浅谈LED制造工艺流程及细节

 浅谈LED制造和LED生产工艺流程及细节
随着20世纪90年代，人类对氮化物LED的发明、LED的效率有了非常快的发展。随着相关技术的发展，在不久的未来LED会代替现有的照明灯泡。近几年人们制造LED芯片过程中首先在衬底上制作氮化镓（GaN）基的外延片，外延片所需的材料源(碳化硅SiC)和各种高纯的气体如氢气H2或氩气Ar等惰性气体作为载体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。接下来是对LED-PN结的两个电极进行加工，并对LED毛片进行减薄，划片。然后对毛片进行测试和分选，就可以得到所需的LED芯片。由于制作LED芯片设备的造价都比较昂贵，同时也是生产的一个投资重点，具体的工艺做法，不作详细的说明。下面简单介绍一下LED生产流程图，如下：

                      LED生产流程图

                （流程工艺）                         （使用设备） 

                  测试芯片                           芯片分选机

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                  排支架                   （ 把芯片固定在支架座）芯片扩张机

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                  点   胶                            点胶机 显微镜

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                  固   晶                     倒膜机  扩晶机 显微镜 固晶座

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(*白光 )          固晶烘烤                           烘箱  150C／2H

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配荧光粉       焊  线      (芯片焊两个电极) 自动焊线机 超声波焊线机                  ￤                ￤                                   ￤

点荧光粉         *二焊加固锒胶                      点胶机  显微镜

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烘烤150C／1H -- *锒胶烘烤                   烘箱 电子称 抽真空机 点胶机 显微镜

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*支架沾胶                 ( 支架沾胶)点胶机  烤箱 120C／20min

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(下面说明植入工艺) 植入支架     -- 灌胶机 ----        自动灌胶机

短  烤     --   烘  箱

离  模   --     脱模机                 ￤

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长  烤                           烘箱  130C／6H

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－  切                           一切模具(冲床)

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测试点数                           LED电脑测试机

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全切                             冲压机及全切模

￤  QC                                ￤

分光分色                           LED分选机

￤  QC                                ￤

封口包装                               封口机

入库

      一、工艺说明(植入支架)

      LED外型环氧树脂封装主要有以下几步：模条预热--吹尘--树脂预热--配胶--搅拌--抽真空--灌胶入支架。

      所用物料：支架、LED芯片、锒胶绝缘胶(解冻,搅拌)、晶片(倒膜，扩晶)、金线、锒胶、荧光粉、胶带包装、模条(铝条，合金)、导热硅脂、焊接材料、树脂(AB胶或有机硅胶)、各种手动工具、各种测试材料（如万用表、示波器、电源等）。

       二、LED封装技术

       LED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看见，加入电流后它才会发光，在制作工艺上除了要对LED芯片的两个电极进行焊接。从而引出正负电极之外。同时还要对LED芯片和两个电极进行保护，因此这就需要对LED芯片封装。

       如：常见直径5mm的圆柱型引脚式封装LED. 这种技术就是将LED芯片粘结在引线架上(一般称为支架)。芯片的正极用金丝键合连到另一引线架上，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，然后顶部用环氧树脂包封。做成直径为5mm的圆形外形。

       这种封装技术的作用是保护芯片，焊线金丝不受外界侵蚀。固化后的环氧树脂，可以形成不同形状而起到透镜的功能。选用透明的环氧树脂作为过渡。可以提高芯片的出光效率。环氧树脂构成的管壳具有很好的耐湿性，绝缘性和高机械强度，对芯片发出的光的折射率和透光率都很高。

      但对于大功率LED而言，在通电后会产生较大的热量。并且如果用于封装的环氧和金丝的膨胀系数不一样，那么膨胀时就会使金丝拉断或造成焊点接触电阻较大，从而影响了发光器件的质量。特别应注意的是，封装胶会因温度过高而出现胶体变黄，因此降低了透光度并影响光的输出。

      所以我们更应该考虑到LED的长久使用效果。从而应该用有机硅胶材料来封装。如：MOMENTIVE中的XE14—B3445， XE14—B5778 型硅胶就有良好的透光率。不会随时间而恶化，热膨胀系数非常好，在紫外线照射下稳定性很理想。

      这里要注意的问题是，LED使用散热问题。目前散热也是选用铝或铜为散热器，但要特别注意热沉与散热器之间的粘接材料一般应采用导热胶。如果是两个物体的表面接触。中间会有空气，而且空气的导热系数很差。所以在界面之间应有一层导热胶来让它们紧密接触。这样导热效果才会好。如GE的TSE-3081或MOMENTIVE品牌中的硅脂等都有很好的散热紧密连接的作用.

