莫景莲
桂林海威科技股份股份有限公司，广西 桂林 541004
摘要：LED发光二极管封装是对其晶片的封装，其封装不仅需保护LED晶片，还要有足够的透光性和可靠性。发光二极管的封装方式多种多样，根据发光角度、应用环境、散热设计、成本要求等采用不同的方式和技术，随着LED产品多领域广泛应用，文章结合作者在生产制造LED发光二极管的一些新的想法，对Lamp-LED直插发光二极管封装技术、工艺流程、工艺技术参数、物质组成及关键物料配比进行介绍，为各位工程师提供借鉴与帮助。
关键词：LED发光二极管，封装技术，工艺流程，成分比
一、 概述
被誉为新时代环保绿色的LED产品，发光二极管是其应用的最基本的形态，其封装形式种类繁多。封装的技术方法、工艺流程和设备管控，制造出高品质的LED产品，对下游LED的应用环境和领域影响至深，往往其技术的变革，都会使LED行业带来深刻的变化。根据不同的应用环境采用相应的出光效果、造型尺寸和散热方式。目前应用最为广泛的有直插（Lamp-LED）和贴片（SMD-LED）两种形式，其中Lamp-LED有：346 ,506,草帽灯等型号、SMD-LED有： SMD-3528,SMD-2121, SMD-1010等规格。Lamp-LED直插发光二极管多用于LED户外显示屏、高速路情报板、交通信号灯等室外环境，要求防水、抗UV及稳定可靠性高。相比较贴片方式，其技术工艺更为苛刻。
二、技术背景
LED作为一种固态器件，半导体晶片是其核心，晶片的一端绑定在支架上，形成一个电极，另一端通过金线连接形成另一个电极，被环氧树脂整个包裹封装起来。大家知道，PN结是其发光原理，当多数的电子和少数空穴相复合，产生不同的性质和能级，就会辐射出各种不同波长的光，如可见光、紫外光以及激光。对于可见光而言，光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
LED晶片的工艺类型有多种，取决与衬底材料与外延层的介质。目前主要是在以砷化镓、磷化镓、蓝宝石、碳化硅等材料为衬底上做GaN、InGaAlP、GaAlP等介质的外延层。在外延层的P层和N层上分别做出正负电极，这类晶片为表面双极的晶粒外观。以碳化硅为衬底，在衬底下做出负电极，在外延层的P层做出正电极，此类晶片为表面单极的晶粒外观。由于晶片的衬底材料、电极引出方式的差异，对封装材料、固晶、键合的工艺都有不同的要求。如直插（Lamp）作为20多年前的主流封装现已被平面取代，但在一些特殊的或对外形有要求的场合仍有无法替代的应用，对其封装工艺提出了新的要求。特别对工艺流程的设置、封装设备、封装的物料以及工艺中的每一个环节的控制都非常重要。
三、LED封装工艺流程的主要步骤及所用设备：
1.点胶（银胶或绝缘胶）--点胶机
2.固晶（LED晶片固定在银胶上）--固晶机
3.短烤（LED晶片固定在支架的碗杯里）--烤箱
4.压焊金线（Led晶片电极通过金线焊接到支架的焊盘上）--焊线机
5.灌胶（模条卡位，DP扩散剂，脱模机）--灌胶机，真空泵
6.烘烤（短烤+长烤）-- 烤箱
7.一切、二切（切掉连接部分，以便进行电测）--切模机
8.分光分色-- 自动分光分色机
9.成品检验-- 测试机等
10. 防静电包装入库—编带机
四、LED封装过程关键工序技术参数、要点分析阐述：
1.排支架?
