【導讀】LED在照明市場一直都是關鍵所在，無論是LED驅動、LED照明設計、LED光學設計、LED散熱技術等等都至關重要。本文要講解的也是LED領域的一部分，LED封裝技術。本文就分享資深工程師多年經驗總結的LED封裝技術。
一. 材料和配件
封裝配件：透鏡，支架，鍵合線
封裝材料：固晶膠，密封膠，熒光粉
LED支架
①PPA高溫尼龍，耐溫更高，吸濕更少,熱穩定,光穩定,熱變形溫度約在300度，可過回流焊肯定沒問題共晶焊制程，基本也能承受 共晶焊
②LCP塑膠支架，液晶樹脂，可滿足溫度高的共晶焊，有長期耐黃變性，但無法做到PPA能的白度，初始亮度較差而無法大量推廣。
③陶瓷LED支架散熱性好，價格較為昂貴，約為PPA支架的10倍
支架鍍銀：提高光反射率
失效模式：
銀層與空氣中硫化氫、氧化合物、酸、堿、鹽類反應，或經紫外線照射，發黃發黑，并導致密封膠和支架剝離。
鍵合線
金線：電導率大、耐腐蝕、韌性好，最大優點是抗氧化，常用鍵合線
金銀合金線：適用于LED直插和SMD產品封裝焊線
鍍鈀銅線：適用于LED直插和集成電路封裝焊線
銅線：高純銅,適用于功率器件封裝焊線，價格金線10%-30%,電導熱導 機械性能，焊點可靠性大于金
金線失效模式：
①虛焊脫焊，工藝不當，芯片表面氧化
②和鋁的金屬間化合物：“紫斑”(AuAl2)和“白斑”(Au2Al)， Au和Al兩種元素的擴散速率不同，導致界面處形成柯肯德爾孔洞以及裂紋。降低了焊點力學性能和電學性能
銅線失效模式：
①銅容易被氧化，鍵合工藝不穩定
②硬度、屈服強度等物理參數高于金和鋁，鍵合時需要更大的超聲能量和鍵合壓力，硅芯片造成損傷
透鏡
1.硅膠透鏡：耐溫高(可過回流焊)，體積較小，直徑3-10mm。
2.PMMA透鏡：光學級PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，即亞克力)，塑膠類材料
優點：生產效率高(注塑);透光率高(3mm時93%);
缺點：耐溫差(熱變形溫度90度，PMMA燈罩須增加光源和燈罩的距離，或降低光源功率)。
3.PC透鏡：光學級尼龍料 (PC)聚碳酸酯，塑膠類材料
優點：生產效率高(注塑);耐溫高(130度以上);
缺點：透光率稍底(87%)。
4.玻璃透鏡：光學玻璃材料，具有透光率高(97%)耐溫高等特點
缺點：易碎、非球面精度不易實現、生產效率低、成本高等。
一次透鏡：PMMA,硅膠
二次透鏡：PMMA,玻璃
灌封膠，固晶膠
灌封膠作用：
1.對芯片進行機械保護，應力釋放
2.一種光導結構
3.折射率介于芯片和空氣之間，擴大全反射角，減少光損失
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硅膠
按分子鏈基團的種類分：
①甲基系有機硅膠(大部分，耐侯性更好)
②苯基系有機硅膠(成本高，折射率更好)
按使用領域分：
①透鏡填充硅膠
②LED固晶硅膠
按硫化條件分：
①高溫硫化型LED硅膠(聚硅氧烷，分子量40～80萬)
②室溫硫化型LED硅膠(分子量3～6萬，雙組分和單組分包裝)
硅膠優點：
1.耐溫
Si-O鍵為主鏈結構，鍵能121千卡/克分子，高于C-C82.6，熱穩定性高，高溫或輻射化學鍵不斷裂，也耐低溫，化學，物理，機械性能，隨溫度的變化小。
2.耐候性
主鍵為Si-O，無雙鍵，不易被紫外光和臭氧分解。自然環境下可使用幾十年。
3.電氣絕緣性能
介電損耗、耐電壓、耐電弧、耐電暈、體積電阻系數和表面電阻系數好，電氣性能受溫度和頻率的影響很小。良好拒水性，在濕態條件下使用具有高可靠性。
