1、 Foshan UniversityLED 封装与工艺课程论文LED 封装与工艺研究 学 院： 理学院 专 业： 光源与照明 学 号： 2011244114 学生姓名： 李贵峰 指导教师： 李娜 二一四 年 六 月1LED 封装与工艺研究姓名：李贵峰 学号：2011244114 班级：11 光源与照明 1 班1. LED 的基本原理与结构LED 是英文 light emitting diode（发光二极管）的缩写。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从 P 区注入到 N 区的空穴和由 N
2、 区注入到 P 区的电子，在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由 P 型半导体和 N 型半导体组成的晶片，在 P 型半导体和 N 型半导体之间有一个过渡层，称为 PN 结。在某些半导体材料的 PN 结中，注入的少数载流子与多
3、数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压） ，电流从 LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。2.LED 芯片的制造工艺简介LED 芯片的制造工艺流程：外延片清洗镀透明电极层透明电极图形光刻腐蚀去胶平台图形光刻干法刻蚀去胶退火SiO2 沉积窗口图形光刻SiO2 腐蚀去胶N 极图形光刻预清洗镀膜剥离退火P 极图形光刻镀膜剥离研磨切割芯片成品测试。外延生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝
4、宝石和、SiC、Si ）上，气态物质 InGaAlP 有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED 外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。其实外延片的生产制作过程是非常复杂的，在展完外延片后，下一步就开始对 LED 外延片做电极（P 极，N 极） ，接着就开始用激光机切割 LED 外延片（以前切割 LED 外延片主要用钻石刀） ，制造成芯片后，在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试。3. LED 封装与工艺简介及比较3.1 LED 封装工艺LED 扩片LED 点胶LED 备胶LED 手工刺片LED 自动装架LED 烧结 LED 压焊LED 封胶LED 固化与后固化LED 切
5、筋和划片LED 测试3.2 两种常见的 LED 封装形式3.2.1 引脚式封装2LED 脚式封装采用引线架作各种封装外型的引脚，是最先研发成功投放市场的封装结构，品种数量繁多，技术成熟度较高，封装内结构与反射层仍在不断改进。标准 LED 被大多数客户认为是目前显示行业中最方便、最经济的解决方案，典型的传统 LED 安置在能承受 01W 输入功率的包封内，其 90%的热量是由负极的引脚架散发至 PCB 板，再散发到空气中，如何降低工作时 pn 结的温升是封装与应用必须考虑的。包封材料多采用高温固化环氧树脂，其光性能优良，工艺适应性好，产品可*性高，可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透
6、镜封装，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果。3.2.2 功率型封装LED 芯片及封装向大功率方向发展，在大电流下产生比 5mmLED 大 10-20 倍的光通量，必须采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光衰问题，因此，管壳及封装也是其关键技术，能承受数 W 功率的 LED 封装已出现。在应用中，可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯 PCB 板上，形成功率密度 LED，PCB 板作为器件电极连接的布线之用，铝芯夹层则可作热沉使用，获得较高的发光通量和光电转换效率。此外，封装好的 SMD LED 体积很小，可灵活地组合起来，构成模块型、导光板型、聚光型、反
7、射型等多姿多彩的照明光源。4.LED 封装技术的基本要求4.1 模组化通过多个 LED 灯(或模组)的相互连接可实现良好的流明输出叠加，满足高亮度照明的要求。通过模组化技术，可以将多个点光源或 LED 模组按照随意形状进行组合，满足不同领域的照明要求。4.2 系统效率最大化为提高 LED 灯具的出光效率，除了需要合适的 LED 电源外，还必须采用高效的散热结构和工艺，以及优化内/外光学设计，以提高整个系统效率。4.3 低成本LED 灯具要走向市场，必须在成本上具备竞争优势(主要指初期安装成本)，而封装在整个 LED 灯具生产成本中占了很大部分，因此，采用新型封装结构和技术，提高光效/成本比，是