发现变黄、变黑不正常颜色和变形的支架,应将其挑选出，采用超声波清洗LED支架，且烘干，保证品质要求。
2.扩晶
2.1晶片检验：
扩晶前需对晶片材料的外观、尺寸、电极大小及电极图案等参数进行检查。
2.2扩片：
划片后间距很小(约0.1mm)，对下工序操作不利。现一般采用扩晶机进行扩晶，扩晶前需注意热机和预热，按规范要求操作，其温度一般设在65-75℃。
3.点胶
在支架的碗部中心上胶。对于具有背面电极的红光、白光等晶片，采用银胶；对于蓝宝石绝缘衬底的绿光、蓝光晶片，采用绝缘胶。关键是对点胶的量、胶体高度、点胶位置等进行控制。因银胶和绝缘胶在存储和使用都要求极高，工艺过程中需对银胶的醒料、搅拌、使用时间等关键参数加以监控。其注意点有：
3.1从冰箱取出,室温醒料30min,完全解冻后,搅拌均匀(约20-30min)再将其装入点胶注射器内；
3.2需点到碗杯中心；
3.3量要适宜，固晶时银胶能包住晶片，占晶片各面高度约为1/3-1/4（1/5以下量过少），并保持晶片周围2/3以上不粘胶，且需点在固晶区中间(偏心小于晶片直径的1/3)。
4. 烧结固晶
固晶时，需对温度进行监控，一般控制在150℃，2h；绝缘胶一般150℃，1h。烘箱在正常工作中不得随意打开，严格按工艺间隔2h(或1h)打开并更换烧结的产品。烧结烘箱不得再作它用，防止污染。
5.压焊金线
焊线是一关键技术环节，为将电极引到晶片上，将产品内外引线连接。丝线的材料、压焊压力、钢嘴型号及运动方式等均会影响产品质量。主要工艺参数有：
5.1焊线机温度一般设置为220℃左右；
5.2设好第一焊点的压力，一般在55~70克之间；第二焊点压力，一若在90~115克之间，且应落在支架四边的范围内；
5.3焊线弧度高度H为大于1/2、小于3/2晶片高度，拉力需控制好；
5.4断焊、虚焊、脱焊为不合格，需承受5g以上拉力，且需控制尾丝长度；
6.灌胶
灌封、点胶、模压是LED封装的主要方法。气泡、多缺料、黑点是关键点，也是难点。设计上需严把材料关，选用质优的环氧树脂（AB胶）和支架，避免因灌封胶与支架的胀缩系数偏差过大，出现缝隙，湿气、潮气进入管内，导致晶片氧化、接触不良及脱落等质量隐患。直插管采用灌封形式，是在LED成型模腔内注入液态环氧树脂（AB胶），插入压焊好的LED支架，然后放入烘箱让胶固化，将LED从模腔中脱出即成型。主要参数要求有：
6.1各种胶均匀无杂质，配制准确，且搅拌均匀，倒入盛胶槽后，盖好盖，尽量避免胶体在空气中暴露。
6.2盛胶槽一次倒胶需适量，不超过2/3，使用时无汽泡，灌胶机的下胶速度要适宜，过快易产生汽泡，太慢则影响生产效率；机台4小时清洗一次。
7.烘烤
AB胶固化，先短烤, 一般135度，1h；为使胶固化充分，同时对LED进行热老化，需进行长烤，对提高胶与支架的粘接强度至关重要,视LED管直径大小，时间有所不同，一般在125度，4~6h。
8.切筋
因不是单个生产，需采用切筋切断LED支架的连筋。一般情况下是正切，晶片极性反向时为反切，切后的LED，不得有毛刺，切坏等不良现象
9.测试及分光分色
9.1进行光电参数、外形尺寸等测试，不同档位的产品需分类标识。将外观、不亮、汽泡、偏心等不良品挑出.
9.2LED主要参数及分色原理：
(1)正向电流/电压(If/Vf)，反向电压/漏电流(Vr/Ir< 10Ua)，波长 Xd，光强Iv，视角2Q1/2；
（2）分光分色原理：
1） 正向电压 Vf -- 一般以0.2V分bin间隔做一档；
2）波长分bin ：Xd， R = 625nm，G= 525nm，B= 472nm，A/Y= 580nm，±2nm 作为一个挡
3）亮度挡：Iv （mcd）： 一般以 20% 作为一个挡位。
10.编带包装
计数包装，因对静电较为敏感，需做好预防和消除静电的工作，采用防静电包装方式。
五、LED发光二极管的物料成份及配比：
作为一种半导体组件，主要由晶片、支架、金线和AB胶等物料加工而成。设备、日产量及生产环境温度等不同，其物料配比会有所不同，需经试验确认方可进行批量生产，在此提供直径3mm的红色（R）灯珠的物料及其配比参考数据（G/B两种不同颜色灯管分别换对应色剂即可），如下表1
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六 总结
LED作为新的固态冷光源，因具有体积小、重量轻、响应速度快、结构紧凑、寿命长，光效高及环保等优点而被广泛应用于照明、显示屏等领域。当前，由于LED所具有的以上优势，已成为当今社会的主流光源；随着LED高效率、大功率、高稳定性的深入发展，LED封装技术面临着巨大的挑战，变得越来越重要，此封装工艺技术及分析为 LED在生产制造与研究应用等方面的问题提供了解决的思路和参考。
参考文献
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