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　　大功率白光led燈珠封裝工藝及可靠性分析

　　一、led燈珠封裝工藝

　　由于led燈珠的結構形式不同，封裝工藝上也有一些差別，但關鍵工序相同，led燈珠封裝主要工藝有：固晶→焊線→封膠→切腳→分級→包裝。

　　二、大功率led燈珠封裝關鍵技術

　　2.1 led燈珠封裝技術的要求

　　大功率led燈珠封裝關鍵技術

　　如圖所示，大功率led燈珠封裝涉及到光、電、熱、結構和工藝等方面，這些因素既獨立又影響。光是封裝的目的，電、結構與工藝是手段，熱是關鍵，性能是封裝水平的具體體現?？紤]到工藝兼容性及降低生產成本，應同時進行l(wèi)ed燈珠封裝設計與芯片設計，否則，芯片制造完成后，可能因封裝的需要對芯片結構進行調整，將可能延長產品研發(fā)的周期和成本，甚至會不能實現量產。

　　2.2 led燈珠封裝結構設計和散熱技術

　　led燈珠的光電轉換效率僅為20%～30%，輸入電能的70%～80%轉變成了熱量，芯片的散熱是關鍵。小功率led燈珠封裝一般采用銀膠或絕緣膠將芯片黏接在反射杯里，通過焊接金絲(或鋁絲)完成內外連接，最后用環(huán)氧樹脂封裝。封裝熱阻高達150～250℃/W，一般采用20mA左右的驅動電流。大功率led燈珠的驅動電流達到350mA、700mA甚至1A，采用傳統(tǒng)直插式led燈珠封裝工藝，會因散熱不良導致芯片結溫上升，再加上強烈的藍光照射，環(huán)氧樹脂很容易產生黃化現象，加速器件老化，甚至失效，迅速熱膨脹產生的內應力造成開路而死燈。大功率led燈珠封裝結構設計的重點是改善散熱性能，主要包括芯片結構形式、封裝材料(基板材料、熱界面材料)的選擇與工藝、將導電與導熱路線分開的結構設計等，比如：采用倒裝芯片結構、減薄襯底或垂直芯片結構的芯片，選用共晶焊接或高導熱性能的銀膠、采用COB技術將芯片直接封裝在金屬鋁基板上、增大金屬支架的表面積等方法。

　　2.3 led燈珠光學設計技術

　　不同用途的產品對led燈珠的色坐標、色溫、顯色性、光強和光的空間分布等要求不同。為提高器件的取光效率，并實現更優(yōu)的出光角度和配光曲線，需要對芯片反光杯與透鏡進行光學設計。大功率led燈珠通常是將led芯片安裝在反射杯的熱沉、支架或基板上，反射杯一般采用鍍高反射層(鍍Ag或Al)的方式提高反射效果，大功率led燈珠出光效率還受模具精度及工藝影響很大，如果處理不好，容易導致很多光線被吸收，無法按預期目標發(fā)射出來，導致封裝后的大功率led燈珠發(fā)光效率偏低。

　　2.4 led燈珠灌封膠的選擇

　　led燈珠灌封膠的作用有兩點：(1)對芯片、金線進行機械保護;(2)作為一種光導材料，將更多的光導出。封裝時，led芯片產生的光向外發(fā)射產生的損失主要有：(1)光子在led芯片出射界面由于折射率差引起的反射損失(即菲涅爾損失);(2)光學吸收;(3)全內反射損失。因此，在芯片表面涂覆一層折射率相對較高的透明光學材料，可以減少光子在界面的損失，提高出光效率。常用的灌封膠有環(huán)氧樹脂和硅膠。環(huán)氧樹脂黏度低、流動性好、固化速度適中，固化后無氣泡、表面平整、有很好的光澤、硬度高，防潮防水防塵性能佳，耐濕熱和大氣老化，成本較低，是led燈珠封裝[敏感詞]。硅膠具有透光率高、熱穩(wěn)定性好、折射率大、吸濕性低、應力小等特點，優(yōu)于環(huán)氧樹脂，但成本較高。小功率led燈珠一般選用環(huán)氧樹脂封裝，大功率led燈珠內部通常填充透明度高的柔性硅膠，膠體不會因照射高溫或紫外線出現老化變黃，也不會因溫度驟變而導致器件開路的現象，通過提高硅膠折射率，可減少菲涅爾損失，提高出光效率。

　　2.5 led燈珠熒光粉涂敷量和均勻性控制技術

　　大功率白光led燈珠的發(fā)光效率和光的質量與熒光粉的選擇和工藝過程有關。熒光粉的選擇包括激發(fā)波長與芯片波長的匹配、顆粒大小與均勻度、激發(fā)效率等。熒光粉涂覆根據藍光芯片的發(fā)光分布進行調整，使混出的白光均勻，否則會出現藍黃圈現象，嚴重的會影響光源質量，激發(fā)效率也會大幅下降。熒光粉與膠體的混合配方及涂膠工藝是保證led燈珠光色在空間分布均勻和一致性的關鍵。將熒光粉與膠按一定配比混合后涂到芯片上，在led燈珠芯片上方形成半球狀。這種分布會使光色的空間分布不均勻，有黃圈或藍圈。另外，在熒光粉涂敷過程中，由于膠的黏度是動態(tài)參數、熒光粉比重大于膠產生沉淀，使熒光粉的涂敷量控制增加了更多變數，容易導致白光的光色空間分布不均勻。目前，美國Lumileds公司率先研制使用的熒光粉等厚蒸鍍工藝，通過蒸鍍的方法在芯片上均勻地覆蓋一層熒光粉，可改善光色的空間分布均勻性。

　　三、大功率led燈珠封裝的可靠性分析

　　3.1 靜電對led燈珠芯片造成的損傷

　　瞬間的電場或電流產生的熱使led燈珠局部受損傷，表現為漏電流迅速增加，有時雖能工作，但亮度降低或白光變色，壽命受損。當電場或電流擊穿led燈珠的PN結時，led燈珠內部完全破壞造成死燈。在led燈珠封裝生產線，所有設備都要求接地，一般接地電阻為4Ω，要求高的場所接地電阻為≤2Ω。led燈珠應用流水線設備和人員接地不良也會造成led燈珠損壞。按照led燈珠使用手冊標準規(guī)定，led燈珠引線距膠體應不少于3～5mm進行彎腳或焊