LED 的封装、检测与应用

1. LED的封装、检测与应用 白光LED

2. 白光LED • 白光的概念 • 半导体白光光源主要合成方式 • 白光LED 的光转换材料制备 • 白光LED封装工艺流程

3. 白光的概念 • 通常系指一种多颜色的混合光，以人眼所见之白色光至少包括二种以上波长之色光所形成，例如:蓝色光加黄色光可得到二波长之白光，蓝色光、绿色光、红色光混合后可得到三波长之白光。白光发光二极管可依照其制作所使用的物质而分为:有机发光二极管与无机发光二极管。

4. 半导体白光光源主要合成方式 1、以红光LED+绿光LED+蓝光LED(就是RGB晶粒)组成白光发光模块 将发射红、绿、蓝波长的三基色芯片组合封装在一起, 形成多芯片型白光LED, 通过空间混色的原理, 按照适当的比例进行匹配, 使得3 种颜色的光混合成白光。 • 红、绿、蓝的亮度比应为3：6：1 ，或者只用红、绿或蓝、黄两颗LED调整其个别亮度来发出白光。 • LED以RGB合成白光的这种办法主要的问题是绿光的转换效率低，现在红绿蓝LED转换效率分别达到30%，10%和25%，白光流明效率可以达到60lm/w。 • 优点：效率高、使用灵活、能量损失最小, 高发 • 光效率、演色性高； • 缺点：安装结构比较复杂 、白光稳定性较差。

5. YAG 荧光粉 LED 晶粒 人眼 蓝光 半导体白光光源主要合成方式 2、以蓝光发光二极管以激发黄色YAG荧光粉产生白光发光二极管 这种方式为目前市场主流方式。 原理图 这种方法存在两个关键部分: 一个是GaN 基蓝光发光二极管; 一个是用作光转换的荧光材料。

6. 半导体白光光源主要合成方式 在蓝光LED芯片的外围填充混有黄光YAG荧光粉的光学胶，利用波长为460～470nm的GaN基蓝光LED作为基础光源, 用它的一部分光来激发荧光粉, 使荧光粉发出黄绿色光, 另一部分透过荧光粉发射出来, 荧光粉出的黄绿色光与GaN 基蓝光发光二极管发光的透射部分混合形成二波长的白光 。

7. 穿透之紫外光 红蓝绿荧光粉 LED晶粒 人眼 紫外光 半导体白光光源主要合成方式 3、紫外光发光二极管激发荧光粉 利用紫外光LED发射的长波紫外光(370nm-380nm)或紫光(380nm -410nm)来激发荧光粉来实现白光发射。 原理图 优点：成本低、显色性好、演色性高。 缺点：发光效率不足 、可能产生紫外污染

8. 半导体白光光源主要合成方式 紫外转化法

9. 白光LED 的光转换材料制备 1、白光LED 的光转换材料种类 A、有机材料以荧光颜料和金属化合物； B、无机材料以钇铝石榴石(Y3A15 0l2，简称YAG)和碱土金属硫化物、硅酸盐掺杂稀土的荧光体为主，综合各种物理、化学及发光特性后，YAG成为首选的发光材料基质。因为它们的吸收和激发光谱与InGaN芯片的蓝色发光光谱匹配，最大限度满足了光子能量转换要求；发射光谱范围很宽，覆盖从绿一黄一橙黄光很宽可见光光谱；斯托克斯位移适中，发光效率高；性能稳定，耐辐射。

10. 白光LED 的光转换材料制备 2、制备的方法 目前国内外制备这类材料的方法主要有：高温固相反应法、溶胶一凝胶法、共沉淀法等。高温固相反应法工艺流程简单，但是合成温度太高(1600℃)，产物颗粒粗大，易结块。后两种方法虽然可以制备纳米级的荧光粉材料，但是工艺复杂，产物亮度低。 以稀土氧化物为原料，通过高能球磨和反应烧结的方法 ，在1300℃制备了高纯度的钇铝石榴石蓝光转换材料，系统研究了其光谱特性。利用荧光转换法制备了性能优良的白光LED ，达到照明光源要求。

11. 白光LED封装工艺流程 白光LED工艺流程图 其封装工艺流程一般为：固晶一白胶烘烤一配荧光粉—焊线一点荧光粉—荧光粉烘烤一封胶一冲筋一点白胶一二切一三切一电性测试一分光分色一包装。

