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LED LAMP工艺

引脚式封装

(1)引脚式封装结构

          LED引脚式封装采用引线架作为各种封装外型的引脚,常见的是直径为5mm的圆柱型(简称Φ5mm)封装。

(2)引脚式封装过程(Φ5mm引脚式封装)

①  将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上(一般称为支架);

②  芯片的正极用金属丝键合连到另一引线架上;

③  负极用银浆粘结在支架反射杯内或用金丝和反射杯引脚相连;

④  然后顶部用环氧树脂包封,做成直径5mm的圆形外形;

      反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光,向期望的方向角内发射。

(3)引脚式封装原理

          顶部包封的环氧树脂做成一定形状,有这样几种作用:

①  保护管芯等不受外界侵蚀;

②  采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂)起透镜或漫射透镜功能,控制光的发散角。

2. 主要工艺说明

 (1)芯片检验

       用显微镜检查材料表面

  • 是否有机械损伤及麻点;
  • 芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求;
  • 电极图案是否完整。

(2)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。

      采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张,使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。

(3)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。

(4) 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。

(5)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。

(6)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。

(7)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。

(8)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的压焊工艺有两种:

  • 金丝球焊
  • 铝丝压焊

1)铝丝压焊过程:

  • 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。

2)金丝球焊过程:

   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。

(9)点胶封装

      点胶封装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)

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。

(10)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。

(11)模压封装

①   将压焊好的LED支架放入模具中,

②   将上下两副模具用液压机合模并抽真空,

③   将固态环氧放入注胶道的入口加热,

④   用液压顶杆压入模具胶道中,

⑤   环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。

(12)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。

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。

(13)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。

(14)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。

(15)包装

         将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。

3. 封装设备

1)金相显微镜

2)晶片扩张机

3)点胶机

点胶机和固晶机一样,精度要求高,这样才能有效的控制胶量。

     胶量如果太多,芯片贴上去后就容易让多余的胶挤压出,阻挡和吸收的芯片周围的发光,而且对反射杯壁发射出的光吸收,影响了光亮度;

     如果胶量太少,特别是进入焊线的工序时,使得芯片从杯底脱落,就会引起死灯、漏电等等而造成次品。

4)背胶机

5)固晶机

LED的晶粒放入封装位置的精确与否影响整件封装器件的发光效能,若晶粒在反射杯内的位置有所偏差,光线未能完全发射出来,影响成品的光亮度。

     因此,固晶机必须选择高精度的固晶机,最好是拥有先进的预先图象识别系统。

6)焊线机

焊线机在用之前,要调好1焊和2焊的功率,温度,压力;以及超声波的温度,功率。

     让这些参数能够让金线承受5g的拉力,这样才不会让以后的烘烤工序因为物质的膨胀系数不同而导致金线断裂或者脱焊。

7)灌胶机

灌胶机的针头必须都是保持在同一水平的位置,而且漏胶的通道不能有渣滓,而且密封的很好,针头也必须隔段时间进行清理。

     由于封装后所形成的是由环氧树脂形成的一层光学“透镜”,倘若这层透镜中混有杂质就会使得出光效率不好,而且光斑中也会有黑点。

8)烤箱

烤箱必须是循环风,而且烤箱的隔层的托盘必须是保持水平的。

     在做白光LED的时候,点好的荧光粉必须要在烤箱内烤干,但是如果不是循环风和隔层的托盘,烤出的荧光粉分布不均匀,造成光斑的不均匀,还有可能造成荧光粉的溢出。

9)液压机

10)切脚机

11)测试机

12)分光分色机

 


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