4.低表面張力和低表面能
疏水、消泡、泡沫穩定、防粘、潤滑、上光等性能優異。
在LED上的應用
(1)固晶：混合銀粉以提高導熱效果，稱為固晶銀膠。
(2)混熒光粉硅膠
(3)表面填充LED硅膠：保護LED芯片，大功率LED透鏡內填充、透鏡模封、貼片式平面封裝、COB式大面積不規格封裝等。
硅膠失效模式
非法添加造成的硅膠失效：
①添加環氧樹脂，對PPA的附著會提高，對固化，透光折射和MOD硬度沒影響，但會造成膠層的黃變，苯基類的硅膠也會引起變黃。
②添加熒光粉，添加填充物達到要求的硬度，膠層在固化后發生黃邊，為了控制顏色的發黃，所以添加熒光粉，半年時間就會失效
硅膠使用中遇到的各種問題：
①固化后表面起皺，由收縮所引起膠中添加有溶劑型的硅樹脂造成。
②出現界面層。采用同類物質想近的原理，改變硅膠與其的親合力。
③熒光粉發生沉淀，室溫固化型的膠，因為在硅膠中為了保持其透光性，折射率等，所以不能添加任何的懸浮劑進去，換成升溫固化的產品，可以解決這個問題。
④固化后表面不夠光滑，這是因為膠遇到S、P等中毒引起，需清洗下模具等系列工具
環氧樹脂
成形性、耐熱性、良好的機械強度及電器絕緣性。
添加劑：為滿足各種要求，需添加硬化劑、促進劑、抗燃劑、偶合劑、脫模劑、填充料、顏料、潤滑劑
失效模式：
①環氧樹脂在短波照射或者長時間高溫下會變黃。
②過回流焊時，環氧耐高溫性能差導致環氧與襯底分離，產生光衰死燈等情況，所以應用在大功率照明上時壽命很短。
環氧樹脂因為價格低廉(和硅膠完全不是一個級別)，而且儲存、使用和可加工性也較硅膠優越，所以低功率LED和一些光感元器件依然使用環氧樹脂封裝
熒光粉
白光的幾種實現形式
1.藍色LED芯片上涂敷能被藍光激發的黃色熒光粉
460nm波長的藍光芯片上涂一層YAG熒光粉，利用藍光LED激發熒光粉以產生與藍光互補的555nm波長黃光，并將互補的黃光、藍光混合得到白光。
2.藍色LED芯片上涂覆綠色和紅色熒光粉
芯片發出的藍光與熒光粉發出的綠光和紅光復合得到白光。
3.紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多種顏色的熒光粉
利用該芯片發射的長波紫外光(370nm-380nm)或紫光(380nm-410nm)來激發熒光粉而實現白光發射。
失效模式：
①熒光粉的材質對白光LED的衰減影響很大。有加速老化白光LED的作用
②不同廠商的熒光粉對光衰的影響程度也不相同，這與熒光粉的原材料成分關系密切。
③選用最好材質的白光熒光粉，才有利于衰減控制。
幾種熒光粉的比較
1.石榴石型氧化物：
優點：亮度高，發射峰寬，成本低，應用廣泛
缺點：只能做出黃粉，激發波段窄，光譜中缺乏紅光的成分，顯色指數不高，很難超過85
專利：日亞化學壟斷
2.硅酸鹽熒光粉：
優點：激發波段寬，綠粉和橙粉較好
缺點：發射峰窄，對濕度較敏感，缺乏好的紅粉，不太耐高溫，不適合做大功率LED，適合用在小功率LED
專利：仍為豐田合成、日亞化學、歐司朗光電半導體等公司所擁有
3. 氮化物與氮氧化物熒光粉：
優點：激發波段寬，溫度穩定性好，非常穩定紅粉、綠粉較好，藍色到紅色的全部色域
缺點：制造成本較高，發射峰較窄
專利：荷蘭Eindhoven大學、日本 材料科學國家實驗室(NIMS)、三菱化學公司、Ube工業與歐司朗光電半導體，北京宇極科技。
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