一种LED发光二极管的发明方法

一种LED发光二极管的发明方法

技术领域

本发明涉及一种制造LED发光二极管的发明方法。

背景技术

二极管晶体为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结构成，在其界面处两侧形成 空间电荷层，具有单向导电性。发光二极管(LED)是二极管的一种，由磷化镓等半导体材料 制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件，当内部有一定电流通过时，它就会发光。 发光二极管按管体颜又分为红光、蓝光等。由于在照明系统中需要白光，因而需要能发白 光的LED，白光是一种混合光，由多种波长的光混合而成，现有白光LED主要通过荧光粉转 换的方法实现，其方法为以GaN基LED的蓝发光(470nm)为基础光源，用其发出的蓝光激 发荧光粉，荧光粉主要成份为稀土激活的铝酸盐Y₃Al₅O₁₂Ce³⁺(YAG)，其激发峰值为470nm正好 与蓝发光二极管的发射峰相匹配，能够确保荧光粉的光转换效率。蓝发光二极管发出的 蓝光部分透过荧光粉发射出来，部分激发荧光粉，使荧光粉发出峰值为570nm的黄绿光， 而透出的的蓝发光与荧光粉发出的黄绿组成白光。发光二极管的优点是体积小、工作电 压低、工作电流小、耗电量小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长，能大大节省电力消耗， 有绿照明光源之称。现有技术生产发光二极管(LED)采用在晶片上点底胶、焊线后点荧光 粉，灌胶封装后制得，但现有工艺存在一些不足，如调粉选择性差，烘烤温度选择不恰当， 颜调配不恰当，配粉选择差等导致做出来的灯珠存在亮度低，光斑显示不正常，光衰竭速 度快等光学性能上的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种LED发光二极管的发明方法，调整发光二极管的 发光强度、颜，解决现有发光二极管存在的光学性能不足的问题。

本发明方法所述的LED发光二极管，制备方法依次如下：

a.首先在衬底上制作氮化镓(GaN)基的晶圆，这个过程主要是在金属有机化学气相沉积晶 圆炉(MOCVD)中完成的，准备好制作GaN基晶圆所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工 艺的要求就可以逐步把核心部件LED晶体外延片做好；

b.将制作好的LED晶体贴附到翻晶膜上并利用扩片机将晶体分开；

c.在晶体上分两次点底胶，再将晶体固定在底板上，烘烤、固定后进行焊线操作，其操 作方法为将两根金线分别与晶片的阳极和阴极相接；

d.点荧光粉操作，在硅树脂中加入荧光粉制成抗光衰原胶，混合搅拌至少25分钟，然 后再加入环氧树脂胶，再进行搅拌，抽气后将配得的胶水点到晶片上，点完胶水后利用两步 温度控制法进行烘干操作，首先在35-75℃的条件下烘烤30-50分钟，然后再转至100-145℃ 下烘烤40-80分钟；

e.将点完荧光粉的LED晶片置入模条中，将封装胶灌注入模条中并抽真空构建发光二极 管的外表面封装，封装胶的主要成分为环氧树脂，注意灌注胶水时胶量要微凸于模口平面， 再把引脚支架插入LED二极管中，在其过程中采用程序升温至150-180℃的方式进行烘烤加 热，冷却后环氧树脂凝结为固体，支架的作用是用来导电和支撑；

f.短暂烧烤后脱模并切掉多余的支脚，检测后包装入库。

MOCVD是利用气相反应物(前驱物)及III族的有机金属和V族的NH₃在衬底表面进行反应， 将所需的产物沉积在衬底表面，常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，还有GaAs、AlN、 ZnO等材料。通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等质 量。MOCAD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。

扩晶使用扩片机。翻晶、扩晶的目的是将排列紧密的LED晶片均匀分开，使之更好地植 入焊接工件上。它主要利用LED薄膜的加热可塑性，采用双气缸上下控制，将单张LED晶体 片均匀地向四周扩散，达到满意地晶片间隙后自动成型。

