圓頭LED燈珠與草帽LED燈珠的區別
商用圓頭Led燈珠都是組合式的使用,多個一組,或是排成數字、文字、圖案等。供給電流不一樣電壓就不一樣,LED燈的發光顏色不同紅、黃、黃綠(也就是普綠)、藍、翠綠、紫等。由于芯片工作原理不一樣電壓也會不一樣,一般說供給20mA的情況下,紅,黃,和普綠的電壓在1.8V-2.5V之間.而藍,白,翠綠,在3.0-4.0V之間。作為夜景品牌廣告宣傳使用。草帽LED燈珠也是。但兩者也有大的區別。圓頭LED燈珠是聚光的,草帽LED燈珠是散光,就是圓頭LED燈珠亮度顯得比草帽LED燈珠的亮度高。
1、產品的規格不一樣,草帽形的白光規格是4.7*4.8mm,而圓頭白光規格書5.0-8.7mm;
2、發光角度也不一樣,草帽形白光發光角度一般會是120°,圓頭形白光LED一般的發光角度是15°;
3、亮度也是不一樣的;但用于照明亮化都符合。發光角度越大,起散光效果越好,但相對的,其發光的亮度也就相應減小了。發光角度小,光的強度是上去了,但照射的范圍又會縮小。因此,評定LED燈珠的另一個重要指標就是發光角度。
圓頭Led燈珠制作LED燈:
LED發光要求門檻電壓超過0.7V,是可以發光的。發光二極管的壓降視發光顏色不同,壓降從2.2V到3V不等,USB 4.5V-3V=1.5V,發光管的電流取20mA,限流電阻R=U/I=1.5/0.02=75Ω,電阻的功率為I*I*R=0.02*0.02*75=0.03,考慮功率余量,買個1/8W、75Ω的電阻串聯就可以了。
用10-16個3V LED燈泡并聯做燈可調亮度,用電池或穩壓電源供電,都需要什么材料?LED發光二極管導通電壓在2伏-3伏,電流20-30毫安.內阻就在100-200歐之間,因此可把16個發光管并聯再和個一個100歐的可變電位器串聯接在3伏電源上,電源輸出電流應大于500毫安以上,調節電位器,發光管可由暗至亮,大功耗小于2瓦。草帽燈珠和貼片燈珠有什么區別?
1、從外形看:草帽形LED燈珠是草帽狀圓形(因此而得名),有較長的引腳;貼片LED燈珠多數是矩形的,沒有引腳或只有很短的引腳(一種手工貼片的大功率燈珠也是圓形的,有短引的除外);
2、從發光角度看:草帽形燈珠的視角邊界較明顯,貼片燈珠較不明顯;
3、從光線柔和情況看:草帽形燈珠的光線較刺眼,貼片燈珠光線較柔和;
4、從封裝透鏡看:草帽形燈珠的透鏡是硬質透明的環氧樹脂,貼片燈珠多是軟質的透明硅膠;
6、從功率大小看:草帽形燈珠的功率較小,0.5W以上的就少了(因為不易撒熱)。而貼片的燈珠功率可以做得較大。如5050封裝的貼片燈珠可以做到一顆3W的功率,草帽形的燈珠是做不到的。LED燈珠(led發光二極管)封裝工藝
封裝工藝
1.LED的封裝的任務是將外引線連接到LED芯皮早卜片的電極上,同時保護好led芯片,并且起到提高光取出效率的作用。關鍵工序有裝架、壓焊、封裝。
2. LED封裝形式LED封裝形式可以說是五花八門,主要根據不同的應用場合采用相應的外觀尺寸,散熱對策和出光效果。按封裝形式分類有Lamp-LED、led TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。
3. LED封裝工藝流程
a)芯片檢驗
鏡檢:材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑(lockhill)芯片尺寸及電小是否符合工藝要求電極圖案是否完整
b)擴片 由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小(約0.1mm),不利于后工序的操作。我們采用擴片機對黏結芯片的膜
進行擴張,是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴張,但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。
c)點膠 在led支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠。(對于GaAs、SiC導電襯底,具有背面電極的紅睜含光、黃光、黃綠芯片,采用銀膠。對于藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光led芯片,采用絕緣膠來固定芯片。)工藝難點在于點膠量的控制,在膠休高度、點膠位置均有詳細的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求,銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上注意的事項。
d)備膠和點膠相反,備膠是用備膠機先把銀膠涂led背面電極上,然后把背部帶銀膠的led安裝在led支架上。備膠的效率遠點膠,但不是所有產品均適用備膠工藝。
e)手工刺片
將擴張后LED芯片(備膠或未備膠)安置在刺片臺的夾具上,LED支架放在夾具底下,在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應的位置上。手工刺片和自動裝架相比有一個好處,便于隨時更換不同的芯片,適用于需要安裝多種芯片的產品.
