SMD贴片型LED的封装.ppt

SMD（贴片型）LED的封装,一、表面贴片二极管（SMD）,www.wtc.edu.cn,具有体积小、散射角大、发光均匀性好、可靠性高等优点。其发光颜色可以是白光在内的各种颜色，用于便携式设备到车载用途等的高亮度薄型封装的产品系列。特别是手机、笔记本电脑等。,1、表面贴片二极管（SMD）,www.wtc.edu.cn,2、SMD LED外形,1）早期： 带透明塑料体的SOT-23改进型，外形尺寸304×111mm，卷盘式容器编带包装。 2）改进 SLM-125系列（单色发光）、SLM-245系列（双色或三色发光）。带透镜高亮度 3）近些年 采用PCB板和反射层材料，填充的环氧树脂更 少，去除较重的碳钢材料，通过缩小尺寸，降低重量。尤其适合户内，半户外全彩显示屏应用。,www.wtc.edu.cn,3、常见的SMD LED的几种尺寸,www.wtc.edu.cn,www.wtc.edu.cn,4、SMD封装一般有两种结构,1）金属支架片式LED:,（1）金属支架型：0402、0603、0805、1206、3mm、5mm、6mm、8mm、10mm等。,（2）金属支架（俗称小蝴蝶）型：2mm、3mm等。,（3）TOP LED（白壳）型：1208（30*20）、1311（35*28）、1312（35*32）、 2220（55*50）等,www.wtc.edu.cn,（4）侧光LED：0905（22*12）、1105（28*12）1605（40*14）等。,2）PCB片LED,PCB板型：0402、0603、0805、1206,www.wtc.edu.cn,3)SMDLED内部结构,www.wtc.edu.cn,主要流程,二、SMD 贴片LED生产流程,固晶,焊线,压出成型,切割PCB,分光,帶裝,包裝,入库,www.wtc.edu.cn,www.wtc.edu.cn,成品原料,www.wtc.edu.cn,www.wtc.edu.cn,流程概念-点银胶,www.wtc.edu.cn,流程概念-固晶,www.wtc.edu.cn,固晶,点银胶,固晶,放PCB,www.wtc.edu.cn,流程概念-焊线,www.wtc.edu.cn,焊线,放材料于载具，进行打线,www.wtc.edu.cn,流程概念-Molding,www.wtc.edu.cn,压出成型,Step1：放材料于模穴上,Step2：合模并放入胶饼，转进挤入胶使胶注入胶道成型,www.wtc.edu.cn,Step3：于烤箱长烤,长烤,www.wtc.edu.cn,流程概念-切割,PCB支架的切割需要经过高速的全自动水切割机来实现，15000转/秒的速度。而TOP支架的则不用经过这道工序。,www.wtc.edu.cn,切割PCB,放置材料于工作台，对切割线开始切割,主要是检查封胶后的TOP支架灯和经过切割后的PCB板支架的灯的外观是否有异物，气泡，碎晶等，,www.wtc.edu.cn,Step1：将材料放于震动盘,分光,www.wtc.edu.cn,Step2：材料进入测试区进行测试,www.wtc.edu.cn,Step3：测试后材料进入分BIN盒,SMD贴片LED这边的分光和包装的设备非常讲究一一对应，一个全自动机台只对应一个型号的产品,www.wtc.edu.cn,帶裝,Step1：将分BIN盒材料，倒入震动盘,www.wtc.edu.cn,Step2：材料入料帶后，用烫头使胶帶和料帶结合,www.wtc.edu.cn,Step3：帶裝好材料帶裝成卷轴,www.wtc.edu.cn,包裝,根据不同的型号，每个包装的数量会有不同，一般1608的每个胶轮的包装包满有4K，3508的约有2K，5060的只有1K。,www.wtc.edu.cn,PCB板： 低成本的FR4材料（玻璃纤维增强的环氧树脂） 高热导的金属基或陶瓷基复合材料（如铝基板或覆铜陶瓷基板等）。 COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装，同SMT相比，不仅大大提高了封装功率密度，而且降低了封装热阻（一般为6-12W/m.K）。