【正文】 測試分選 成品：芯片 晶片：單晶棒（砷化鎵、磷化鎵） 單晶片襯底 在襯底上生長外延層 外延片 成品：單晶片、外延片 封裝：固晶 焊線 樹脂封裝 切腳 測試分選 成品： LED燈珠、 LED貼片和組件 上游 下游 中游 第 13 頁 共 28 頁 LED 芯片生產(chǎn)工藝 LED 照明能夠應(yīng)用到高亮度領(lǐng)域歸功于 LED 芯片生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，包括單顆晶片的功率和亮度的提高。下圖為上游外延片的微結(jié)構(gòu)示意圖。目前，利用大功率芯片生產(chǎn)出來的白光 1W LED 流明值已經(jīng)達能到 150lm之高。以下以藍光 LED 為例介紹其外延片生產(chǎn)工藝如下：首先在襯低上制作氮化鎵 (GaN)基的外延片 ,這個過程主要是在金屬有機化學氣相沉積外延片爐(MOCVD)中完成的。常用的襯底主要有藍寶石、碳化硅和硅襯底 ,以及 GaAs、 AlN、 ZnO 等材料。通過控制溫度、壓力、反應(yīng)物濃度和種類比例，從而控制鍍膜成分、晶相等品質(zhì)。 LED 封裝工藝流程 以大功率 LED 封裝產(chǎn)品為例，介紹它的封裝制程如下： 基板（襯底） 磊晶制程（擴散、濺射、化學氣相沉淀） 磊晶片 清洗 蒸鍍 黃光作業(yè) 化學蝕刻 熔合 研磨 切割 測試 單晶爐、切片機、磨片機等 外延爐（ MOCVD） 清洗機 蒸鍍機、電子槍 烘烤、上光阻、照相曝光、顯影 刻蝕機 減薄機、清洗機 切割機 探針測試臺、顆粒度檢測儀 圖 LED 生產(chǎn) 流程 圖 大功率 LED封裝 制程 第 15 頁 共 28 頁 LED燈生產(chǎn)過程質(zhì)量控制 根據(jù) LED 的優(yōu)缺點， LED 燈的設(shè)計思想與點光源白熾燈的設(shè)計思想完全不 同，必須采用 LED 多光源陣列設(shè)計策略，因此 LED 燈具的設(shè)計必須從光學、電學、 熱學與結(jié)構(gòu)等各種影響質(zhì)量的因素綜合 考慮 ,在生產(chǎn)過程中做好各方面的質(zhì)量控制。目前 LED車燈的實驗技術(shù)要求主要考察總成車燈的性能和 LED 單元的性能，在實驗過程中除了進行總成性能實驗外，還需要將 LED 單元單獨進行一些性能實驗，兩者的結(jié)果必須同時合格才能通過考核。由于本文主要涉及的是 LED 照明燈，重點在于 LED 單元工藝的控制，只對相關(guān)的實驗項目進行研究。按測試的項目種類來分，大體上可以考慮下列實驗項目 :配光實驗、壽命實驗、環(huán)境實驗、沖擊實驗、電氣實驗。 壽命實驗包含了高溫工作實驗和低溫工作實驗等，主要考察車燈在使用過程中的 使用壽命情況，在高低溫的環(huán)境下正常點亮，驗證 LED 單元沒有異常出現(xiàn)。 電氣實驗包括了一系列電氣內(nèi)容的實驗項目，主要是為了比較車燈在其它的一些性能實驗前后的電氣性能的變化，如電流、電阻的變化等。同時實驗流程如圖 所示有必要對同一個燈具按順序進行幾項相關(guān)的實驗，以此來提高實驗的難度。 確定 LED 單元各組件有無異常。 低溫工作試驗 圖 低溫工作實驗條件 試驗后，在環(huán)境溫度 25℃時，在設(shè)計電壓中測定中心光強和工作電流，得出 與初期特性值的變化率。如有必要，對 LED 芯片進行確認。 確定 LED 單元各組件有無異常。 把試驗樣品按正常狀態(tài)下放入試驗箱內(nèi)，按圖 的循環(huán)，進行放置試驗。 (l)作為前處理，把試驗樣品置于勸士 3℃的環(huán)境里 30分鐘以上之后，再置于 25 士 3℃， 65士 5%的環(huán)境里 30分鐘以上。 (3)回到 25℃后 ，在一 10 士 3℃環(huán)境中保持 3 小時，再放回到 25℃。 （ 4）同樣的循環(huán)進行 10 次。 確定 LED 單元各組件有無異常。 LED 燈光學設(shè)計策略 1 配光和光形分布 如圖 所示 :LED 信號燈需要達到法規(guī)要求的配光要求和光形分布 . 第 19 頁 共 28 頁 圖 LED 信號燈的配光要求和光形分布 由圖 可以看 出大部分信號燈的配光需要是橢圓分布，由于 LED輸出光形是一個圓形的光形分布，所以通常的設(shè)計是利用反射鏡或配光鏡從 LED投射出的圈形光形中收集光線，再投射出去，往往會投射到一些沒有要求的區(qū)域里，直接查成了光損失，控制策略如圖 所示，可以把 LED 的頂部修成橢圓狀，設(shè)計針對 LED 頂部球體部分光線的反射體來增強中心的光線，減少光損失。 圖 建立反射面基礎(chǔ)曲線 用 LED〔發(fā)光二極管 )作為照明燈燈的光源所產(chǎn)生的熱問題不同于燈泡照明的燈具。二極管結(jié)溫一般要求不超過 125℃，當溫度超過這一溫度范圍時一般會引起下面幾個問題 : 第一，輻射的照度隨著溫度升高而降低，也就是效率降低。一般來說，發(fā)光二極管的封裝材料為環(huán)氧樹脂或者塑料，他們在溫度較高時發(fā)生變質(zhì)或者變暗，這都影響 LEO 的使用質(zhì)量。 以上幾個方面都要求有良好的散熱控制策略，使 LED 能在給定環(huán)境下以最高的功率工作，從而提高比 LED 燈的質(zhì)量。最簡單的方式是加大 散熱片，但由于需要占用較大的空間，因此使用中會有局限性。當然也可采用利用其他物理效應(yīng)制作的散熱系統(tǒng)，如拍爾帖致冷 第 20 頁 共 28 頁 器、熱導管等盡快并且有效地將熱量從產(chǎn)生的地方傳導出來，控制溫度。 發(fā)光 二極管產(chǎn)品分為：點陣數(shù)碼管、 lamp、 top view、 side view、大功率等很多品種，但是這些品種都有一個共同點就是都是存在樹脂和 支架 的非氣密閉封裝結(jié)合。常見的失效模式包括樹脂從芯片或引腳框的內(nèi)部分離 (脫層 )、導線損傷、芯片損傷和不會延伸到元件表面的內(nèi)部裂紋等。 改進思路及改進方法： IPC 美國電子工業(yè)聯(lián)合會制訂和發(fā)布了 IPCM109, 潮濕敏感性元件標準和指引手冊。該程序包括暴露 在回流焊接溫度接著詳細的視覺檢查、掃描聲學顯微圖象、截面和電氣測試等。C / 85% RH 無限車間壽命 第 22 頁 共 28 頁 2 級 ≤ 30176。C / 60% RH 四周車間壽命 3 級 ≤ 30176。C / 60% RH 72 小時車間壽命 5 級 ≤ 30176。C / 60% RH 24 小時車間壽命 6 級 ≤30176。 發(fā)光二極管一般都屬于 2a、 4 三個級別，其中 smd 屬于 3 級， top view、side view 屬于 4 級。 目前 smd 產(chǎn)品包括 top view、 side view 在客戶回流焊的時候出現(xiàn)死燈現(xiàn)象是目前這個業(yè)界的一個通病，而吸濕控制也是解決這個問題的一個有效方法。 2．對宜吸濕原物料生產(chǎn)前做烘焙除濕處理。 3．控制生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度 /濕度，半產(chǎn)品放置在防潮柜中。 5．對產(chǎn)品進行真空包裝。 其中產(chǎn)品包裝和烘焙， IPC/JEDEC JSTD033提供處理、包裝、裝運和烘焙潮濕敏感性元件的推薦方法。