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LED封装工程师的个人调研总结
  . 材料和配件

  封装配件:透镜,支架,键合线

  封装材料:固晶胶,密封胶,荧光粉

  LED支架

  ①PPA高温尼龙,耐温更高,吸湿更少,热稳定,光稳定,热变形温度约在300度,可过回流焊肯定没问题共晶焊制程,基本也能承受 共晶焊

  ②LCP塑胶支架,液晶树脂,可满足温度高的共晶焊,有长期耐黄变性,但无法做到PPA能的白度,初始亮度较差而无法大量推广。

  ③陶瓷LED支架散热性好,价格较为昂贵,约为PPA支架的10

  支架镀银:提高光反射率

  失效模式:

  银层与空气中硫化氢、氧化合物、酸、碱、盐类反应,或经紫外线照射,发黄发黑,并导致密封胶和支架剥离。

  键合线

  金线:电导率大、耐腐蚀、韧性好,最大优点是抗氧化,常用键合线

  金银合金线:适用于LED直插和SMD产品封装焊线

  镀钯铜线:适用于LED直插和集成电路封装焊线

  铜线:高纯铜,适用于功率器件封装焊线,价格金线10%-30%,电导热导 机械性能,焊点可靠性大于金

  金线失效模式:

  ①虚焊脱焊,工艺不当,芯片表面氧化

  ②和铝的金属间化合物:“紫斑”(AuAl2)和“白斑”(Au2Al) AuAl两种元素的扩散速率不同,导致界面处形成柯肯德尔孔洞以及裂纹。降低了焊点力学性能和电学性能

  铜线失效模式:

  ①铜容易被氧化,键合工艺不稳定

  ②硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝,键合时需要更大的超声能量和键合压力,硅芯片造成损伤

  透镜

  1.硅胶透镜:耐温高(可过回流焊),体积较小,直径3-10mm

  2.PMMA透镜:光学级PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯,即亚克力),塑胶类材料

  优点:生产效率高(注塑);透光率高(3mm93%);

  缺点:耐温差(热变形温度90度,PMMA灯罩须增加光源和灯罩的距离,或降低光源功率)

  3.PC透镜:光学级尼龙料 (PC)聚碳酸酯,塑胶类材料

  优点:生产效率高(注塑);耐温高(130度以上);

  缺点:透光率稍底(87%)

  4.玻璃透镜:光学玻璃材料,具有透光率高(97%)耐温高等特点

  缺点:易碎、非球面精度不易实现、生产效率低、成本高等。

  一次透镜:PMMA,硅胶

二次透镜:PMMA,玻璃

灌封胶,固晶胶

  灌封胶作用:

  1.对芯片进行机械保护,应力释放

  2.一种光导结构

  3.折射率介于芯片和空气之间,扩大全反射角,减少光损失

  硅胶

  按分子链基团的种类分:

  ①甲基系有机硅胶(大部分,耐侯性更好)

  ②苯基系有机硅胶(成本高,折射率更好)

  按使用领域分:

  ①透镜填充硅胶

  ②LED固晶硅胶

  按硫化条件分:

  ①高温硫化型LED硅胶(聚硅氧烷,分子量4080)

  ②室温硫化型LED硅胶(分子量36万,双组分和单组分包装)

  硅胶优点:

  1.耐温

  Si-O键为主链结构,键能121千卡/克分子,高于C-C82.6,热稳定性高,高温或辐射化学键不断裂,也耐低温,化学,物理,机械性能,随温度的变化小。

  2.耐候性

  主键为Si-O,无双键,不易被紫外光和臭氧分解。自然环境下可使用几十年。

  3.电气绝缘性能

  介电损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数好,电气性能受温度和频率的影响很小。良好拒水性,在湿态条件下使用具有高可靠性。

  4.低表面张力和低表面能

  疏水、消泡、泡沫稳定、防粘、润滑、上光等性能优异。

 在LED上的应用

  (1)固晶:混合银粉以提高导热效果,称为固晶银胶。

  (2)混荧光粉硅胶

  (3)表面填充LED硅胶:保护LED芯片,大功率LED透镜内填充、透镜模封、贴片式平面封装、COB式大面积不规格封装等。

  硅胶失效模式

  非法添加造成的硅胶失效:

  ①添加环氧树脂,对PPA的附着会提高,对固化,透光折射和MOD硬度没影响,但会造成胶层的黄变,苯基类的硅胶也会引起变黄。

  ②添加荧光粉,添加填充物达到要求的硬度,胶层在固化后发生黄边,为了控制颜色的发黄,所以添加荧光粉,半年时间就会失效

  硅胶使用中遇到的各种问题:

  ①固化后表面起皱,由收缩所引起胶中添加有溶剂型的硅树脂造成。

  ②出现界面层。采用同类物质想近的原理,改变硅胶与其的亲合力。

  ③荧光粉发生沉淀,室温固化型的胶,因为在硅胶中为了保持其透光性,折射率等,所以不能添加任何的悬浮剂进去,换成升温固化的产品,可以解决这个问题。

  ④固化后表面不够光滑,这是因为胶遇到SP等中毒引起,需清洗下模具等系列工具

  环氧树脂

  成形性、耐热性、良好的机械强度及电器绝缘性。

  添加剂:

  为满足各种要求,需添加硬化剂、促进剂、抗燃剂、偶合剂、脱模剂、填充料、颜料、润滑剂

  失效模式:

  ①环氧树脂在短波照射或者长时间高温下会变黄。

  ②过回流焊时,环氧耐高温性能差导致环氧与衬底分离,产生光衰死灯等情况,所以应用在大功率照明上时寿命很短。

  环氧树脂因为价格低廉(和硅胶完全不是一个级别),而且储存、使用和可加工性也较硅胶优越,所以低功率LED和一些光感元器件依然使用环氧树脂封装

 荧光粉

  白光的几种实现形式

  1.蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉

  460nm波长的蓝光芯片上涂一层YAG荧光粉,利用蓝光LED激发荧光粉以产生与蓝光互补的555nm波长黄光,并将互补的黄光、蓝光混合得到白光。

  2.蓝色LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉

  芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光。

  3.紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧光粉

  利用该芯片发射的长波紫外光(370nm-380nm)或紫光(380nm-410nm)来激发荧光粉而实现白光发射。

  失效模式:

  ①荧光粉的材质对白光LED的衰减影响很大。有加速老化白光LED的作用

  ②不同厂商的荧光粉对光衰的影响程度也不相同,这与荧光粉的原材料成分关系密切。

  ③选用最好材质的白光荧光粉,才有利于衰减控制。

  几种荧光粉的比较

  1.石榴石型氧化物:

  优点:亮度高,发射峰宽,成本低,应用广泛

  缺点:只能做出黄粉,激发波段窄,光谱中缺乏红光的成分,显色指数不高,很难超过85

  专利:日亚化学垄断

  2.硅酸盐荧光粉:

  优点:激发波段宽,绿粉和橙粉较好

  缺点:发射峰窄,对湿度较敏感,缺乏好的红粉,不太耐高温,不适合做大功率LED,适合用在小功率LED

  专利:仍为丰田合成、日亚化学、欧司朗光电半导体等公司所拥有

  3. 氮化物与氮氧化物荧光粉:

  优点:激发波段宽,温度稳定性好,非常稳定红粉、绿粉较好,蓝色到红色的全部色域

  缺点:制造成本较高,发射峰较窄

  专利:荷兰Eindhoven大学、日本 材料科学国家实验室(NIMS)、三菱化学公司、Ube工业与欧司朗光电半导体,北京宇极科技。

 

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