12. 白光LED封装工艺流程 1、选择蓝光芯片 选择与荧光粉匹配的蓝光芯片是关键。波长为430~470nm的光都是蓝光，需要选择其中某一波长的蓝光与荧光粉进行匹配，从而实现较高的量子效率且出光稳定。 具体做法可以用荧光粉比较仪来选择荧光粉。

13. 白光LED封装工艺流程 2、固定芯片 制作白光LED时一定要把LED芯片固定在支架上（或热沉上），所以必须选择一种胶把芯片粘合在支架上。 如果LED芯片是L型电极的，必须用导热性能好、导电性能也好的固晶胶；如果LED芯片是V型电极的，必须使用绝缘导热性能较好的胶。

14. 白光LED封装工艺流程 使用导热导电胶和导热绝缘胶固定的示意图 绝缘导热的胶与既导电又导热的胶相比，后者的导热性能更好。当LED芯片衬底采用蓝宝石时，有人为了追求导热性能更好，也可用既导电又导热的胶作为固晶胶。

15. 白光LED封装工艺流程 3、电极焊线 在制作白光LED时，必须注意芯片p/n两个电极的焊线，一般采用金丝球焊的可靠性较好。特别需要注意的是，加在焊线上的压力不要太大，一般是30~40g之间，压力太大容易把电极打裂，而这种裂缝通过一般的显微镜都是看不见的。如果存在电极裂缝，那么在通电加热后，这个裂缝会逐步变大，相应的漏电流也会增大，这样LED在使用时会很快损坏。

16. 白光LED封装工艺流程 4、烘烤芯片 在制作白光LED工艺过程中，要随着工艺流程将LED芯片放进烘箱内烘烤三四次。应当合理控制烘箱的温度和烘烤的时间，最好温度不超过120℃；否则放在烘箱内的LED芯片温度超过120℃后，将会损坏pn结。因此，可以将烘烤的时间设定得长一些，但是温度最好不要高于120℃。

17. 白光LED封装工艺流程 5、涂覆YAG荧光粉的工艺流程和制作方法 首先要把荧光粉和环氧树脂调配好，调配的浓度和数量都要根据以往的经验。这里要特别强调的是，胶和荧光粉一定要充分搅拌均匀，要让A、B胶充分混合。在点荧光粉（荧光粉和胶混合，即点胶）的过程中，荧光粉不能沉淀，浓度要始终保持一致。 注意：有些制造大功率白光LED的方法，是预先把荧光粉和胶调配好，然后开出一个模子，把荧光粉胶刷在模子上，让它干后成为一片胶饼。再把胶饼盖在焊好的大功率LED芯片上，并用适量的胶把胶饼固定。这样LED其色温会比较一致。

18. 白光LED封装工艺流程 荧光粉粘胶机 将荧光粉和胶配好后，均匀地分布在滚筒上，滚筒不断滚动，这样胶就可以均匀分布在滚筒的外壁上。把焊好金丝的蓝光芯片的整个支架（20粒）靠到滚筒上，滚筒上的荧光粉胶就会均匀地粘到20个芯片的支架“碗”内。

19. 白光LED封装工艺流程 荧光粉点胶机 用自动配好荧光粉的胶从针头滴到焊好LED的支架上，其工作原理就像灌胶机一样。灌胶机一次可灌20粒，点荧光粉胶一般一次为4~5粒。这种点胶机滴出来的胶量可以进行调节控制。装在点胶机容器内的胶要保持一定的温度，需要经常搅拌，这样不会产生沉淀。

20. 白光LED封装工艺流程 • 涂覆YAG荧光粉的品质要求 A、卡位对LED性能的影响 B、胶体外形对LED性能的影响

21. 白光LED封装工艺流程 卡位示意图 在钢片上分布着卡位，这些卡位具有以下作用:一是固定支架，防止倒插支架时出现偏插:二是固定卡位，即支架插入模条的深浅。 卡位不同时，光通量和 光效均没有很大变化，但是光强分布差别较大。

22. 白光LED封装工艺流程 不同的卡位对LED光强分布有着重要的影响，在生产过程中，工程人员可以根据客户需要适当地改变卡位，以生产相应光强分布的LED灯。

23. 从 图 中 可以看出三种外型的LED光通量和光效相近，但是，光强分布和中心光强差别很大，草帽的光强分布范围最大，但是最大光强最小，只有999.2mcd，如图5(a)所示;05圆头的光强范围较小，而最大光强较大，为15,90 3mcd，如图5(b)所示;子弹头的光强范围最小，而最大光强最大，为52261 mcd