8、实现 LED 灯具商品化的关键。4.4 易于替换和维护由于 LED 光源寿命长，维护成本低，因此对 LED 灯具的封装可靠性提出了较高的要求。要求 LED 灯具设计易于改进以适应未来效率更高的 LED 芯片封装要求，并且要求 LED 芯片的互换性要好，以便于灯具厂商自己选择采用何种芯片。5.LED 封装技术发展趋势与先进封装工艺5.1.1 选用大面积芯片封装用 1x1 mm2 的大尺度芯片替代现有的 0.3 x0.3 mm2 的小芯片封装，在芯片注入电流密度不能大幅度进步的情况下，是一种首要的技术发展趋势。5.1.2 芯片倒装技术处理电极挡光和蓝宝石不良散热问题，从蓝宝石衬底面出光。在 p 电
9、极上做上厚层的银反射器，然后颠末电极凸点与基座上的凸点键合。基座用散热杰出的 Si 材料制得，并在上面做好防静电电路。依据美国 Lumileds 公司的成果，芯片倒装约增加出光功率 1.6 倍。芯片散热才能也得到大幅改善，选用倒装技术后的大功率发光二极管的热阻可低到1215/W。5.1.3 开发大功率紫外光 LEDUV LED 配上三色荧光粉供给了另一个方向，白光色温稳定性较好，使其在许多高品质3需求的运用场合（如节能台灯）中得到运用。这样的技术虽然有种种的长处，但仍有适当的技术难度，这些艰难包罗合作荧光粉紫外光波长的挑选、UV LED 制造的难度及抗 UVLED封装材料的开发等等。5.1.4
10、 开发新的荧光粉和涂敷工艺荧光粉质量和涂敷工艺是保证白光 LED 质量的要素。荧光粉的技术发展趋势是开发纳米晶体荧光粉、外表包覆荧光粉技术，在涂布工艺方面发展荧光粉均匀的荧光板技术，将荧光粉与封装材料混合技术。5.1.5 多芯片集成封装当前大尺度芯片封装还存在发光的均匀和散热等问题亟待处理。选用惯例芯片进行高密度组合封装的功率型 LED 可以取得较高发光通量，是一种切实可行很有推行远景的功率型 LED 固体光源。小芯片工艺相对老练，各种高热导绝缘夹层的铝基板便于芯片集成和散热。5.1.6 平面模块化封装平面模块化封装是另一个发展方向，这种 LED 封装的长处是由模块组成光源，其形状，巨细具有很
11、大的灵活性，十分适合于室内光源描绘，芯片之间的级联和通断维护是一个难点。大尺度芯片集成是取得更大功率 LED 的可行方法，倒装芯片布局的集成，长处或许更多一些。5.2 先进封装工艺随着 LED 在照明、小尺寸面板背光源以及室内照明等新应用领域逐渐扩展，高亮度 LED过去数年一直处于高速增长阶段，在 LED 中的比重将逐步加大，已成为 LED 主流产品。要获得高品质高功率的 LED，新的固晶工艺随之而发展出来，其中一种就是利用共晶焊接技术，先将晶粒焊接于一散热基板（soubmount）或热沉（heat sink）上，然后把整件晶粒连散热基板再焊接于封装器件上，这样就可增强器件散热能力，令发光功率
12、相对地增加。至于基板材料方面，硅（Silicon） 、铜（Copper）及陶瓷（Ceramic）等都是一般常用的散热基板物料。大功率 LED 器件代替小功率 LED 器件成为主流半导体照明器件是必然的。但是对于大功率 LED 器件的封装方法我们并不能简单的套用传统的小功率 LED 器件的封装方法与封装材料。大的耗散功率，大的发热量，高的出光效率给我们的封装工艺封装设备和封装材料提出了新的更高的要求。4参考文献1 大功率 LED 封装设计与制造的关键问题研究 刘宗源 华中科技大学 2010-05-21博士2 大功率 LED 封装与应用的自由曲面光学研究 王恺 华中科技大学 2011-05-01博
13、士3 大功率白光 LED 封装设计与研究进展 陈明祥; 罗小兵; 马泽涛; 刘胜 半导体 光电 2006-12-30 期刊4 LED 封装用有机硅材料的研究进展 杨雄发; 伍川; 董红; 蒋剑雄; 邱化 玉; 来国桥 有机硅材料 2009-01-25 期刊5 大功率 LED 封装散热性能分析 陈建龙 华南理工大学 2012-12-01 硕士6 大功率 LED 封装材料的研究进展 王芳; 青双桂; 罗仲宽; 李瑞菲; 施勇 材料导 报 2010-02-10 期刊7 LED 封装材料的研究进展 张保坦; 李茹; 陈修宁; 张帆; 刘白玲; 王公应; 何国锋化工新型材料 2010-04-15 期刊8 功率型 LED 封装用有机硅材料的研究进展 张宇; 王炎伟; 张利萍; 林祥坚 有机硅材料 2011-05-25 期刊
