当前大多数封装厂商都是采用这种方法来制作白光LED,在LED蓝光芯片上涂覆YAG荧光粉来制作白光LED的工艺流程如图1所示,下面的内容将对这种工艺流程中的关键因素进行讨论。
图1 在LED蓝光芯片上涂覆YAG荧光粉制作白光LED的工艺流程 选择蓝光芯片
选择与荧光粉匹配的蓝光芯片是制作好白光LED的第一步。波长为430~470nm的光都是蓝光,需要选择其中某一波长的蓝光与荧光粉进行匹配,可以有效激发这种荧光粉,从而实现较高的量子效率且出光稳定。
具体做法可以用荧光粉比较仪来选择荧光粉,即用不同波长的蓝光来激发它。哪一种在比较仪上显示的相对比值最高,就选定这种荧光粉和这一波长的蓝光芯片。一般激发荧光粉的蓝光的波长宽度约为2.5nm。选择这种波长是因为生产芯片的厂家要更精确地挑选出光的波长也有困难,需要更精密的测试仪器,这会使制造成本提高。
固定芯片
制作白光LED时一定要把LED芯片固定在支架上(或热沉上),所以必须选择一种胶把芯片粘合在支架上。使用什么胶要根据芯片来选定。
如果LED芯片是L型电极的,也就是说这种芯片是上、下各有一个电极,那么要求芯片粘合的胶既要能导电,又要能把LED芯片上的热量通过胶传导到支架或热沉上。所以,必须用导热性能好、导电性能也好的固晶胶。现在市场上很多种可供选择的胶。
如果LED芯片是V型电极的,也就是说在上面有两个电极,下面没有电极,因此下面就不允许导电。但是仍然需要导热性能,所以必须使用绝缘导热性能较好的胶。
绝缘导热的胶与既导电又导热的胶相比,后者的导热性能更好。当LED芯片衬底采用蓝宝石时,有人为了追求导热性能更好,也可用既导电又导热的胶作为固晶胶。图2给出了将LED芯片使用导热导电胶和导热绝缘胶固定的示意图。
图2 固定LED芯片 电极焊线 在制作白光LED时,必须注意芯片p/n两个电极的焊线,一般采用金丝球焊的可靠性较好。特别需要注意的是,加在焊线上的压力不要太大,一般是30~40g之间,压力太大容易把电极打裂,而这种裂缝通过一般的显微镜都是看不见的。如果存在电极裂缝,那么在通电加热后,这个裂缝会逐步变大,相应的漏电流也会增大,这样LED在使用时会很快损坏。
生产环境
制作白光LED的生产环境要有一万级到十万级的净化车间,并且温度和湿度都是可调控的。白光LED的生产环境中要有防静电措施,车间内的地板、墙壁、桌、椅等都要有防静电功能,特别是操作人员要穿上防静电服并戴上防静电手套。
在LED芯片生产流程的每个工序中,都必须要有防静电措施。例如,在将蓝光芯片从蓝膜上撕开时,会产生1000V以上的静电,足以将LED芯片击穿。在没有静电防护的情况下,当人体接触LED时,人体上的静电通过LED放电而导致LED芯片局部击穿。芯片由于静电而被击穿后,将在LED的两个电极有源层及电极界面和有源层体内形成结构缺陷。即使一定的载流子注入了填充了所有的缺陷,但是多余的载流子部分将发生辐射复合,并伴随着光的输出。
很难在测试时或开始使用时判定LED是否受到静电损伤,但是在使用的过程中会不断出现“黑灯”的现象。因为这种LED在使用过程中其正向漏电流会逐渐变大,达到一定程度就不再正常工作。
烘烤芯片
在制作白光LED工艺过程中,要随着工艺流程将LED芯片放进烘箱内烘烤三四次。应当合理控制烘箱的温度和烘烤的时间,最好温度不超过120℃；否则放在烘箱内的LED芯片温度超过120℃后,将会损坏结。因此,可以将烘烤的时间设定得长一些,但是温度最好不要高于120℃。
涂覆荧光粉
首先要把荧光粉和环氧树脂调配好,调配的浓度和数量都要根据以往的经验。这里要特别强调的是,胶和荧光粉一定要充分搅拌均匀,要让A、B胶充分混合。在点荧光粉(荧光粉和胶混合,即点胶)的过程中,荧光粉不能沉淀,浓度要始终保持一致。
点荧光粉所用的设备、装胶的容器和针头都要保持一定的温度并不断搅拌,防止胶凝固和荧光粉沉淀。点胶的针头最好使用不粘胶的针头,这种针头只需轻轻一吹就会干净。在点胶过程中要保证针头不会发生堵塞,并且出胶要均匀。这样做才能使白光的色温一致性较好。
目前生产白光LED的厂家,大多数是采用人工点荧光粉,点荧光粉的工人要经过长期的培训,在掌握经验后才能很好地完成这项工艺。点荧光粉所用的点胶机一般有两种：
?粘胶机：即将荧光粉和胶配好后,均匀地分布在滚筒上,滚筒不断滚动,这样胶就可以均匀分布在滚筒的外壁上。把焊好金丝的蓝光芯片的整个支架(20粒)靠到滚筒上,滚筒上的荧光粉胶就会均匀地粘到20个芯片的支架“碗”内。图3给出了荧光粉粘胶机的示意图。
图3 荧光粉粘胶机
?点胶机：另一种是用自动配好荧光粉的胶从针头滴到焊好LED的支架上,其工作原理就像灌胶机一样。灌胶机一次可灌20粒,点荧光粉胶一般一次为4~5粒。这种点胶机滴出来的胶量可以进行调节控制。装在点胶机容器内的胶要保持一定的温度,需要经常搅拌,这样不会产生沉淀。以上两种都适用于φ3mm、φ5mm等引脚式封装的LED管子。图4给出了荧光粉点胶机的示意图。
图4 荧光粉点胶机
有些制造大功率白光LED的方法,是预先把荧光粉和胶调配好,然后开出一个模子,把荧光粉胶刷在模子上,让它干后成为一片胶饼。再把胶饼盖在焊好的大功率LED芯片上,并用适量的胶把胶饼固定在芯片上。这样做出来的LED其色温会比较一致。
