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LED封裝材料的利用近亞博況和成長趨向(上)

文章來源:亞博  作者:亞博-人可何  發布日期:2019-11-19 07:42:16  瀏覽次數:241

1、LED封裝手藝與材料綜述

LED是半導體發光二極管,現已普遍利用在照明、顯示、信息和傳感器等諸多范疇。LED器件按功率和用處要求,采取響應的封裝材料,首要包羅環氧樹脂、有機硅樹脂和無機封裝材料等。

封裝材料和封裝工藝、封裝裝備需要相互匹配,他們根基是逐一對應的關系。LED封裝的主流體例有以下幾種:

1)基在液態膠水的點膠灌封;

2)基在固態 EMc 的Transfer Molding轉進打針成型;

3)基在半固化膠膜的真空壓合成型;

4)其他非凡封裝體例,如基在液態樹脂的模具打針成型、基在觸變膠水的刷涂或印刷、噴涂等封裝工藝。

1.1 點膠灌封手藝

點膠灌封手藝是LED封裝經常使用的尺度工藝,點膠工藝的焦點裝備包羅點膠機(有氣壓、柱塞泵、齒輪泵等供料體例)、一體成型的帶圍壩或反射杯的金屬支架,封裝材料為雙組分或單組份膠水。不管液態環氧樹脂仍是液態有機硅膠水,根基采取雙組分包裝體例,這是由于雙組分有益在材料的持久存儲,但點膠灌封前,他們需顛末充實夾雜到達均一才能利用。為了將膠水與無機材料(例如熒光粉)充實夾雜,就必需借助在高速雙行星分離機,如許才能確保無機材料在有機樹脂內的均一分離。夾雜后的材料需按供給商的保舉操作方式進行LED的封裝,而且在劃定時候內用畢,不然,無機材料沒法在液態膠水中持久不變分離,會產生團圓和沉降現象。另外,A、B組分夾雜后,即便在室溫貯存,也會產生化學交聯或吸濕,從而影響材料的黏度不變。環氧樹脂首要以酸酐作為固化劑,設置裝備擺設成加成反映型封裝材料,這類環氧樹脂是A、B雙組分派方。另外,環氧樹脂還可以基在陽離子反映機理設置裝備擺設成單組份膠水。這類陽離子反映配方材料更具耐熱性和耐高溫黃變能力,但礙在催化系統本錢高,沒法遍及利用,僅僅限制在觸變性要求較高的封裝范疇。用 在LED封裝利用的有機硅膠水首要是采取金屬鉑催化含雙鍵的有機硅氧烷與含硅氫的有機硅氧烷的加成反映系統。該反映系統凡是配制成A、B雙組分封裝材料,它們不變性好,便在貯存。LED封裝膠水年夜部門是熱固化的材料,也有部門封裝材料為了非凡利用而采取UV光固化系統。對熱固化材料,點膠后,膠水需要顛末150度約2-5小時的高溫烘烤,實現完全固化封裝。當樹脂固化時,樹脂會產生必然的體積縮短,發生縮短應力,這會對樹脂與芯片、芯片與銀膠的粘結、金線焊點部位、樹脂與支架的連系界面等發生必然影響。是以,封裝材料和封裝工藝對LED器件的系統不變性有直接聯系關系,封裝工程師需要系統注意研究闡發,以肯定最好封裝工藝和封裝材料。

1.2 基在熱固性樹脂封裝材料的轉進塑封(Transfer Molding)手藝

Transfer Molding 就是轉進塑封手藝,由塑封機、芯片和其支持材料、EMC(Epoxy Molding Compound) 封裝樹脂三大體素組成。首要塑封機裝備的分類和生成經濟性總結在表1中。

芯片的支持有金屬支架(leadframe)和基板(PCB substrate)兩種。正裝芯片由導電或非導電固晶膠粘結在支架或基板上(die bonding),再顛末金線(部門產物用鋁線或銅線)毗連芯片和支持的接點。倒裝芯片則經由過程錫膏或共晶焊接固定到支持上,免除金線毗連(wire bonding)。