      三、案例说明

      1、在LED引脚式封装白光过程中,因为器件的体积较小，点荧光粉是一个难题。有的厂家先把荧光粉与环氧树脂配好，做成一个模子,然后把配好荧光粉的环氧树脂做成一个胶饼，将胶饼贴在芯片上，周围再灌满环氧树脂。但是要注意的是点荧光粉胶时在周围有气泡，而在抽真空时，没有把气泡处理干净。结果在焊接时。将热量传给芯片，使芯片周围的气膨胀，从而把荧光粉胶涨裂；或A、B、胶没有充分混合胶调配不均。因此，使荧光粉胶自己开裂。从而使很多厂家在制造LED白光过程中，大都利用自动化机器进行固晶和焊接线，所做出来的产品质量好，一致性好，非常适合大规模生产。

      2、大功率LED封装过程中，由于点亮时发热量比较大，可以在LED芯片上盖一层硅凝胶，而不可用环氧树脂。这样做一方面可防止金丝热胀冷缩与环氧树脂不一致而被拉断。另一方面防止因温度高而使环氧树脂变黄变污。环氧树脂在紫外光照射下易分解老化，结果透光性能不好，所以在制作功率LED白光（绿+红+蓝=白光）应用硅凝胶调和荧光粉，而LED芯片底层用硅胶导热，从而大大提高使用寿命。

      3、提高白光LED光效作法。目前对蓝光（或紫外光）片芯涂覆荧光粉制作白光LED,这要从材料上,工艺方面进行深入研究,我们提出使用硅胶拌荧光粉涂覆在蓝光芯片上，虽然开始会出现光衰，但是随着点亮时间的延长，又会慢慢提升光通量。从而达到延长使用寿命的目的，另一方面就是人们常说的三基色LED。这是让芯片直接点亮。（不用荧光粉）混合成白光。例如使用红、绿、蓝三种芯片组合成白光（三基色）。

      四、LED的生产环境

      制作LED的生产环境要有一万级到十万级的净化车间，并且温度和湿度都可调控的。LED的生产环境中要有防静电措施，车间内的地板、墙壁、桌、椅等都要有防静电功能，特别是操作人员要穿上防静电服并戴上防静电手套。

      为了尽量降低静电效应给器件带来的破坏和影响，对生产LED的洁净车间、整机装配调试车间、精密电子仪器生产车间都有严格的环境要求：

      (1)地面、墙壁、工作台带静电情况：光刻车间塑料板地面的静电电位约为500 – 1000V扩散间的塑料墙地面为700V，塑料顶棚为0 – 1000V。

      (2)工作台面为500 – 2000V，最高可达5KV。

      (3)风口、扩散间铝孔板的送风口为500 – 700V。

      (4)人和服装可为30KV，非接地操作人员一般可带3 – 5KV，高时可达10KV。

      (5)喷射清洗液的高压纯水为2KV，聚四氟乙烯支架有8 – 12KV，蕊片托盘为6KV，硅片间的隔纸可达2KV。

      五、防静电措施。

      静电击穿器件使其失效是在不知不觉中发生的，被静电损坏的LED不能用筛选方法排除，所以只有做好预防措施，建立一套防静电（ESD）生产工艺和测试流程规范。这对提高LED产品质量及成品率是十分关键的。主要的措施包括：

      各环节要尽量减少接触这类LED器件的人数,限制人员不必要的走动，搬推椅子。

      使用导电率好的包装袋来包装LED。

      应戴上手套接触LED器件（但不能戴尼龙和橡皮手套）。

      取出备用的LED器件后不要堆叠在一起，器件尽量不要互相接触。从包装袋中取出而暂时不用的器件，应用防静电袋包装起来。

      必须用手接触LED的器件时，应接触管壳而避免接触LED器件的引出端。要接触LED器件前，应将手或身体接“地”一下，把静电释放干净。

      电烙铁要求永久接地。

      工作环境的相对湿度应保持在50%左右，不穿容易产生静电的工作服。

       车间地面应采用含碳塑料，含碳橡胶或导电乙烯做成，电阻率∩＜105欧.cm或用静电耗散性材料，电阻率应在105欧.cm –109欧.cm之间。

       椅子和工作台上应附加一层静电耗散材料，椅子的电阻率应是105欧.cm –108欧.cm之间。

       工作服，棉制工作服有一定的导电性，最好使用防静电服。工作鞋要用静电耗散型材料做成，电阻率在105欧.cm –108欧.cm之间，也要有防静电鞋。

      带上防静电手镯实际上是手镯与手接触，再把手镯接“地”，这样手与地就成为同电位，可将人身上的静电释放。

      在工作区域使用离子风扇防止静电积累，因为离子风扇送出的负离子能与静电中和，不会使静电积累成很高电压。

      车间里所用的设备都要有良好的接地，接地电阻不能大于10欧。车间入口处一定要有接地金属球，人进入时先摸金属球，以释放身上的静电。