f)自動裝架
自動裝架其實是結合了沾膠(點膠)和安裝芯片兩大步驟,先在led支架上點上銀膠(絕緣膠),然后用真空吸嘴將led芯片吸起移動位置,再安置在相應的支架位置上。自動裝架在工藝上主要要熟悉設備操作編程,同時對設備的沾膠及安裝精度進行調整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴,防止對led芯片表面的損傷,特別是蘭、綠色芯片用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層。
g)燒結
燒結的目的是使銀膠固化,燒結要求對溫度進行監控,防止批次性不良。銀膠燒結的溫度一般控制在150℃,燒結時間2小時。根據實際情況可以調整到170℃,1小時。絕緣膠一般150℃,1小時。銀膠燒結烘箱的按工藝要求隔2小時(或1小時)打開更換燒結的產品,中間不得隨意打開。燒燃穗結烘箱不得再其他用途,防止污染。
h)壓焊
壓焊的目的將電極引到led芯片上,完成產品內外引線的連接工作。LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。右圖是鋁絲壓焊的過程,先在LED芯片電極上壓上點,再將鋁絲拉到相應的支架上方,壓上二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓點前先燒個球,其余過程類似。壓焊是LED裝狀技術中的關鍵環節,工藝上主要需要監控的是壓焊金絲(鋁絲)拱絲形狀,焊點形狀,拉力。對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題,如金(鋁)絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈刀(鋼嘴)選用、劈刀(鋼嘴)運動軌跡等等。(下圖是同等條件下,兩種不同的劈刀壓出的焊點微觀照片,兩者在微觀結構上存在差別,從而影響著產品質量。)我們在這里不再累述。
i)點膠封裝
LED的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種。基本上工藝控制的難點是氣泡、多缺料、黑點。設計上主要是對材料的選型,選用結合良好的環氧和支架。(一般的LED無法通過氣密性試驗)如右圖所示的TOP-LED和Side-LED適用點膠封裝。手動點膠封裝對操作水平要求很高(特別是白光LED),主要難點是對點膠量的控制,因為環氧在使用過程中會變稠。白光LED的點膠還存在熒光粉沉淀導致出光色差的問題。
j)灌膠封裝
Lamp-led的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在led成型模腔內注入液態環氧,然后插入壓焊好的led支架,放入烘箱讓環氧固化后,將led從模條中脫出即成型。
k)模壓封裝將壓焊好的led支架放入模具中,將上下兩副模具用液壓機合模并抽真空,將固態環氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中,環氧順著膠道進入各個led成型槽中并固化。
l)固化與后固化
固化是指封裝環氧的固化,一般環氧固化條件在135℃,1小時。模壓封裝一般在150℃,4分鐘。
m)后固化
后固化是為了讓環氧充分固化,同時對led進行熱老化。后固化對于提高環氧與支架(PCB)的粘接強度非常重要。一般條件為120℃,4小時。
n)切筋和劃片
