透鏡：PMMA,玻璃
灌封膠，固晶膠
灌封膠作用：
1.對(duì)芯片進(jìn)行機(jī)械保護(hù)，應(yīng)力釋放
2.一種光導(dǎo)結(jié)構(gòu)
3.折射率介于芯片和空氣之間，擴(kuò)大全反射角，減少光損失
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硅膠
按分子鏈基團(tuán)的種類分：
①甲基系有機(jī)硅膠(大部分，耐侯性更好)
②苯基系有機(jī)硅膠(成本高，折射率更好)
按使用領(lǐng)域分：
①透鏡填充硅膠
②LED固晶硅膠
按硫化條件分：
①高溫硫化型LED硅膠(聚硅氧烷，分子量40～80萬)
②室溫硫化型LED硅膠(分子量3～6萬，雙組分和單組分包裝)
硅膠優(yōu)點(diǎn)：
1.耐溫
Si-O鍵為主鏈結(jié)構(gòu)，鍵能121千卡/克分子，高于C-C82.6，熱穩(wěn)定性高，高溫或輻射化學(xué)鍵不斷裂，也耐低溫，化學(xué)，物理，機(jī)械性能，隨溫度的變化小。
2.耐候性
主鍵為Si-O，無雙鍵，不易被紫外光和臭氧分解。自然環(huán)境下可使用幾十年。
3.電氣絕緣性能
介電損耗、耐電壓、耐電弧、耐電暈、體積電阻系數(shù)和表面電阻系數(shù)好，電氣性能受溫度和頻率的影響很小。良好拒水性，在濕態(tài)條件下使用具有高可靠性。
4.低表面張力和低表面能
疏水、消泡、泡沫穩(wěn)定、防粘、潤(rùn)滑、上光等性能優(yōu)異。
在LED上的應(yīng)用
(1)固晶：混合銀粉以提高導(dǎo)熱效果，稱為固晶銀膠。
(2)混熒光粉硅膠
(3)表面填充LED硅膠：保護(hù)LED芯片，大功率LED透鏡內(nèi)填充、透鏡模封、貼片式平面封裝、COB式大面積不規(guī)格封裝等。
硅膠失效模式
非法添加造成的硅膠失效：
①添加環(huán)氧樹脂，對(duì)PPA的附著會(huì)提高，對(duì)固化，透光折射和MOD硬度沒影響，但會(huì)造成膠層的黃變，苯基類的硅膠也會(huì)引起變黃。
②添加熒光粉，添加填充物達(dá)到要求的硬度，膠層在固化后發(fā)生黃邊，為了控制顏色的發(fā)黃，所以添加熒光粉，半年時(shí)間就會(huì)失效
硅膠使用中遇到的各種問題：
①固化后表面起皺，由收縮所引起膠中添加有溶劑型的硅樹脂造成。
②出現(xiàn)界面層。采用同類物質(zhì)想近的原理，改變硅膠與其的親合力。
③熒光粉發(fā)生沉淀，室溫固化型的膠，因?yàn)樵诠枘z中為了保持其透光性，折射率等，所以不能添加任何的懸浮劑進(jìn)去，換成升溫固化的產(chǎn)品，可以解決這個(gè)問題。
④固化后表面不夠光滑，這是因?yàn)槟z遇到S、P等中毒引起，需清洗下模具等系列工具
環(huán)氧樹脂
成形性、耐熱性、良好的機(jī)械強(qiáng)度及電器絕緣性。
添加劑：為滿足各種要求，需添加硬化劑、促進(jìn)劑、抗燃劑、偶合劑、脫模劑、填充料、顏料、潤(rùn)滑劑
失效模式：
①環(huán)氧樹脂在短波照射或者長(zhǎng)時(shí)間高溫下會(huì)變黃。
②過回流焊時(shí)，環(huán)氧耐高溫性能差導(dǎo)致環(huán)氧與襯底分離，產(chǎn)生光衰死燈等情況，所以應(yīng)用在大功率照明上時(shí)壽命很短。
環(huán)氧樹脂因?yàn)閮r(jià)格低廉(和硅膠完全不是一個(gè)級(jí)別)，而且儲(chǔ)存、使用和可加工性也較硅膠優(yōu)越，所以低功率LED和一些光感元器件依然使用環(huán)氧樹脂封裝
熒光粉
白光的幾種實(shí)現(xiàn)形式
1.藍(lán)色LED芯片上涂敷能被藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉
460nm波長(zhǎng)的藍(lán)光芯片上涂一層YAG熒光粉，利用藍(lán)光LED激發(fā)熒光粉以產(chǎn)生與藍(lán)光互補(bǔ)的555nm波長(zhǎng)黃光，并將互補(bǔ)的黃光、藍(lán)光混合得到白光。
2.藍(lán)色LED芯片上涂覆綠色和紅色熒光粉
芯片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的綠光和紅光復(fù)合得到白光。
3.紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多種顏色的熒光粉
利用該芯片發(fā)射的長(zhǎng)波紫外光(370nm-380nm)或紫光(380nm-410nm)來激發(fā)熒光粉而實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。
失效模式：
①熒光粉的材質(zhì)對(duì)白光LED的衰減影響很大。有加速老化白光LED的作用
②不同廠商的熒光粉對(duì)光衰的影響程度也不相同，這與熒光粉的原材料成分關(guān)系密切。
③選用最好材質(zhì)的白光熒光粉，才有利于衰減控制。
幾種熒光粉的比較
1.石榴石型氧化物：
優(yōu)點(diǎn)：亮度高，發(fā)射峰寬，成本低，應(yīng)用廣泛
缺點(diǎn)：只能做出黃粉，激發(fā)波段窄，光譜中缺乏紅光的成分，顯色指數(shù)不高，很難超過85
專利：日亞化學(xué)壟斷
2.硅酸鹽熒光粉：
優(yōu)點(diǎn)：激發(fā)波段寬，綠粉和橙粉較好
缺點(diǎn)：發(fā)射峰窄，對(duì)濕度較敏感，缺乏好的紅粉，不太耐高溫，不適合做大功率LED，適合用在小功率LED
專利：仍為豐田合成、日亞化學(xué)、歐司朗光電半導(dǎo)體等公司所擁有
3. 氮化物與氮氧化物熒光粉：
優(yōu)點(diǎn)：激發(fā)波段寬，溫度穩(wěn)定性好，非常穩(wěn)定紅粉、綠粉較好，藍(lán)色到紅色的全部色域
缺點(diǎn)：制造成本較高，發(fā)射峰較窄
專利：荷蘭Eindhoven大學(xué)、日本 材料科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(NIMS)、三菱化學(xué)公司、Ube工業(yè)與歐司朗光電半導(dǎo)體，北京宇極科技。
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