一、LED單芯片封裝

　　 LED在過去的30多年里，取得飛速發展。第一批產品出現在1968年，工作電流20mA的LED的光通量只有千分之幾流明，相應的發光效率為0.1 lm/W，而且只有一種光色為650 nm的紅色光。70年代初該技術進步很快，發光效率達到1 lm/W，顏色也擴大到紅色、綠色和黃色。伴隨著新材料的發明和光效的提高，單個LED光源的功率和光通量也在迅速增加。原先，一般LED的驅動電流僅為20 mA。到了20世紀90年代，一種代號為“食人魚”的LED光源的驅動電流增加到50-70mA，而新型大功率LED的驅動電流達到300—500 mA。特別是1998年白光LED的開發成功，使得LED應用從單純的標識顯示功能向照明功能邁出了實質性的一步。圖2-1到

A功率型LED封裝技術現狀

　　功率型LED分為功率LED和瓦(W)級功率LED兩種。功率LED的輸入功率小于1W(幾十毫瓦功率LED除外)；W級功率LED的輸入功率等于或大于1W。

　　最早有HP公司于20世紀90年代初推出“食人魚”封裝結構的LED，并于1994年推出改進型的“Snap LED”，有兩種工作電流，分別為70mA和150mA，輸入功率可達0.3W。接著OSRAM公司推出“Power TOP LED”，之后一些公司推出多種功率LED的封裝結構。這些結構的功率LED比原支架式封裝的LED輸入功率提高幾倍，熱阻降為過去的幾分之一。

　　W級功率LED是未來照明的核心，世界各大公司投入很大力量，對其封裝技術進行研究開發。單芯片W級功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的LUXEON LED，該封裝結構的特點是采用熱電分離的形式，將倒裝芯片用硅載體直接焊在熱沉上，并采用反射杯、光學透鏡和柔性透明膠等新結構和新材料，現可提供單芯片1W、3W和5W的大功率LED，Lumileds公司擁有多項功率型白光二極管封裝方面的專利技術。OSRAM于2003年推出單芯片的Golden Dragon”系列LED，其特點是熱沉與金屬線路板直接接觸，具有很好的散熱性能，而輸入功率可達1W。日亞的1W LED工作電流為350 mA，白光、藍光、藍綠光和綠光的光通量分別為23、7、28和20流明，預計其壽命為5萬小時。

B功率型LED封裝技術概述

　　半導體LED若要作為照明光源，常規產品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源相比，距離甚遠。因此，LED要在照明領域發展，關鍵是要將其發光效率、光通量提高至現有照明光源的等級。由于LED芯片輸入功率的不斷提高，功率型LED封裝技術主要應滿足以下兩點要求：①封裝結構要有高的取光效率；②熱阻要盡可能低，這樣才能保證功率LED的光電性能和可靠性。

　　功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長技術和多量子阱結構，雖然其內量子效率還需進一步提高，但獲得高發光通量的最大障礙仍是芯片的取光效率低。現有的功率型LED的設計采用了倒裝焊新結構來提高芯片的取光效率，改善芯片的熱特性，并通過增大芯片面積，加大工作電流來提高器件的光電轉換效率，從而獲得較高的發光通量，除了芯片外，器件的封裝技術也舉足輕重。

功率型LED封裝關鍵技術：

a.散熱技術

　　傳統的指示燈型LED封裝結構，一般是用導電或非導電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯中或載片臺上，由金絲完成器件的內外連接后用環氧樹脂封裝而成，其熱阻高達150～250℃/W，新的功率型芯片若采用傳統式的LED封裝形式，將會因為散熱不良而導致芯片結溫迅速上升和環氧碳化變黃，從而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因為迅速的熱膨脹所產生的應力造成開路而失效。

　　對于大工作電流的功率型LED芯片，低熱阻、散熱良好及低應力的新的封裝結構是功率型LED器件的技術關鍵。可采用低阻率、高導熱性能的材料粘結芯片；在芯片下部加銅或鋁質熱沉，并采用半包封結構，加速散熱；甚至設計二次散熱裝置，來降低器件的熱阻；在器件的內部，填充透明度高的柔性硅膠，膠體不會因溫度驟然變化而導致器件開路，也不會出現變黃現象；零件材料也應充分考慮其導熱、散熱特性，以獲得良好的整體熱特性。

二、封裝工藝

　　1. LED的封裝的任務是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護好led芯片，并且起到提高光取出效率的作用。關鍵工序有裝架、壓焊、封裝。

　　2. LED封裝形式LED封裝形式可以說是五花八門，主要根據不同的應用場合采用相應的外形尺寸，散熱對策和出光效果。按封裝形式分類有Lamp-LED、led TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。

