LED燈珠（led發光二極管）封裝工藝
封裝工藝
1.LED的封裝的任務是將外引線連接到LED芯皮早卜片的電極上，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觀尺寸，散熱對策和出光效果。按封裝形式分類有Lamp-LED、led TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。
  3. LED封裝工藝流程
  a)芯片檢驗
  鏡檢：材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑(lockhill)芯片尺寸及電小是否符合工藝要求電極圖案是否完整
  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，具有背面電極的紅睜含光、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，在膠休高度、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。燒燃穗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芯片電極上壓上點，再將鋁絲拉到相應的支架上方，壓上二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓點前先燒個球，其余過程類似。壓焊是LED裝狀技術中的關鍵環節，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。基本上工藝控制的難點是氣泡、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從模條中脫出即成型。
  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。需要防靜電袋包裝大功率LED封裝工藝分析！-----深圳封裝廠
大功率LED光源光有好芯片還不夠，還有合理的封裝。要有高的取光效率的封裝結構，而熱阻盡可能低，從而光電的性能及可靠性。
一、LED光源封裝工藝
    由于LED的結構形式不同，封裝工藝上也有一些差別，但關鍵工序相同，LED封裝主要工藝有：固晶→焊線→封膠→切腳→分級→包裝。
 二、大功率LED封裝關鍵技術
 1、封裝技術的要求
   大功率LED封裝涉及到光、電、熱、結構和工藝等方面，這些因素既立又影響。光是封裝的目的，電、結構與工藝是手段，熱是關鍵，性能是封裝水平的具體體現。考慮到工藝兼容性及降低生產成本，應同時進行LED封裝設計與芯片設計，否則，芯片制造完成后，可能因封裝的需要對芯片結構進行調整，將可能延長產品研發的周期和成本，甚至會不能實現量產。
 2、封裝結構設計和散熱技術
  LED的光電轉換效率僅為20%～30%，輸入電能的70%～80%轉變成了熱量，芯片的散熱是關鍵。小功率LED封裝一般采用銀膠或絕緣膠將芯片黏接在反射杯里，通過焊接金絲(或鋁絲)完成內外連接，后用環氧樹脂封裝。封裝熱阻高達150～250℃/W，一般采用20mA左右的驅動電流。大功率LED的驅動電流達到350mA、700mA甚至1A，采用傳統直插式LED封裝工藝，會因散熱不良導致芯片結溫上升，再加上強烈的藍光照射，環氧樹脂很容易產生黃化現象，加速器件老化，甚至失效，迅速熱膨脹產生的內應力造成開路而死燈。大功率LED封裝結構設計的是改善散熱性能，主要包括芯片結構形式、封裝材料(基板材料、熱界面材料)的選擇與工藝、將導電與導熱路線分開的結構設計等，比如：采用倒裝芯片結構、減薄襯底或垂直芯片結構的芯片，選用共晶焊接或高導熱性能的銀膠、采用COB技術將芯片直接封裝在金屬鋁基板上、增大金屬支架的表面積等方法。