由于led在生產中是連在一起的(不是單個),Lamp封裝led采用切筋切斷led支架的連筋。SMD-led則是在一片PCB板上,需要劃片機來完成分離工作。
o)測試
測試led的光電參數、檢驗外形尺寸,同時根據客戶要求對LED產品進行分選。
p)包裝
將成品進行計數包裝。需要防靜電袋包裝LED照明不能只考慮色溫,小心成了反效果
人因照明 ( Humans Factor In Lighting ),也可以稱為舒適照明,是指光照隨著人的作息而調整,而這種照明理念起源于歐洲,目的是為了讓人能生活在舒適的照明環境。LED屬于易調控的光源,可以配合生物生理周期而調整光照,但仍需考量到光譜分布和色溫條件。
照明雖非影響晝夜節律 ( Circadian Rhythm ) 的因素,卻是關鍵因子。有科學家認為,照明能夠影響人的情緒、健康和能量。
LED人因照明的利弊
而LED應用于人因照明有其利也有其弊,像是藍光屬于冷白光,接近自然光,有助于集中精神,可以應用于學生教室、辦公室;但是長時間受藍光照射同時也會抑制褪黑素 ( melatonin ) 的生長,并影響睡眠質量、系統,還有可能造成身體病變如癌癥。
根據科學研究,藍光可以控制胰島素的多寡,因此若在夜間長期受藍光照射,會造成胰島素抵抗 ( insulin resistance ) 現象,也就是胰島素降低、無法控制血糖,而這種現象會導致肥胖、糖尿病、高血壓等疾病。
照明設計不能只考慮色溫
在設計LED照明時應考慮到光譜能量分布還有色溫,色溫以溫度K為單位,代表不同光源的光譜成分。藍光的色溫落在5300K以上,屬于中高色溫,有明亮感;相反地,紅光、黃光屬于暖色光,色溫在3300K以下,讓人有溫暖、健康和使人放松的感覺,適合居家用。
但是相同色溫的條件下,也會因為不同觀看者和其他條件如氣候、環境等因素影響,而有不同的光譜分布。因此,Benya Burnett照明設計公司的顧問Deborah Burnett認為 ,光譜的能量分布 ( Spectral energy distribution,SED ) 才是影響人眼和身體的關鍵因素。大功率LED封裝工藝分析!-----深圳封裝廠
大功率LED光源光有好芯片還不夠,還有合理的封裝。要有高的取光效率的封裝結構,而熱阻盡可能低,從而光電的性能及可靠性。
一、LED光源封裝工藝
由于LED的結構形式不同,封裝工藝上也有一些差別,但關鍵工序相同,LED封裝主要工藝有:固晶→焊線→封膠→切腳→分級→包裝。
二、大功率LED封裝關鍵技術
1、封裝技術的要求
大功率LED封裝涉及到光、電、熱、結構和工藝等方面,這些因素既立又影響。光是封裝的目的,電、結構與工藝是手段,熱是關鍵,性能是封裝水平的具體體現。考慮到工藝兼容性及降低生產成本,應同時進行LED封裝設計與芯片設計,否則,芯片制造完成后,可能因封裝的需要對芯片結構進行調整,將可能延長產品研發的周期和成本,甚至會不能實現量產。
2、封裝結構設計和散熱技術
LED的光電轉換效率僅為20%~30%,輸入電能的70%~80%轉變成了熱量,芯片的散熱是關鍵。小功率LED封裝一般采用銀膠或絕緣膠將芯片黏接在反射杯里,通過焊接金絲(或鋁絲)完成內外連接,后用環氧樹脂封裝。封裝熱阻高達150~250℃/W,一般采用20mA左右的驅動電流。大功率LED的驅動電流達到350mA、700mA甚至1A,采用傳統直插式LED封裝工藝,會因散熱不良導致芯片結溫上升,再加上強烈的藍光照射,環氧樹脂很容易產生黃化現象,加速器件老化,甚至失效,迅速熱膨脹產生的內應力造成開路而死燈。大功率LED封裝結構設計的是改善散熱性能,主要包括芯片結構形式、封裝材料(基板材料、熱界面材料)的選擇與工藝、將導電與導熱路線分開的結構設計等,比如:采用倒裝芯片結構、減薄襯底或垂直芯片結構的芯片,選用共晶焊接或高導熱性能的銀膠、采用COB技術將芯片直接封裝在金屬鋁基板上、增大金屬支架的表面積等方法。