LED封裝用環氧樹脂塑封料EMC是由環氧樹脂、固化劑、特種添加劑構成的半固化、常溫為固態的樹脂材料,呈圓柱狀“餅料”。行業凡是以直徑35mm、46mm、48mm稱為“年夜餅料”,合用在傳統塑封機;而直徑13mm、14mm、16mm為“小餅料”,合用在MGP模或全主動模機。EMC在封裝溫度,凡是是150°c下最先熔化,在塑封機的傳輸桿鞭策下,顛末流道,打針入含有芯片的模腔中。EMC在高溫下會產生固化反映,而掉去活動性,塑封機完成轉進打針后,顛末幾分鐘的保壓,便可確保EMC固化完全,完成LED封裝進程。

圖1是EMC打針成型的示意圖。

1.3 基在半固化有機硅熒光膠膜的熱壓合封裝手藝

膠膜壓合手藝是近五年新興的一種中年夜功率LED的CSP(chip scale package)封裝方式。LED CSP布局具有光色均1、散熱布局良好、貼裝尺寸小等優勢,在電視背光、手機背光、車燈、閃光燈、貿易照明和聰明照明范疇,與傳統正裝 LED封裝情勢比擬,膠膜壓合手藝有沒有法替換的手藝優勢,將鞭策LED范疇的快速成長。LED行業的CSP概念參考了IC行業的概念,即封裝后器件尺寸不跨越未封裝前裸芯片的1.14倍。LED行業的CSP概念與IC略有分歧的是其和倒裝芯片手藝是慎密連系的,即免去金線毗連(Wire Bonding),可直接供燈具廠表貼SMT利用。

圖2基在半固化有機硅熒光膠膜的熱壓合封裝手藝

封裝LED CSP的焦點手藝是在芯片的五個出光面構成厚度可控、且平均一致的熒光膠層。在膠膜法手藝成熟之前,多采取噴涂熒光膠水的體例在芯片概況構成熒光層。噴涂工藝按照LED色溫設計,需要頻頻噴涂 7-15次才能到達設計要求,是以出產效力欠安。熒光膠膜壓正當,借助在周詳的壓合裝備和壓合治具、和半固化熒光膠膜的不變和均一性,可以或許以較高精度和效力建造CSP,年夜幅度地提高出產效力。

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圖3是膠膜壓正當的道理圖

熒光膠膜壓正當工藝的焦點步調是:倒裝芯片在耐熱膠膜上陣列置晶、與預制的熒光膠膜在真空壓合治具內連系、5-10分鐘的真空保壓和膠膜固化、硬化膠膜和芯片陣列的切割。真空壓合裝備需具有上、下模板高精度控溫、快速抽真空、軟合模行程節制等工藝根基能力。以35mil*35mil的倒裝芯片為例,一塊尺度 100mm*100mm的壓合治具可以容納6000顆芯片陣列;已成熟量產的壓合機操作臺面,一次性可放置4片尺度壓合治具,由此可以得出單機臺的CSP的出產能力(以壓合周期10分鐘計)為144K/hr。是以,熒光膠膜壓正當是高效力、低本錢、易掌控的CSP制造方式。

2、LED封裝新興細分范疇的封裝材料

依照材料化學構成分類,LED封裝材料首要包羅環氧樹脂和有機硅兩年夜類;而依照封裝利用和封裝工藝體例分類,封裝材料又有更多細分。表2給出了封裝材料形態、 封裝工藝、封裝產物利用和材料供方競爭態勢。

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2.1 細分市場一: 環氧EMC封裝小功率唆使用ChipLED

小功率LED用在唆使燈的器件采取基板或金屬支架封裝的ChipLED,因產量年夜、良率和效力競爭劇烈,出產廠商根基采取transfer Molding體例用固態環氧樹脂封裝。主流產物包羅紅光、綠光、藍光和黃光的ChipLED 0603,0805,1206 等,可所以單色、雙色或RGB全彩。

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圖 4 環氧EMC封裝小功率唆使用ChipLED

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