 3、光學設計技術
  不同用途的產品對LED的色坐標、色溫、顯色性、光強和光的空間分布等要求不同。為提高器件的取光效率，并實現更優的出光角度和配光曲線，需要對芯片反光杯與透鏡進行光學設計。大功率LED通常是將LED芯片安裝在反射杯的熱沉、支架或基板上，反射杯一般采用鍍高反射層(鍍Ag或Al)的方式提高反射效果，大功率LED出光效率還受模具精度及工藝影響很大，如果處理不好，容易導致很多光線被吸收，無法按預期目標發射出來，導致封裝后的大功率LED發光效率偏低。
 4、灌封膠的選擇
  灌封膠的作用有兩點：(1)對芯片、金線進行機械保護;(2)作為一種光導材料，將更多的光導出。封裝時，LED芯片產生的光向外發射產生的損失主要有：(1)光子在LED芯片出射界面由于折射率差引起的反射損失(即菲涅爾損失);(2)光學吸收;(3)全內反射損失。因此，在芯片表面涂覆一層折射率相對較高的透明光學材料，可以減少光子在界面的損失，提高出光效率。常用的灌封膠有環氧樹脂和硅膠。環氧樹脂黏度低、流動性好、固化速度適中，固化后無氣泡、表面平整、有很好的光澤、硬度高，防潮防水防塵性能佳，耐濕熱和大氣老化，成本較低，是LED封裝。硅膠具有透光率高、熱穩定性好、折射率大、吸濕性低、應力小等特點，優于環氧樹脂，但成本較高。小功率LED一般選用環氧樹脂封裝，大功率LED內部通常填充透明度高的柔性硅膠，膠體不會因照射高溫或紫外線出現老化變黃，也不會因溫度驟變而導致器件開路的現象，通過提高硅膠折射率，可減少菲涅爾損失，提高出光效率。
 5、熒光粉涂敷量和均勻性控制技術
  大功率白光LED的發光效率和光的質量與熒光粉的選擇和工藝過程有關。熒光粉的選擇包括激發波長與芯片波長的匹配、顆粒大小與均勻度、激發效率等。熒光粉涂覆根據藍光芯片的發光分布進行調整，使混出的白光均勻，否則會出現藍黃圈現象，嚴重的會影響光源質量，激發效率也會大幅下降。熒光粉與膠體的混合配方及涂膠工藝是LED光色在空間分布均勻和一致性的關鍵。將熒光粉與膠按一定配比混合后涂到芯片上，在LED芯片上方形成半球狀。這種分布會使光色的空間分布不均勻，有黃圈或藍圈。另外，在熒光粉涂敷過程中，由于膠的黏度是動態參數、熒光粉比重大于膠產生沉淀，使熒光粉的涂敷量控制增加了更多變數，容易導致白光的光色空間分布不均勻。
 三、大功率LED封裝的可靠性分析
 1、靜電對LED芯片造成的損傷
   瞬間的電場或電流產生的熱使LED局部受損傷，表現為漏電流迅速增加，有時雖能工作，但亮度降低或白光變色，壽命受損。當電場或電流擊穿LED的PN結時，LED內部完全破壞造成死燈。在LED封裝生產線，所有設備都要求接地，一般接地電阻為4Ω，要求高的場所接地電阻為≤2Ω。LED應用流水線設備和人員接地不良也會造成LED損壞。按照LED使用手冊標準規定，LED引線距膠體應不少于3～5mm進行彎腳或焊接，但大多數應用企業做不到，僅相隔一塊PCB板的厚度(≤2mm)進行焊接，也會對LED造成損害。過高的焊接溫度使芯片特性變壞，降低發光效率，甚至死燈。尤其是一些小企業采用40W普通烙鐵手工焊接，無法控制焊接溫度，烙鐵溫度一般在300℃～400℃，LED引線高溫膨脹系數比150℃左右的膨脹系數高幾倍，內部的金絲焊點會因熱脹冷縮將焊接點拉開，造成死燈。
 2、LED器件內部連接線開路
  支架排的優劣是影響LED性能的關鍵。支架排采用銅或鐵經精密模具沖壓而成，由于銅材較貴，大多采用冷軋低碳鋼沖壓LED支架排，鐵支架排鍍銀。鍍銀的作用有兩點：(1)防止氧化生銹;(2)方便焊接。因為每年都有一段時間空氣濕度大，容易造成電鍍差的金屬件生銹，使LED元件失效。封裝好的LED會因鍍銀層太薄而附著力不大，焊點脫離支架造成死燈。另外，封裝的每道工序嚴格操作，任何環節的疏忽都會造成死燈。