　　3. LED封裝工藝流程

a)芯片檢驗

　　鏡檢：材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑(lockhill)芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整

b)擴片

  由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小(約0.1mm)，不利于后工序的操作。我們采用擴片機對黏結芯片的膜進行擴張，是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴張，但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。

c)點膠

　　在led支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠。(對于GaAs、SiC導電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光led芯片，采用絕緣膠來固定芯片。)工藝難點在于點膠量的控制，在膠體高度、點膠位置均有詳細的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。

d)備膠

　　和點膠相反，備膠是用備膠機先把銀膠涂在led背面電極上，然后把背部帶銀膠的led安裝在led支架上。備膠的效率遠高于點膠，但不是所有產品均適用備膠工藝。

e)手工刺片

　　將擴張后LED芯片(備膠或未備膠)安置在刺片臺的夾具上，LED支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應的位置上。手工刺片和自動裝架相比有一個好處，便于隨時更換不同的芯片，適用于需要安裝多種芯片的產品.

f)自動裝架

　　自動裝架其實是結合了沾膠(點膠)和安裝芯片兩大步驟，先在led支架上點上銀膠(絕緣膠)，然后用真空吸嘴將led芯片吸起移動位置，再安置在相應的支架位置上。自動裝架在工藝上主要要熟悉設備操作編程，同時對設備的沾膠及安裝精度進行調整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對led芯片表面的損傷，特別是蘭、綠色芯片必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層。

g)燒結

  燒結的目的是使銀膠固化，燒結要求對溫度進行監控，防止批次性不良。銀膠燒結的溫度一般控制在150℃，燒結時間2小時。根據實際情況可以調整到170℃，1小時。絕緣膠一般150℃，1小時。銀膠燒結烘箱的必須按工藝要求隔2小時(或1小時)打開更換燒結的產品，中間不得隨意打開。燒結烘箱不得再其他用途，防止污染。

h)壓焊

  壓焊的目的將電極引到led芯片上，完成產品內外引線的連接工作。LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。右圖是鋁絲壓焊的過程，先在LED芯片電極上壓上第一點，再將鋁絲拉到相應的支架上方，壓上第二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球，其余過程類似。壓焊是LED封裝技術中的關鍵環節，工藝上主要需要監控的是壓焊金絲(鋁絲)拱絲形狀，焊點形狀，拉力。對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題，如金(鋁)絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈刀(鋼嘴)選用、劈刀(鋼嘴)運動軌跡等等。(下圖是同等條件下，兩種不同的劈刀壓出的焊點微觀照片，兩者在微觀結構上存在差別，從而影響著產品質量。)我們在這里不再累述。

i)點膠封裝

  LED的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種。基本上工藝控制的難點是氣泡、多缺料、黑點。設計上主要是對材料的選型，選用結合良好的環氧和支架。(一般的LED無法通過氣密性試驗)如右圖所示的TOP-LED和Side-LED適用點膠封裝。手動點膠封裝對操作水平要求很高(特別是白光LED)，主要難點是對點膠量的控制，因為環氧在使用過程中會變稠。白光LED的點膠還存在熒光粉沉淀導致出光色差的問題。

j)灌膠封裝

　　Lamp-led的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在led成型模腔內注入液態環氧，然后插入壓焊好的led支架，放入烘箱讓環氧固化后，將led從模腔中脫出即成型。

k)模壓封裝

　　將壓焊好的led支架放入模具中，將上下兩副模具用液壓機合模并抽真空，將固態環氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中，環氧順著膠道進入各個led成型槽中并固化。

l)固化與后固化

　　固化是指封裝環氧的固化，一般環氧固化條件在135℃，1小時。模壓封裝一般在150℃，4分鐘。

m)后固化

　　后固化是為了讓環氧充分固化，同時對led進行熱老化。后固化對于提高環氧與支架(PCB)的粘接強度非常重要。一般條件為120℃，4小時。

n)切筋和劃片

　　由于led在生產中是連在一起的(不是單個)，Lamp封裝led采用切筋切斷led支架的連筋。SMD-led則是在一片PCB板上，需要劃片機來完成分離工作。

0)測試

　　測試led的光電參數、檢驗外形尺寸，同時根據客戶要求對LED產品進行分選。

p)包裝

　　將成品進行計數包裝。超高亮LED需要防靜電包裝。