,COB是Chip On Board（板上芯片直装）的英文缩写，工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂(一般用掺银颗粒的环氧树脂)覆盖硅片安放点，是一种通过粘胶剂或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB板上，再通过引线键合实现芯片与PCB板间电互连的封装技术。,（COB）板上芯片封装焊接方法及封装流程,www.wtc.edu.cn,COB封装流程：,第一步：扩晶。采用扩张机将厂商提供的整张LED芯片薄膜均匀扩张，使附着在薄膜表面紧密排列的LED晶粒拉开，便于刺晶。,第二步：背胶。将扩好晶的扩晶环放在已刮好银浆层的背胶机面上，背上银浆。 点银浆。适用于散装LED芯片。采用点胶机将适量的银浆点在PC印刷线路板上。,第三步：将备好银浆的扩晶环放入刺晶架中，由操作员在显微镜下将LED芯片用刺晶笔刺在PCB印刷线路板上,第四步：将刺好晶的PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置一段时间，待银浆固化后取出(不可久置，不然LED芯片镀层会烤黄，即氧化，给邦定造成困难)。,www.wtc.edu.cn,第五步：粘芯片。用点胶机在PCB印刷线路板的IC位置上适量的红胶(或黑胶)，再用防静电设备(真空吸笔)将LED芯片正确放在红胶,第六步：烘干。将粘好裸片放入热循环烘箱中放在大平面加热板上恒温静置一段时间，也可以自然固化(时间较长)。,第七步：邦定(打线)。采用铝丝焊线机将芯片(LED晶粒或IC芯片)与PCB板上对应的焊盘铝丝进行桥接，即COB的内引线焊接,www.wtc.edu.cn,第八步：前测。使用专用检测工具(按不同用途的COB有不同的设备，简单的就是高精密度稳压电源)检测COB板，将不合格的板子重新返修。,第九步：点胶。采用点胶机将调配好的AB胶适量地点到邦定好的LED晶粒上，然后根据客户要求进行外观封装。,第十步：固化。将封好胶的PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置，根据要求可设定不同的烘干时间。,第十一步：后测。将封装好的PCB印刷线路板再用专用的检测工具进行电气性能测试，区分好坏优劣。,www.wtc.edu.cn,选择PCB与测试LED,1、片式LED PCB板结构选择 导通孔型结构：切割时需切割两个方向，单颗成品电极为半弧型。 挖槽孔型结构等：切割时只需切割一个方向。 根据单颗片式LED所用晶片数量分：单晶型、双晶型及三晶型。 没有提出特殊要求时，一般选择挖槽孔型结构设计PCB板。PCB基板为BT板。,2、挖槽孔方向的选择 如果选择用挖槽孔型结构的方式设计PCB板，一般情况下挖槽孔是沿着PCB板宽度方向进行设计的，因为这样做可以使压模成型后PCB板产生的变形最小。,www.wtc.edu.cn,3、PCB板外形尺寸选择,外形尺寸：要求每块PCB板上设计产品数量。 压模成型后PCB板形变程度是否在可接受的范围内。 厚度选择：根据用户使用的片式LED整体厚度要求进行确定的。不能太厚，太厚会造成固晶后无法焊线；也不能太薄，太薄会造成压模成型后因为胶体收缩，PCB板形变过大。,综合各方面考虑，选取厚度为0.30mm、面积为60mm×130mm的PCB作为基板，在板上设计41组封装结构，每组由44只片式LED连为一体。,www.wtc.edu.cn,测试用的PCB的单元示意图,每个单元的图示参见图,www.wtc.edu.cn,4、PCB板线路设计要求,1）、固晶区:大小设计是由晶片大小确定。在满足能安全固好晶片的情况下，固晶区要尽可能的设计小一些。粘着性会更好，不易产生胶体与PCB板剥离的现象，同时尽可能设计在单颗片式LED线路板中间位置。 2）、焊线区:要大于磁嘴底部尺寸。 3）、固晶区与焊线区距离:固晶区与焊线区距离要以焊线线弧来确定，距离大会造成线弧拉力不够，距离小会造成焊线时金线接触到晶片。 4）、电极宽度:电极宽度一般为0.2mm。 5）、电路线径:连接电极与固晶区的电路线径也要考虑大小的问题。采用小的线径可以增加基板与胶体的粘着力。,www.wtc.edu.cn,6）、导通孔孔径:采用导通孔设计PCB板，孔径最小值一般为0.2mm。 