一 实习目的
1 熟悉LED封装的工艺流程及特点。
干粉砂浆2 完成从点胶、扩晶、固晶、烘烤、焊线、灌胶等工序的实践练习。 二 实习主要设备及用具
1 扩晶机
2 精密点胶机
3 固晶平台
4 LED光电烤箱
5 超声波金丝球焊机
6 LED灌胶机
7 真空烤箱8 冲床
三 基本原理
LED是一种可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高，发光响应时间极短，光纯，结构牢固，抗冲击，耐振动，性能稳定可靠，重量轻，体积小，成本低等一系列优点，发展突飞猛进，现已能批量生产整个可见光谱段各种颜的高亮度、高性能产品。
国产红、绿、橙、黄的LED产量约占世界总量的12％，“十五”期间的产业目标是达到年产300亿只的能力，实现超高亮度AlGalnP的LED外延片和芯片的大生产，年产10亿只以上红、橙、黄超高亮度LED管芯，突破GaN材料的关键技术，实现蓝、绿、白的LED 的中批量生产。 1.LED封装
在LED产业链接中，上游是LED衬底晶片及衬底生产，中游的产业化为LED芯片设计及制造生产，下游是LED封装与测试，研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路，从某种意义上讲是链接产业与市场的纽带，只有封装好的才能成为终端产品， 才能投入实际应用，才能为顾客提供服务，使产业链环环相扣，无缝畅通。
LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装既要完成输出光信号，又要保护管芯正常工作，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。
LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出
来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高LED的内、外部量子效率。常规Φ5mm型LED封装是将边长约0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散剂)，起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；因管芯折射率与空气折射率相差太大，如无环氧树脂包封致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全
反射导致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性，绝缘性，一定的机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率高。选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到LED 的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。
白光LED是继白炽灯、日光灯之后占市场主导地位的新一代照明光源。随着人们生活水平的日益提高，绿环保的概念也在加强。与普通的照明光源相比白光LED具有以下一些优点：1、耗电量少：光效为751m／w的LED较同等光通量的白炽灯耗电量减少80％；
2、寿命长：产品寿命长达5万小时，24小时连续点亮可用7年；
3、纳秒级的响应速度，使亮度和彩的动态控制变得容易：可实现彩动态变化和数字化控制；
4、设计空间大：可实现与建筑的有机融合，达到只见光不见灯的效果；
5、环保：无有害金属汞，无红外线和紫外线辐射；
6、颜：不同波长产生不同彩光，鲜艳饱和，无需滤光镜，可用红绿蓝三原控制后形成各种不同的颜，可实现全彩渐变等各种变效果。
2.LED封装意义
在实验室中通过现有设备完成从点胶、扩晶、固晶、烘烤、焊线、灌胶等近三十道工序的实践练习，全面了解集成电路和半导体光电子器件封装的整个过程。在以往的实验中，同学所能接触到的往往都是器件、部件到仪器层面的内容，通过完整封装工艺的实践学习，同学们可以用自己的双手去操作大小只有几百微米的半导体芯片，能切实感受到大量仅仅靠读书或看文章所无法体会到的问题。为研究生阶段从事光子晶体、纳米器件等领域的研究打下很好的基础。对于以后工作或研究中处理微小器件固定、连接等问题都有非常大的启发，为同学们打开了一个触摸芯片世界的窗口。
3.LED封装材料性能与筛选
封装材料是影响白光LED性能的主要因素之一，常规LED封装材料主要包括支架、固晶胶、芯片、荧光粉、配粉胶等。
支架主要有铜支架、铁支架和铝支架。铜支架导热、导电性能好，价格较高。而铁支架的导热、导电性能相对较差，易生锈，但价格便宜。普通小功率LED封装常用的是铝支架。
LED常用的固晶胶主要有银浆和绝缘胶等。银浆的导热性好，可以延长LED的寿命，
