1、LED 物料基本知識LED (Light Emitting Diode)俗稱發光二極管,是一種依靠半導體 PN 結發光的光電元件,就 LED LAMP 而言,它由電子元件和封裝系統組成 .相應的,其基本原料組成可分為電子元件材料,封裝材料.輔助材料三大類.一. 電子元件材料電子元件材料包括晶片.金線.支架.銀膠,正是由這些材料聯結成一個發光的閉路電子元件.1.晶片的基本構造:A.晶片P LayerN LayerN SubstrateN-electrode晶片的基本構造就是由電極.基板.PN 結構成.其中 PN 結是晶片結構中最重要的部分,晶片發光就是通過 PN 結的自由電子移動來實現的,目前晶
2、片常用的電極有金電極.鋁電極兩種,底部背金層有點背金.全背金兩種方.式一般情況下,我們采用全背金,這樣是為了保證PN 結發出的光線能最大限度地反射出去,但這樣電極面積增大,會造成吸收光量的增加.基板常用的材質有 GaP.GaAs 等,它們主要作用有二 :1)抗震動 .沖擊;2)散熱 ;2.晶片的發光原理:半導體元素與 N 層半導體元素由于電子移動而重新排列組合 ,形成 PN 結合層,從而使之處于相對穩定的狀態;但一旦在外力作用下,施加正向電壓 ,N 區自由電子即向P 區運動, P 區的空穴源源不斷地游向 N 區,在電子空穴作定向移動的同時,電子空穴互相結對,激發出光子,產生光能.3.晶片的分類
3、:3.1 按組成的種類分為:二元晶片,如 GaP/GaP,GaN三元晶片,如 GaAlAs.GaAsP.InGaN 等.四元晶片,如 AlGaInP AlGaInAs.3.2 按發光顏色可以划分為:紅色晶片 材質: GaP, GaAlAs, AlGaInP P-electrodePN junction(Emiting Light Layer)橙色晶片 材質: GaAlAs AlGaInP黃色晶片 材質: GaAlAs AlGaInP綠色晶片 材質: GaP, AlGaInP (藍綠 BG)Bluish Green (500nm-520nm)(純綠 PG)Pure Green (520nm-55
4、0nm)(標準綠 SG) Standard Green(550nm-560nm)(黃綠 YG) Yellow Green(560nm-570nm)藍色晶片 材質: SIC. GaN ZnSe InGaN3.3 按晶片電極性划分:P/N 極晶片N/P 極晶片單面雙電極晶片,一般為藍色晶片.如 UOE.Emcore Blue chip.3.4 按發光類型划分:表面發光型 光線大部分從晶片表面發射出來.五面發光型 表面.側面都有較多成份的光線射出.3.5 按 PN 結類型划分:同質結晶片異質結晶片雙異質結晶片4.晶片的重要性能指標4.1 Vf 順向電壓,執行 LED 亮燈之電流對應之二極體的電壓值,
5、有電流產生,自由電子作定向移動,存在電位差,產生電壓降.4.2 Iv 光強,LED 點亮時所能觀測到的亮度值 ,單位 cd(candela),lcd=1000mcd.4.3 Ir 反向電流 ,在限定條件下反向漏電流,為二極體的基本特性,Ir 越小越好,產生原因為電子的不規則移動.4.4 d 主波長.發光體大部分電磁波的發射距離.4.5 p 峰值波長,LED 晶片發光為雜色光 ,其所發出的最遠的電磁波的發射距離.4.6 光譜寬度,晶片的發光為雜色光,它是由不同頻率的電磁波組合而成,組成光線的最小頻率電磁波與最大頻率電磁波之間的距離稱為光譜寬度.5. 晶片發光效率 是衡量晶片將電能轉化為光能的能力
6、的一個重要指標.=F/(Vf*If)F:光通量 ,單位為 1m.:發光效率,單位為 1m/w.提高晶片發光效率的途徑有:5.1 提高內量子效率,可從以下三個方面考慮:a.晶體品質b.能隙型態c.元件結構(單質或雙質)5.2 增加光輸出效率:a.采用電流散布層 ,減少電極附近光損失 .b.增加基板透光性.6. 生產中多發問題6.1 VF 升高,主要有以下原因造成:a.晶片本身品質b.銀膠點得太多c.銀膠烘烤程度不夠 ,因此應嚴格控制烘烤溫度與時間d.金線焊球大小不當6.2 IR 升高,主要有以下原因造成:a.晶片本身品質b.銀膠點得太多,嚴重的會造成短路c.靜電影響,一般地 ,藍色晶片在 50V