   固晶工序，膠量恰到好處，固晶膠點不能過多或過少，多點了膠會返到芯片金墊上造成短路，而少點了膠芯片黏不牢，散熱性能變差。
   焊接工序，要適當配合金絲球焊機的壓力、溫度、時間、功率參數，一般固定時間，而調節其他三個參數。應適中調節壓力，過大易壓碎芯片，太小又易虛焊。焊接溫度一般在280℃。功率調節是指超聲波功率調節，過大過小都不好，以適中為度。金絲球焊機參數的調節，以焊接好的材料用推拉力機檢測不小于10g為合格。
 3、大功率LED可靠性測試與評估
  大功率LED器件與封裝結構和工藝相關的失效模式有光失效(如灌封膠黃化、光學性能劣化等)、電失效(如短路斷路)和機械失效(如引線斷裂、脫焊等)。以平均失效時間定義LED的使用壽命，一般指LED的輸出光通量衰減為初始值的70%的使用時間(用于顯示屏一般為初始值的50%)。通常采取加速環境試驗的方法進行可靠性測試和評估，測試內容包括高溫儲存(100℃，1000h)、高溫高濕(85℃/85%，1000h)、低溫儲存(-55℃，1000h)、高低溫循環(85℃～-55℃)、冷熱沖擊、抗溶性、耐腐蝕性、機械沖擊等。
 四、固態照明對大功率LED封裝的要求
   在固態照明領域的應用LED對大功率白光LED封裝提出新的挑戰，在提高散熱效率、驅動控制系統優化、配光設計方面也有大的提升空間。
 1、進一步提升發光效率
  LED的理論發光效率達到300lm/W以上，目前試驗室大功率白光LED的發光效率超過150lm/W，而量產、的大功率白光LED發光效率僅在70～100lm/W左右，沒有充分發揮出節能優勢。因此，發光芯片的效率有待提高，還要從結構設計、材料技術及工藝技術等方面入手，完善封裝工藝。
 2、進一步提升光譜質量
  人眼習慣于太陽發出的連續光譜的光，目前白光LED光譜的不連續性，尤其是熒光粉轉化的白光LED存在色溫偏高、顯色性不高等問題。開發高顯指和寬光譜的LED光源，滿足照明對光源質量的高要求。
 3、進一步提高光色一致性
 大功率白光LED需要保持良好的發光效率穩定性，不能衰減過快，也不能因為長時間使用，白光顏色發生黃變影響光色質量。
 4、進一步降低成本
 
LED燈具市場化價格是關鍵。目前大功率LED室內照明燈具光源部分占成本較大比重，初次購買成本約為傳統照明燈具的5～10倍。采用新型封裝結構和技術，提高光效/成本比，降低大功率LED的單位流明成本。
   總之，LED封裝是一門涉及光學、熱學、機械、電學、力學、材料、半導體等多學科的研究課題。我國每年智能照明產品的需求超過100萬盞，目前已有“智慧城市”試點193個，通過與數字、互聯網和物聯網等新技術的結合，智能化照明緊隨智慧城市的建設而大放異彩。采用新思路、新工藝、新材料來改進大功率白光LED的封裝，發揮出LED光源節能、環保、安全、舒適等性，才能真正帶來一場照明產業革命LED燈珠具有體積小，耗電量低、命環保等優點，在實際生產研發過程中，需要通過壽命試驗對LED芯片的可靠性水平進行評價，并通過質量反饋來提高LED芯片的可靠性水平，以LED芯片質量。
 引言
   作為電子元器件，LED發光二極管已出現40多年，但長久以來，受到發光效率和亮度的限制，僅為指示燈所采用，直到上世紀末突破了技術瓶頸，生產出高亮度率的LED和蘭光LED，使其應用范圍擴展到交通信號燈、城市夜景工程、全彩屏等，提供了作為照明光源的可能性。隨著LED燈珠應用范圍的加大，提高LED可靠性具有更加重要的意義。
 
    LED具有高可靠性和命的優點，在實際生產研發過程中，需要通過壽命試驗對LED芯片的可靠性水平進行評價，并通過質量反饋來提高LED芯片的可靠性水平，以LED芯片質量，為此在實現全色系LED產業化的同時，開發了LED芯片壽命試驗的條件、方法、手段和裝置等，以提高壽命試驗的科學性和結果的準確性。