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LED封装核心技术难点

浏览次数: 日期:2015年11月17日 09:15

    LED 封装制造主要流程包括固晶、焊线、荧光粉涂覆、透镜成型和测试分选,而其中共晶焊、焊线、涂敷和透镜成型是整个制造过程中的核心技术和装备

1 、共晶焊机

   目前,鉴于LED共晶技术有广阔的工业应用背景,欧美等发达国家投入了很大精力在LED共晶核心技术攻关上。如下图所示,这些国家对共晶焊设备的研究主要 集中在两个方向上:一是共晶热压,通过加热和施加压力来使带有共晶焊料层的芯片和支架(基板)结合在一起;二是共晶回流,通过加热和使用助焊剂来使带有共 晶焊料层的芯片和支架结合在一起。

 

 

当前共晶焊机在以下方面仍是主要的技术难点:
(1)
高精度焊接吸嘴的设计与制造;
(2)LED
芯片与基板的高速高精度识别和定位;
(3)共晶过程中基于视觉的高精度位置/力控制;
(4)焊接过程中基于特定温度曲线的阶梯式脉冲温度控制。

 

2 、焊线机

 

    引线键合技术作为焊线机核心技术是指利用热、力、超声能量耦合作用,将半导体芯片外接引线焊盘与基板布线焊盘或电子封装外壳引脚用金属丝相连接的工艺技术,其基本原理如下图所示。首先利用高压电火花(EFO)使穿过劈刀小孔的金属丝端部熔成球状,接着劈刀下行,在一定压力作用下使金属球与芯片焊盘表面接触,经换能器纵向超声振动、劈刀压力及加热能量的共同作用,金属烧球与焊盘接触面产生塑性变形,接触界面氧化膜被破坏,通过接触面金属原子的扩散及晶格位 错形成均匀的原子键键合焊点;之后劈刀随键合头升起一段距离后引导引线移向引线框上的焊盘,最后在超声能量、加热能量的耦合作用下完成楔焊(新月形)焊点。

 

 

当前高速焊线机的主要技术难点是:
(1)
高精度位置/力控制平台技术;
(2)
引线键合技术;
(3)键合轨迹规划。

 

 

3 、荧光粉涂覆机

 

 

不同的LED封装工艺,对应着不同的荧光粉涂覆设备。目前市面上普遍的SMD封装工艺以及COB集成芯片封装工艺都对应着传统的点胶荧光粉涂覆工艺,需要使用荧光粉点胶设备。如下图所示,点胶的方式主要有:

 

 

(1) 时间/压力型
由于时间/压力型点胶技术只采用脉动的空气压力和针管就能实现点胶,因此超过70
%的点胶系统采用了这种技术。它在胶体粘度中等大小时工作最好,能够点出各种形状图案如点、线等。

(2)
计量管型
计量点胶头是时间/压力型点胶技术的进一步发展,它采用新的设计来提高点胶性能。这种技术中有代表性的是阿基米德计量管点胶和活塞式点胶。

(3)活塞型
采用类似活塞—气缸的机构来点胶。首先将胶体引入到一个开口的气缸中,然后由马达驱动的活塞会将气缸密闭并产生运动,直到将腔中的流体全部从点胶头挤出。由于这种方法实际上控制的是气缸内的流体体积而非流体压力,这样就避免了胶体特性变化的影响。不管胶体的粘度如何变化,采用这种技术点出的胶量能够始终保 持不变。

而陶瓷基板LED封装技术,或者wafer级荧光粉涂覆技术,则需要使用到高精度荧光粉雾化喷涂设备,其核心部件荧光粉雾化喷头结构原理图,如下图所示。

 

 

当前荧光粉涂覆机的主要技术难点是:
(1)
雾化喷涂的机理建模、控制及工艺;
(2)
荧光粉涂层的面均匀度控制和厚度控制;
(3)荧光粉浆点喷涂的分布式参数系统建模;
(4)均匀度和厚度的关键视觉检测原理和算法;
(5)高精密荧光粉浆雾化喷头的设计与制造。

 

4 、压模封装机

 

与荧光粉涂覆设备一样,不同的LED封装结构形式,则需要不同形式的压模封装设备。传统1W功率型LED则需要经过不同的 几台设备进行扣透明透镜、热压、注胶等工序才能完成其压模封装工艺。

 

 

国内进行压模封装透镜成型中的压模封装,主要是采用人工进行操作。

当前主要的技术难点是:
(1)
专用脱模材料的研发与制造;
(2)
高精度注胶系统的研发;
(3)全自动压模封装工艺和设备的研发。

5、结论

由于大功率LED在照明中的广泛应用,对大功率LED封装技术的各项性能指标要求越来越高。合适的荧光粉涂覆和压模成型方式,合理的透镜选择和形状变化可 有效地提高白光LED的出光效率和使用寿命。新的封装材料、封装工艺、封装理念和透镜材料及结构必然是提高白光LED出光效率的主要研究方向。

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