7、 的靜電下將會被擊死d.焊線壓力控制不當,造成晶片內崩引起 IR 升高B.金線1.金線中金元素含量在 99.99%以上,同時含有數個 PPM 計的 Ag.Cu.Fe 等參雜元素,用以增強其延伸率.韌性.可焊接性,常用的金線直徑有 1.0mil.1.2mil 等.linch=1000mil lmil=0.0254mm直徑越大,焊接性能越牢固,但焊點也會增大,影響發光 Pattern,產生遮光.2.下面是直徑為 1.0mil 與 1.2mil 的金線機械性能比較表:Dia Weight Property at Room Temp Property at high TempMil m mg/200m
8、m TYPE BreakingLoad(gr)Elongation(%) BreakingLoad(gr)Elongation(%)1.0(0.05)2.5(1.0)1.75-2.05HS-HHS-LHS-M9.013.09.013.08.012.02.07.03.08.02.06.06.07.0- -1.2(0.05)30(1.0)2.55-2.05HS-HHS-LHS-M14.018.015.019.013.018.03.010.04.010.03.08.08.09.0- -C.支架1.支架的材質有:鐵材.銅材.常用的為鐵材,它是不同化學成分的冷軋鋼;銅材有青銅、黃銅兩種,其導熱.導電性能
9、較鐵材支架優良,用于高單價,特殊產品.2.支架是將素材沖壓成形,經由一系列的電鍍工藝而獲得,基電鍍工藝流程為:素材熱脫脂(60) 水洗電解脫脂水洗酸活化水洗鍍銅回收預鍍銀水洗回收鍍銅水洗回收鍍鎳水洗酸中和水洗回收工業厚銀回收水洗防變色處理水洗熱水洗烘干3.支架的碗杯深度.碗杯形狀及張角非常重要,它直接影響成品,燈的發光角度,支架的鍍銀層也十分重要,碗杯內的鍍銀層厚度及均勻度不僅決定支架本身抗熱,抗沖擊性能及使用壽命,也決定碗杯反射度,進而影響到光線的吸收與射出.一般地,固焊區銀層厚度在 2.0m 以上,非功能區銀層厚度在 1.2 m 以上.4.支架按杯型可分為平頭支架(廣角度),圓杯支架,橢圓
10、杯支架,雙晶橢圓杯支架,特殊支架等.D.銀膠1.銀膠主要化學成分為銀粉玻璃沙,環氧樹脂,稀釋劑同時含有少量的 C1.Na.K.其用途有二:1)導通支架與晶片;2)將晶片粘附于支架碗杯底部2.保存方式:須冷藏以維持粘度及避免填充物沉殿,啟用前,先置于室溫.解凍後方可使用,如有 分離現象,可輕微攪拌到均勻為止,避免空氣進入.3.透明膠不吸光,能使光線產生全反射,有利于提高光線輸出效率,因此有時在制作白燈等高檔 lamp 時,采用透明膠代替銀膠,但透明膠 TG 點較低,不易焊線.,同時增加散熱難度.4.COTCO 常用的銀膠有 ST-3007-20、5052MV 兩種. ST-3007-20 的 T
11、G 點約120140, 5052MV 的 TG 點為 67.5.烘烤溫度與熱導率的關係曲線: 點 烘 烤 溫 度熱導率 到 達 點 後 熱 導 率 已 達 飽 和 .如 點 後 繼 續 增 加 ,則 為 不 正 常正常情況下,銀膠硬化越充分,其熱導率、導電率、粘著強度都達到最佳狀態.造成 b 現象產生的原因為:樹脂和硬化劑都已分解 ,剩餘的金屬成份(Ag)所造成的升溫現象.此時強度與電氣特性都會下降並惡化.銀膠在溫度突然激升時, 硬化劑會分解.因此物件的加溫過程要徐進緩升.二. 封裝材料1.相關述語與基本知識1)Tg(Glass Transtation Temperature):玻璃轉移溫度,
12、高分子材料由硬而脆之玻璃狀態轉高為轉而溫之橡膠態之溫度範圍.2)硬化的定義:化學上-完全反應.工業上-使用時能得到最佳性質所必須的硬化程度.3)放熱效應 :環氧樹脂與硬化劑瓜是放熱反應,環氧樹脂的熱傳導很差 ,粘度又大,所增加的熱不易肖散,對整體來說,此系統的反應是處于絕熱狀態,熱量效應與樹脂的重量.模具的形狀也有關系,在反應過程中,因熱量的積,常使中心反應溫度比其他地方高.4)DSC(Differential Scanning Colorimetry):示差掃描熱卡分析,用于材料的分子形態.運動相度化和溫度關系分析,如:玻璃轉移.結晶.熔融 .硬化或交職.氧化誘導溫度或時間.純度.老化.相容