7）、挖槽孔孔径:采用导通孔设计PCB板，宽度最小值一般为1.0mm。 8）、切割线宽度:在设计切割线宽度时要考虑到切割刀片的厚度，在PCB板设计上进行补偿，不然切割后成品的宽度就偏窄。 另外，还要考虑定位孔的孔径大小等问题。 一般一片PCB板可设计电路范围内的产品数量设计为双数。,www.wtc.edu.cn,5、对PCB基板的质量要求 1）、要求足够的精度：板厚不均匀度±0.03mm），定位孔对电路板线路的偏差±0.05mm。 2）、镀金层的厚度和质量必须确保金线键合后拉力测试8g。 3）、PCB板制成成品后，要求表面无粘污，压模后和胶体之间粘着性好。,www.wtc.edu.cn,SMD LED产品使用须知,1、为避免产品于运输及储存中吸湿,以铝袋包装防潮处理。 2、储存条件 A、经铝袋包装保存的产品存放条件。（温度:528,湿度:60%RH以下）。 B、开封后的处理 1) 开封后48hr内于以下环境条件使用(焊锡)温度:528,湿度:60%RH以下 2) 开封后长期不使用的场所,要用防潮箱保存,另外再使用有效的干燥剂放入铝袋内并加以封装,保存条件同A,并于14天内使用。 3) 超出14天期间,须做以下烘烤处理才可使用(请以限一次)。,www.wtc.edu.cn,一个三维垂直结构红光LED芯片/SMD通电时的照片。,图1 是秦皇岛鹏远公司与山东华光光电子合作研制的三维垂直结构红光LED芯片样品。,图2 是没有通电时所照的照片，从中很明显的看出电极的形状,图3： 3-维蓝光LED芯片/SMD样品,此芯片不需要打金线，没有焊盘，100%的利用发光层材料，也就没有挡光现象，因此提高了发光效率。优化的N电极使得电流的分布均匀，没有电流拥塞现象，可以大电流驱动（例如数安培），出光均匀。,www.wtc.edu.cn,器件：目前市场上的SMD封装尺寸大多为3020、3528、5050， 封装胶水：基本都是硅胶，有良好的耐热性能（对应回流焊工艺及对应目前功率及发热量不断增加的芯片）。 现象：做好的产品在初期做点亮测试老化之后都有不错的表现，随着时间的推移，明明在抽检都不错的产品，到了应用客户开始应用的时候或者不久之后，就发现有胶层和PPA支架剥离、LED变色（镀银层变黄发黑）的情况发生。,LED(SMD封装模式）变色及剥离现象分析,www.wtc.edu.cn,1）PPA与支架剥离的原因 PPA中所添加的二氧化钛因芯片所发出的蓝光造成其引起的光触媒作用、硅胶本身没老化的情况下，PPA本身慢慢老化所造成的。 光触媒作用会衍生出分解力与亲水性的活动、光照射到二氧化钛上。特别是光触媒分解力具有分解有机物的能力。二氧化钛吸收太阳光或照明光中的紫外线后、空气中的氧气（O2）与e-（电子）、水（H2O）与H+各产生反应。二氧化钛表面会产生O2。超氧阴离子Superoxide ion）与OH（氢氧自由基Hydroxyl Radical）的两种具有分解力的活性氧素。亲水性是构成二氧化钛的钛与水起反应、二氧化钛表面会产生与水、二氧化钛的高反射率、一般在各种材料上作为非常协调的-OH（亲水基）。,www.wtc.edu.cn,2) LED变色 现阶段大体分类为3类别。 硫磺造成镀银层发生硫化银而变色 溴素造成镀银层发生溴化银而变色 镀银层附近存在无机碳(Carbon)。,分析 硅胶封装材料、固晶材料并不含有S化合物、Br化合物, 硫化及溴化的发生取决于使用的环境。 环氧树脂(Epoxy)等的有机物因热及光的分解后的残渣产生无机Carbon，在镀银层以银胶等Epoxy系固晶胶作为蓝光芯片的粘接场合较频繁发生。 在没有使用Epoxy等的有机物的场合有发现无机Carbon存在有可能是由外部所入。 总之：种变色现象是因有无机碳的存在、蓝光、镀银、氧气及湿气使其加速催化所造成,www.wtc.edu.cn,如何解决？ 1）在封装过程中避免使用环氧类的有机物，比如固晶胶； 2) 选择低透气性的封装材料，尽量避免使用橡胶系的硅材料，尽量选用树脂型的硅材料； 3) 在制程的过程中尽量采用电浆清洗支架，尽可能的增加烘烤流程 同一款胶水，在不同地点使用也会有影响。比如南方高温多雨，北方气温低而干燥，胶水的特性就不太一样。,