3、光學設計技術
不同用途的產品對LED的色坐標、色溫、顯色性、光強和光的空間分布等要求不同。為提高器件的取光效率,并實現更優的出光角度和配光曲線,需要對芯片反光杯與透鏡進行光學設計。大功率LED通常是將LED芯片安裝在反射杯的熱沉、支架或基板上,反射杯一般采用鍍高反射層(鍍Ag或Al)的方式提高反射效果,大功率LED出光效率還受模具精度及工藝影響很大,如果處理不好,容易導致很多光線被吸收,無法按預期目標發射出來,導致封裝后的大功率LED發光效率偏低。
4、灌封膠的選擇
灌封膠的作用有兩點:(1)對芯片、金線進行機械保護;(2)作為一種光導材料,將更多的光導出。封裝時,LED芯片產生的光向外發射產生的損失主要有:(1)光子在LED芯片出射界面由于折射率差引起的反射損失(即菲涅爾損失);(2)光學吸收;(3)全內反射損失。因此,在芯片表面涂覆一層折射率相對較高的透明光學材料,可以減少光子在界面的損失,提高出光效率。常用的灌封膠有環氧樹脂和硅膠。環氧樹脂黏度低、流動性好、固化速度適中,固化后無氣泡、表面平整、有很好的光澤、硬度高,防潮防水防塵性能佳,耐濕熱和大氣老化,成本較低,是LED封裝。硅膠具有透光率高、熱穩定性好、折射率大、吸濕性低、應力小等特點,優于環氧樹脂,但成本較高。小功率LED一般選用環氧樹脂封裝,大功率LED內部通常填充透明度高的柔性硅膠,膠體不會因照射高溫或紫外線出現老化變黃,也不會因溫度驟變而導致器件開路的現象,通過提高硅膠折射率,可減少菲涅爾損失,提高出光效率。
5、熒光粉涂敷量和均勻性控制技術
大功率白光LED的發光效率和光的質量與熒光粉的選擇和工藝過程有關。熒光粉的選擇包括激發波長與芯片波長的匹配、顆粒大小與均勻度、激發效率等。熒光粉涂覆根據藍光芯片的發光分布進行調整,使混出的白光均勻,否則會出現藍黃圈現象,嚴重的會影響光源質量,激發效率也會大幅下降。熒光粉與膠體的混合配方及涂膠工藝是LED光色在空間分布均勻和一致性的關鍵。將熒光粉與膠按一定配比混合后涂到芯片上,在LED芯片上方形成半球狀。這種分布會使光色的空間分布不均勻,有黃圈或藍圈。另外,在熒光粉涂敷過程中,由于膠的黏度是動態參數、熒光粉比重大于膠產生沉淀,使熒光粉的涂敷量控制增加了更多變數,容易導致白光的光色空間分布不均勻。
三、大功率LED封裝的可靠性分析
1、靜電對LED芯片造成的損傷
瞬間的電場或電流產生的熱使LED局部受損傷,表現為漏電流迅速增加,有時雖能工作,但亮度降低或白光變色,壽命受損。當電場或電流擊穿LED的PN結時,LED內部完全破壞造成死燈。在LED封裝生產線,所有設備都要求接地,一般接地電阻為4Ω,要求高的場所接地電阻為≤2Ω。LED應用流水線設備和人員接地不良也會造成LED損壞。按照LED使用手冊標準規定,LED引線距膠體應不少于3~5mm進行彎腳或焊接,但大多數應用企業做不到,僅相隔一塊PCB板的厚度(≤2mm)進行焊接,也會對LED造成損害。過高的焊接溫度使芯片特性變壞,降低發光效率,甚至死燈。尤其是一些小企業采用40W普通烙鐵手工焊接,無法控制焊接溫度,烙鐵溫度一般在300℃~400℃,LED引線高溫膨脹系數比150℃左右的膨脹系數高幾倍,內部的金絲焊點會因熱脹冷縮將焊接點拉開,造成死燈。