13、性等.5)TMA(Thermal Mechanical Analysis):熱流機械分析,用于材料尺寸.體積安定性分析.6)交聯密度 :單位長度內的交聯點7)玻璃轉移溫度(Tg)高于使用溫度 5-10%適合.當同一配方,其所得硬化物玻璃轉移溫度(Tg)愈高時 :a.交聯密度較高 ;b.硬度愈高,對機械或熱應力而言脆;c.收縮愈大;d.內應力愈大(收縮內應力)e.吸濕性較高 ;f.使用壽命下降;g.Temp-cycle 下降;2.組成 化學成分 特性描述 注意事項環氧樹指(A 膠)Bisphenol A 式氧樹脂;Bisphenol B 式環氧樹脂;環式環氧樹脂Novolac 式環樹脂1.透光性
14、優良,一般的透光率都在 90%以上:2.含 C1.Na.易與晶片 PAD 反應,造成死燈;3.膨脹系數較大;4.同一批材料 Tg 相差很大,一般要求在 31.配制 A.B 膠時,比例要適當,否則會造成 Tg 升高或下降,A膠含量偏高,Tg 升高;B 膠含量偏高,Tg 則下降;2.烘烤時溫度控制要適當,溫度偏高,Tg 下降,溫度偏低,熾烤不完全,Tg 點則升高;3.膠體膨脹系數不能太大,否則受熱易造成金線斷裂而斷路;4.A.B 膠混合使用,一般比例為 1:1,一經混合 A.B 膠即發生交聯反應;5.避免在 40環境儲存;6.儲存于涼干燥地方,避免陽光直射;硬化劑(B膠)酸酐.胺類 1.透光性優良
15、;2.必須與 A 劑配套使用;3.呈酸性,應遠離性環境;4.含酸酣,易吸收空氣中的水分形成羧酸類沉殿物,因此使用後應立即蓋緊,以免變質.7.前後更化溫度選擇和適當,太低(在 gel-Tg 以下,) 將導致:1)凝膠化與玻璃化同時發生,當溫度再偏高,仍呈液體狀;2)轉化率不夠,硬化不完全,且所需時間太長,硬化溫度太高,將導致:3)放熱量大,聚溫太高,造成邊邊緣與中心溫差大4)硬化速率太快,微料凝膠小;5)網狀結構密度小,Tg 代;6)抗化學性低,特性差;色劑 有機染料環氧樹脂1.色劑絕大部分環氧樹脂,因此添加色劑時應添加等量的硬化劑;2.放置有結晶析出現象,因此使用前應在 80-110預熱數小時
16、,并攪拌均勻後才使用,紅色易溶,80加熱即可, 黃色,橙色較難溶,在110-120加熱至透明溶解為止;1.避免與不同廠商 A.B.DP 混合使用;2.影響染料顏色變化的因素有:1)溫度 2)PH 值 3)使用條件3.應貯存于陰涼干燥的地方;4.貯存溫度應低于 40擴散劑(油膏狀)CaCO3 Alumina Silica 1.高粘度沒膏狀產品;2.礦石類填充料與樹脂組成之產品,填充物有沉傾向;1.填充物有沉殿,使用前應攪攔均勻,召沉殿情形嚴重甚至有塊狀物質存在時,應先用白色研缽分散均勻後取用;2.過有結晶情形發生時,可在 5060烘烤 12hours 後使 環氧樹脂 3.有沉殿式與非沉殿式兩種;
17、4.具散光功能,使光線雜和角度變大,但會導致高密度下降;用; 嚴重地,應先在 6090烘烤 12hours 後攪拌均勻再 使用;離模劑 15%矽膠(粘度為 40000pcs), 85%正已烷.1.揮發性強;2.透明液體;1.為脂肪族碳氫化合物,熱裂可產生 CO 及 CO2,應避免與強氧化劑接觸;2.揮發性強,應密封保存;我們所用的模粒有兩種,即無導柱模料,有導柱模粒.相對而言,模粒無導柱作業方式比有導柱作業更能精確地固定支架位置,從而有效地防止偏心的產生,使用上也更方便.模粒的主要原材料是塑膠及鋼片,并以鋼片為分型面,分兩次注塑成形而制得的.衡量一個模粒的好壞可從以下三個方面來評估:1.尺寸的
18、精度能否到達要求,外觀是否良好;2.TPX 塑膠材料是否單純,熔點是否達到要求,(一般的 TPX 熔點在 225左右);3.使用壽命,即能夠使用的次數,一般要求為 50 次左右;根據模粒形狀,我們可將它分為:1.圓形模粒,常見有 3. 4. 5. 8. 102.方形模粒.常見有 25.553.橢圓型模粒,常見有 54,43 4.子彈型模粒5.特殊型模粒TPX: 結晶性聚烯類化合物a.熔點高達 220到 240,具較高的耐熱性b.極佳的透光性,透光度超過 90%,對紫外光的透過性可達 300400nmc.分子結構中不含極性官能基團,使 TPX 具有極優良的耐化學腐蝕性及耐油性d.TPX 對蒸汽及熱水等,其熱變性不大e.在所有可量產化的工藝塑膠中,TPX 比重最輕f.TPX 具有較低的介電常數g.表面度力較低,所散 TPX 有極佳的離型性,可避免其他污物沾貼在 TPX 的成品物件表面. 三. 輔助材料輔助材料有丙酮、酒精、潔淨水等等,在此不作詳細介紹.