干燥包裝涉及將潮濕敏感性元件與去濕劑、濕度指示卡和潮濕敏感注意標貼一起密封在防潮袋內(nèi)。 1 級。C 的回 流溫度。裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是要求的、標貼是要求的。 第 23 頁 共 28 頁 裝袋之前干燥是要求的，裝袋與去濕劑是要求的、標貼是要求的。裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是可選的、標貼是要求的。 室溫去濕。C177。C 、濕度低于 10%RH 的干燥箱，放置 5倍的空氣暴露時間，以恢復原來的車間壽命。對基于級別和包裝厚度的干燥前與后的包裝，有一些烘焙 的推薦方法。請查閱并跟隨 JSTD033 中推薦的烘焙時間 /溫度。 IPC 的干燥包裝之前的預烘焙推薦是： 1．包裝之前，封裝厚度小于或等于 ：對于 2a ~5a 級別， 125176。C 烘焙 4~14小時。C 的烘焙時間范圍 23~48 小時，或 150176。 2．車間壽命過期之后，封裝厚度小于或等于 ：對于 2a ~5a 級別， 125176。C 烘焙 5~9 天。C 的烘焙時間范圍 18~48 小時，或 40176。 3．卷帶包裝產(chǎn)品筆者也進行了幾組試驗 ，烘焙 smd 產(chǎn)品先在 30176。 改進小結(jié) 要想在市場上立于不敗之地，就要滿足超嚴格質(zhì)量要求，生產(chǎn)出世界級質(zhì)量 的產(chǎn)品，這就需要采用先進的技術(shù)科學與先進的管理科學。 對 LEO 燈而言，如何通過控制 LED 燈加工過程中的質(zhì)量來達到穩(wěn)定的質(zhì) 量輸出，這是各生產(chǎn)企業(yè)對 LEO 燈追求的目標。 從以下方面通過對 LED 燈生產(chǎn)過程控制得到了進一步失效成果： LED 的耐熱性在不斷改善提高，在 LED 燈的設(shè)計要求非?？量淌且环N被動散熱方式條件下，增加了驅(qū)動板和鋁散熱片之間要加塑料套管以增加絕緣的可靠性，也加強了灌散熱硅膠以提高散熱能力。 螺旋類接口的燈具中，熒光燈的重量只有 LED 燈具的數(shù)分之一，經(jīng)過對 LED的重量逐漸的減少，尤其是 的螺旋接口 LED燈，有了很大的安全性能。在以前的 LED 設(shè)計普遍為低功率的，采用被動 PFC(填谷式 )，逐步在 PFC 的基礎(chǔ)上加強提高了功率，接近動輒 99的效率。主要工作總結(jié)如下 : (l)首先較為詳細地介紹了 LED 照明燈在設(shè)計、生產(chǎn)、使用過程中必須要考慮解決的幾個主要問題點，其中包括了 LED 燈的光學設(shè)計、 LED燈的散熱問題的重要性、 LED 燈的制造工藝。 (3)將應(yīng)用極為廣泛的統(tǒng)計軟件 Minitab 應(yīng)用到 LED 即照明燈生產(chǎn)的質(zhì)量控制上，根據(jù)預先設(shè)定的具體參數(shù)，由 Minitab 軟件建立起 xbar 一 R圖控制，實現(xiàn)了在線分析、實時控制。 進一步研究的方向 對照明而言， LED 光源擁有很多不可比擬的優(yōu) 勢，其應(yīng)用前景極其廣闊。希望本文的嘗試及研究能對 LED 燈的制造控制起到拋磚引玉的作用，相信不久的將來， LED 能以其自身優(yōu)勢和穩(wěn)定的加工質(zhì)量應(yīng)用到的每一個角落。吾老師知 識豐富、人格高尚，他敬業(yè)的教學形象一直深刻的留在我心中。幾個月來，吾老師不僅在學業(yè)上給我精心的指導，同時還在思想、生活上給我無微不至的關(guān)懷。特別感謝吾老師，他們對本課題做了不少的工作，給予我不少的幫助和指導。在此，也將此文獻給他們