但银浆对光的吸收比较大，导致光效下降很多，同样条件下，用银浆固晶与用绝缘胶固晶相比，初始
光通量会相差较多。对于双电极的蓝光芯片，在用银浆固晶时，对胶量的控制也很严格，否则容易造成短路。使用绝缘胶，由于导热性差，LED的寿命较低，但光效较高，点胶控制也没银浆那么严格。
传统封装的超高亮度白光LED的配粉胶一般采用环氧树脂或硅胶。硅胶配粉的白光LED的寿命明显比环氧树脂的长很多。原因之一是用硅胶和环氧树脂配粉的封装工艺不一样，硅胶烘烤温度较低，时间较短，对芯片的损伤也小；另外，硅胶比环氧树脂更具有弹性，更能对芯片起到保护作用。但在相同条件下，用硅胶配粉的初始光通量要比环氧树脂配粉的低，这主要是由于硅胶的折射率比环氧树脂低大约0.1。因此，硅胶配粉时，蓝光芯片的取光率较低，光效不及环氧树脂的高。
四 实习步骤与内容
LED产品的生产和制造，有着一完整、严格的工艺流程，每一步都对产品的最终有着直接的影响。图2-1-1是LED封装的最基本的流程图。
固晶站→原材料准备→检查支架→清理模条→模条预热→发放支架→点胶→翻晶
→扩晶→固晶→固晶烤检→烘烤
焊线站→焊线→焊线全检→点荧光粉→烘烤
封胶站→胶水、模条准备（配胶）→灌胶→支架沾胶→插支架→短烤→离模→长烤
后测→一切→测试→外观→品检→二切→品检→包装金属防水接头
入库
图2-1-1 LED生产的基本流程图
以下按照固晶站，焊线站，封胶站，和后测四个阶段来讲述封装工艺的详细实验步骤。
1.固晶站
固晶站主要的封装技术包含了翻晶，扩晶，点胶，固胶和烘烤五大步骤。其中翻晶只是对于一些特殊的芯片需要，大部分的芯片可以直接进行扩晶而不需要翻晶这一步骤。
1)翻晶
翻晶指的是在封装的过程中，由于不同芯片的焊接点在晶片上所面向的面不同，我们把焊接点所在面调到我们所需要面向的面上，这就是翻晶的作用。
翻晶的过程如下所述：首先要调节温度，不同的晶片所需要的温度也不尽相同，大部分晶片的温度为70℃±10℃。取一张晶片，撕开离型纸，根据整张晶片宽度，在空白离型纸上用刀片划出相应大小的框，并用此框柱晶片。刮一片比此框的面积略大的翻晶用胶带贴住
晶片部分，并把此胶带面朝下放在热板上加热，此时需用滚轮轻推几次，以使胶带沾住晶粒。取离热板，再用滚轮轻推几次，轻轻撕掉离型纸。刮一块比此固晶圈略大的胶带贴住晶粒，此面朝下加热，动作同上。撕掉上面的小胶带即可进行扩晶作业。若当时不需扩晶，则用此片晶粒的离型纸盖住此片晶粒，并贴好即可。
2)扩晶
完成翻晶后接下来的就是扩晶了。图2-1-2为扩晶装置。
图2-1-2 扩晶机
液压压力机扩晶的步骤如下所述：
（1）首先插上电源，气管快速接头接上高压气管；
（2）打开电源开关，将温度设定于65-75℃；
（3）按上气缸“上升”开关，上压模回至最上方。按下气缸“下降”开关，下压模回至最下方；
（4）．松开锁扣，掀起上工件板，将固晶内环放于下压模，圆角的一边朝上，将晶片膜放于下压模正中央，晶片朝上，预热30秒之后，将上工件盖上，锁紧锁扣；
（5）．按下气缸“上升”开关，下压模徐徐上升，薄膜开始向周围扩散，晶粒间隔逐步拉大。当晶片间隔扩散至原来的约1.5倍时即停止上升。将固晶外环圆角朝下平放在薄膜与内环上方；
（6）．按上气缸开关，上压模开始下压，上压模将外圈压紧(可重复2-3次，使子母环套
拉紧装置紧为止)，将扩散后的晶片膜套紧定位，上压模回至最上方；
（7）．用小刀割除子母环外多余胶片, 取出扩晶完毕的晶片膜。按下气缸“下降”开关，下压模下降至
最下方。闯红灯抓拍系统
注意：在进行扩晶之前先将机器的在最佳温度状态上预热10分钟，再放上内环和此次要进行扩晶的晶片膜，将芯片所在的面朝上，在按机器所要求的操作步骤进行一系列的操作。在这个步骤中，温度的调节对扩晶的效果尤为明显，图2-1-3是此次实验中未扩晶前的晶片膜，图2-1-4是温度为80℃时扩晶后的晶片膜。在未扩晶前的芯片的范围大小为3.15*1.5mm，扩晶后的芯片范围为5.6*2.3mm，扩大了1.5倍。
图2-1-3 未扩晶前的晶片膜图 2-1-4扩晶后的芯片
3)点胶
点胶是直接影响到整个LED封装的一个关键步骤，点胶的好坏直接影响到最后LED产品的各项性能。图2-1-5为点胶设备。
无纺布储物箱
图2-1-5 自动点胶机
（1）备银胶：从冰箱中取出银胶，室温解冻30分钟，待完全解冻后，搅拌均匀(约20-30分钟)将其装入点胶注射器内。
（2）将排好的支架放到夹具上(一个夹具最多可放25支，实习时放1－2支)，再用拍板拍平，然后进行点胶。
（3）将排好的夹具放到显微镜下，将显微镜调到最佳位置(调节显微镜高度及放大倍数，使下方支架顶部固晶区清楚)。
（4）接上电源，对不同的需求选取针头的大小后接上气管，调整气压阀门，调节工作气压，气压表指针在0.05-0.12Mpa之间。调节点胶机时间为0.2-0.4秒，使出胶量合乎标准
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