LED封装步骤、寿命预测、参数讲解
一、生产工艺
1.生产：
a) 清洗：采用超声波清洗PCB或LED支架，并烘干。
b) 装架：在led管芯（大圆片）底部电极备上银胶后进行扩张，将扩张后的管芯（大圆片）安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED支架相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。
c)压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流注入的引线。LED直接安装在PCB上的，一般采用铝丝焊机。（制作白光TOP-LED需要金线焊机）
d)封装：通过点胶，用环氧将LED管芯和焊线保护起来。在PCB板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉（白光LED）的任务。
e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED，则在装配工艺之前，需要将LED焊接到PCB板上。
f)切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等。
g)装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。
h)测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好。
2.包装：将成品按要求包装、入库。
二、封装工艺
1. LED的封装的任务
是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好led芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。
2. LED封装形式
LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。led按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。
3. LED封装工艺流程
a)芯片检验
镜检：1、材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill） ；
2、芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求 ；
3、电极图案是否完整。
b)扩片
由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。
c)点胶
在led支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。（对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光led芯片，采用绝缘胶来固定芯片。）
工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。
由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。
d)备胶
和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在led背面电极上，然后把背部带银胶的led安装在led支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。
e)手工刺片
将扩张后LED芯片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品.
f)自动装架
自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤，先在led支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将led芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。
自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对led芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。
g)烧结
烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。
银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170℃，1小时。
绝缘胶一般150℃，1小时。
银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。
h)压焊
压焊的目的将电极引到led芯片上，完成产品内外引线的连接工作。
LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。右图是铝丝压焊的过程，先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。
压焊是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝（铝丝）拱丝形状，焊点形状，拉力。
对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金（铝）丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀（钢嘴）选用、劈刀（钢嘴）运动轨迹等等。（下图是同等条件下，两种不同的劈刀压出的焊点微观照片，两者在微观结构上存在差别，从而影响着产品质量。）我们在这里不再累述。
i)点胶封装
LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。（一般的LED无法通过气密性试验） 如右图所示的TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高（特别是白光LED），主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。
j)灌胶封装
Lamp-led的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在led成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的led支架，放入烘箱让环氧固化后，将led从模腔中脱出即成型。
k)模压封装
将压焊好的led支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个led成型槽中并固化。
l)固化与后固化
固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135℃，1小时。模压封装一般在150℃，4分钟。
m)后固化
后固化是为了让环氧充分固化，同时对led进行热老化。后固化对于提高环氧与支架（PCB）的粘接强度非常重要。一般条件为120℃，4小时。
n)切筋和划片
由于led在生产中是连在一起的（不是单个），Lamp封装led采用切筋切断led支架的连筋。SMD-led则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。
o)测试
测试led的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选。
p)包装
将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。
如何预测LED的寿命
一切事物都有发生、发展和消亡的过程，LED也不例外，是有一定寿命的。早期的LED只是手电筒、台灯这类的礼品，用的时间不长，寿命问题不突出。但是现在LED已经开始广泛地用于室外和室内的照明之中，尤其是大功率的LED路灯，其功率大、发热高、工作时间长，寿命问题就十分突出。过去认为LED寿命一定就是10万小时的神话似乎彻底破灭了。那么到底问题出在哪里呢？
假如不考虑电源和驱动的故障，LED的寿命表现为它的光衰，也就是时间长了，亮度就越来越暗，直到最后熄灭。通常定义衰减30%的时间作为其寿命。
那么LED的寿命能不能预测呢？这个问题无法简单地回答，需要从头讲起。
1．LED的光衰：
大多数白色LED是由蓝色LED照射黄色荧光粉而得到的。引起LED光衰的主要原因有两个，一个是蓝光LED本身的光衰，蓝光LED的光衰远比红光、黄光、绿光LED要快。还有一个是荧光粉的光衰，荧光粉在高温下的衰减十分严重。各种品牌的LED它的光衰是不同的。通常LED的厂家能够给出一套标准的光衰曲线来。例如美国Cree公司的光衰曲线就如图1所示。
图1. Cree公司的LED的光衰曲线
从图中可以看出，LED的光衰是和它的结温有关，所谓结温就是半导体PN结的温度，结温越高越早出现光衰，也就是寿命越短。从图上可以看出，假如结温为105度，亮度降至70%的寿命只有一万多小时，95度就有2万小时，而结温降低到75度，寿命就有5万小时，65度时更可以延长至9万小时。所以延长寿命的关键就是要降低结温。不过这些数据只适合于Cree的LED。并不适合于其他公司的LED。例如Lumiled公司的LuxeonK2的光衰曲线就如图2所示。
图2. Lumiled 公司的LuxeonK2的光衰曲线
当结温从115℃提高到135℃，就会使寿命从50,000小时降低到20,000小时。
其他各家公司的光衰曲线应当可以向原厂索取。
2．如何才能延长LED的寿命
由图中可以得出结论，要延长其寿命的关键是要降低其结温。而降低结温的关键就是要有好的散热器。能够及时地把LED产生的热散发出去。
在这里我们不准备讨论如何设计散热器的问题，而是要讨论哪一个散热器的散热效果相对比较好的问题。实际上，这是一个结温的测量问题，假如我们能够测量任何一种散热器所能达到的结温，那么不但可以比较各种散热器的散热效果，而且还能知道采用这种散热器以后所能实现的LED寿命。
[1] [2] [3] 下一页