2、LED器件內部連接線開路
支架排的優劣是影響LED性能的關鍵。支架排采用銅或鐵經精密模具沖壓而成,由于銅材較貴,大多采用冷軋低碳鋼沖壓LED支架排,鐵支架排鍍銀。鍍銀的作用有兩點:(1)防止氧化生銹;(2)方便焊接。因為每年都有一段時間空氣濕度大,容易造成電鍍差的金屬件生銹,使LED元件失效。封裝好的LED會因鍍銀層太薄而附著力不大,焊點脫離支架造成死燈。另外,封裝的每道工序嚴格操作,任何環節的疏忽都會造成死燈。
固晶工序,膠量恰到好處,固晶膠點不能過多或過少,多點了膠會返到芯片金墊上造成短路,而少點了膠芯片黏不牢,散熱性能變差。
焊接工序,要適當配合金絲球焊機的壓力、溫度、時間、功率參數,一般固定時間,而調節其他三個參數。應適中調節壓力,過大易壓碎芯片,太小又易虛焊。焊接溫度一般在280℃。功率調節是指超聲波功率調節,過大過小都不好,以適中為度。金絲球焊機參數的調節,以焊接好的材料用推拉力機檢測不小于10g為合格。
3、大功率LED可靠性測試與評估
大功率LED器件與封裝結構和工藝相關的失效模式有光失效(如灌封膠黃化、光學性能劣化等)、電失效(如短路斷路)和機械失效(如引線斷裂、脫焊等)。以平均失效時間定義LED的使用壽命,一般指LED的輸出光通量衰減為初始值的70%的使用時間(用于顯示屏一般為初始值的50%)。通常采取加速環境試驗的方法進行可靠性測試和評估,測試內容包括高溫儲存(100℃,1000h)、高溫高濕(85℃/85%,1000h)、低溫儲存(-55℃,1000h)、高低溫循環(85℃~-55℃)、冷熱沖擊、抗溶性、耐腐蝕性、機械沖擊等。
四、固態照明對大功率LED封裝的要求
在固態照明領域的應用LED對大功率白光LED封裝提出新的挑戰,在提高散熱效率、驅動控制系統優化、配光設計方面也有大的提升空間。
1、進一步提升發光效率
LED的理論發光效率達到300lm/W以上,目前試驗室大功率白光LED的發光效率超過150lm/W,而量產、的大功率白光LED發光效率僅在70~100lm/W左右,沒有充分發揮出節能優勢。因此,發光芯片的效率有待提高,還要從結構設計、材料技術及工藝技術等方面入手,完善封裝工藝。
2、進一步提升光譜質量
人眼習慣于太陽發出的連續光譜的光,目前白光LED光譜的不連續性,尤其是熒光粉轉化的白光LED存在色溫偏高、顯色性不高等問題。開發高顯指和寬光譜的LED光源,滿足照明對光源質量的高要求。
3、進一步提高光色一致性
大功率白光LED需要保持良好的發光效率穩定性,不能衰減過快,也不能因為長時間使用,白光顏色發生黃變影響光色質量。
4、進一步降低成本
LED燈具市場化價格是關鍵。目前大功率LED室內照明燈具光源部分占成本較大比重,初次購買成本約為傳統照明燈具的5~10倍。采用新型封裝結構和技術,提高光效/成本比,降低大功率LED的單位流明成本。
總之,LED封裝是一門涉及光學、熱學、機械、電學、力學、材料、半導體等多學科的研究課題。我國每年智能照明產品的需求超過100萬盞,目前已有“智慧城市”試點193個,通過與數字、互聯網和物聯網等新技術的結合,智能化照明緊隨智慧城市的建設而大放異彩。采用新思路、新工藝、新材料來改進大功率白光LED的封裝,發揮出LED光源節能、環保、安全、舒適等性,才能真正帶來一場照明產業革命常見芯片封裝有哪幾種?
一、DIP雙列直插式封裝
二、QFP塑料方型扁平式封裝和PFP塑料扁平組件式封裝
三、PGA插針網格陣列封裝
四、BGA球柵陣列封裝
五、CSP芯片尺寸封裝
六、MCM多芯片模塊