点胶工序是采用芯片黏结剂进行的，胶量的多少对产品质量具有重要影响。量少可能粘 结不牢，量多可能形成PN结短路而使产品成为废品，也可能使PN结之间电子迁移数量减少 造成亮度降低，或出现反向电流增大，造成LED可靠性下降。点胶工序的主要因素是操作力 度，力量过大可能会损伤晶片的半导体导电层，进而影响LED发光及聚光效果。

焊线工序操作压力的大小和时间也影响着LED发光面和发光强度，同时压力过小会导致 焊线不牢，压力过大伤及晶片。

点荧光粉是制作LED的重要工序，由于荧光粉是实现白光发射的关键组分，因而在点涂 时需要格外注意，荧光粉在胶水中的含量要适当。过厚，阻挡蓝光的透出；过薄，互补光激 发不足，均导致发出的光颜不正。同时荧光粉的分布亦需要均匀，否则发出的光线，其颜 会存在偏差。

注胶封装工序所用的材料主要为环氧树脂，主要目的是封装LED发光二极管，以保护内 部晶体。除应选择合适的胶水外，还应在注胶过程中彻度清除残留在胶水中的气泡和控制注 胶量，因为它们均直接影响LED的发光效果。

本发明所述的LED发光二极管的制作方法，其优点如下：

1.点胶时分两次加入导热良好的底胶，能更好控制点胶位置，避免了因加入量的不均而 导致晶体受热不均的缺点，从而能够有效控制晶粒PN结的温度，提高其导热性能，因而能大 大提高LED的使用寿命，经测试表明，白光灯珠以50mA的电流连续点亮168小时无明显光衰；

2.点荧光粉所采用的胶粉采用先在硅树脂中加入荧光粉，再加入环氧树脂胶的二次配胶 方式，从而使得各组分混合更充分，克服了原有多组分一步配胶方法所带来的混合不均匀的 缺点，测试表明相对原有方法亮度有所增强，能够提高10％-15％，增强了荧光粉的发光效率；

3.点荧光粉后采用两步温度控制法进行烘干操作，能让荧光粉低温受热更均匀地覆盖在 晶粒的表面及周围，通电时有效激发效率更高，相比较原有直接用120℃烘烤1小时的方法 能够有效提升灯珠的亮度，光斑分布也更加均匀；

4.灌胶的胶量微凸于模口平面，并采用二次加热和程序升温的方式，用此方法经环氧树 脂封装后制得的发光二极管前端表面形成凸形结构，相比平面结构提高了光的散射性能，程 序升温则能够保证灌胶烘烤温度可控且受热更加均匀，做出来的白光灯珠亮度能够提高 10％-15％，既避免了因胶量少而导致的光斑异常，又避免了因胶量多造成的亮度降低的缺点。

具体实施方式

一种LED发光二极管的发明工艺方法，其步骤依次如下：

a.首先在衬底上制作氮化镓(GaN)基的晶圆，这个过程主要是在金属有机化学气相沉积晶 圆炉(MOCVD)中完成的，准备好制作GaN基晶圆所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工 艺的要求就可以逐步把核心部件LED晶体外延片做好；

b.将制作好的LED晶体贴附到翻晶膜上并利用扩片机将晶体分开；

c.在晶体上点底胶，分两次加入，每次加入量相同，将晶体固定在底板上、烘烤后进行 焊线操作，其操作方法为将两根金线分别与晶片的阳极和阴极相接；

c.以1∶1的比例在10克硅树脂中加入10克荧光粉制成抗光衰原胶，混合搅拌至少25 分钟，然后再加入10克环氧树脂胶，再进行搅拌，抽气后将配得的胶水点到晶片上，点完胶 水后利用两步温度控制法进行烘干操作，首先在50℃的条件下烘烤40分钟，然后再转至125℃ 下烘烤1小时；

d.点完荧光粉的LED晶片置入模条中，将以环氧树脂为材料的封装胶水灌注入模条中并 抽真空，注意灌注胶水时胶量要微凸于模口平面，并把引脚支架插入LED二极管中，在其过 程中采用在十分钟内线性升温至170℃的方式进行烘烤加热，冷却后环氧树脂凝结为固体；

e.短暂烧烤后脱模并切掉多余的支脚，检测后包装入库。