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    LED封裝核心技術難點

    發布時間:2020-11-19 13:07:00 / 來源:http://www.zsxnyqc.com/news504407.html

    LED封裝制造主要流程包括固晶、焊線、熒光粉涂覆、透鏡成型和測試分選,而其中共晶焊、焊線、涂敷和透鏡成型是整個制造過程中的核心技術和裝備

    1、共晶焊機

    目前,鑒于LED共晶技術有廣闊的工業應用背景,歐美等發達國家投入了很大精力在LED共晶核心技術攻關上。如下圖所示,這些國家對共晶焊設備的研究主要集中在兩個方向上:一是共晶熱壓,通過加熱和施加壓力來使帶有共晶焊料層的芯片和支架(基板)結合在一起;二是共晶回流,通過加熱和使用助焊劑來使帶有共晶焊料層的芯片和支架結合在一起。

    當前共晶焊機在以下方面仍是主要的技術難點:

    (1)高精度焊接吸嘴的設計與制造;

    (2)LED芯片與基板的高速高精度識別和定位;

    (3)共晶過程中基于視覺的高精度位置/力控制;

    (4)焊接過程中基于特定溫度曲線的階梯式脈沖溫度控制。。

    2、焊線機

    引線鍵合技術作為焊線機核心技術是指利用熱、力、超聲能量耦合作用,將半導體芯片外接引線焊盤與基板布線焊盤或電子封裝外殼引腳用金屬絲相連接的工藝技術,其基本原理如下圖所示。首先利用高壓電火花(EFO)使穿過劈刀小孔的金屬絲端部熔成球狀,接著劈刀下行,在一定壓力作用下使金屬球與芯片焊盤表面接觸,經換能器縱向超聲振動、劈刀壓力及加熱能量的共同作用,金屬燒球與焊盤接觸面產生塑性變形,接觸界面氧化膜被破壞,通過接觸面金屬原子的擴散及晶格位錯形成均勻的原子鍵鍵合焊點;之后劈刀隨鍵合頭升起一段距離后引導引線移向引線框上的焊盤,最后在超聲能量、加熱能量的耦合作用下完成楔焊(新月形)焊點。

    當前高速焊線機的主要技術難點是:

    (1)高精度位置/力控制平臺技術;

    (2)引線鍵合技術;

    (3)鍵合軌跡規劃。

    3、熒光粉涂覆機

    不同的LED封裝工藝,對應著不同的熒光粉涂覆設備。目前市面上普遍的SMD封裝工藝以及COB集成芯片封裝工藝都對應著傳統的點膠熒光粉涂覆工藝,需要使用熒光粉點膠設備。如下圖所示,點膠的方式主要有:

    (1)時間/壓力型

    由于時間/壓力型點膠技術只采用脈動的空氣壓力和針管就能實現點膠,因此超過70%的點膠系統采用了這種技術。它在膠體粘度中等大小時工作最好,能夠點出各種形狀圖案如點、線等。

    (2)計量管型

    計量點膠頭是時間/壓力型點膠技術的進一步發展,它采用新的設計來提高點膠性能。這種技術中有代表性的是阿基米德計量管點膠和活塞式點膠。

    (3)活塞型

    采用類似活塞—氣缸的機構來點膠。首先將膠體引入到一個開口的氣缸中,然后由馬達驅動的活塞會將氣缸密閉并產生運動,直到將腔中的流體全部從點膠頭擠出。由于這種方法實際上控制的是氣缸內的流體體積而非流體壓力,這樣就避免了膠體特性變化的影響。不管膠體的粘度如何變化,采用這種技術點出的膠量能夠始終保持不變。

    而陶瓷基板LED封裝技術,或者wafer級熒光粉涂覆技術,則需要使用到高精度熒光粉霧化噴涂設備,其核心部件熒光粉霧化噴頭結構原理圖,如下圖所示。

    當前熒光粉涂覆機的主要技術難點是:

    (1)霧化噴涂的機理建模、控制及工藝;

    (2)熒光粉涂層的面均勻度控制和厚度控制;

    (3)熒光粉漿點噴涂的分布式參數系統建模;

    (4)均勻度和厚度的關鍵視覺檢測原理和算法;

    (5)高精密熒光粉漿霧化噴頭的設計與制造。

    4、壓模封裝機

    與熒光粉涂覆設備一樣,不同的LED封裝結構形式,則需要不同形式的壓模封裝設備。傳統1W功率型LED則需要經過不同的幾臺設備進行扣透明透鏡、熱壓、注膠等工序才能完成其壓模封裝工藝。

    國內進行壓模封裝透鏡成型中的壓模封裝,主要是采用人工進行操作。

    當前主要的技術難點是:

    (1)專用脫模材料的研發與制造;

    (2)高精度注膠系統的研發;

    (3)全自動壓模封裝工藝和設備的研發。

    5、結論

    由于大功率LED在照明中的廣泛應用,對大功率LED封裝技術的各項性能指標要求越來越高。合適的熒光粉涂覆和壓模成型方式,合理的透鏡選擇和形狀變化可有效地提高白光LED的出光效率和使用壽命。新的封裝材料、封裝工藝、封裝理念和透鏡材料及結構必然是提高白光LED出光效率的主要研究方向。

      

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