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引脚式LED封装三要素及作用
三要素为：芯片，支架，环氧树脂透镜。
1、 芯片
作用：芯片的主要作用是把电能转化为光能，是整个LED的核心器件。
2、支架
（1）支架的作用：用来导电和支撑。
（4）支架使用注意事项
为了减少LED镀银支架在仓储及使用中的不良，在使用方便的同时，请关注以下事项：
a、镀银支架在使用前必须密封保存。
b、勿用手直接接触支架。（汗液加速银氧化变色）
c、封装完毕的支架尽快镀锡处理。
3、环氧树脂
作用：LED芯片为了维护本身的气密性，保护管芯等不受外界侵蚀，防止湿气等由外部侵入，以机械方式支援导线，有效地将内部产生的热排出以及防止电子元件受到机械振动、冲击产生破损而造成元件特性变化，必须采用环氧树脂封装。另一方面，环氧树脂封装结构可以起透镜或漫射透镜功能。

银胶
固晶材料有很多种，根据导电(热)性能的好坏可以分为导电(热)胶(electrically conductive adhesive)和绝缘胶(insulative adhesive)，也简称银胶。银胶是用来固定芯片和导电的。主要成份为银粉、EPOXY（环氧树脂）、添加剂。对于单电极芯片，必须使用导电胶，而对于双电极芯片，导电胶和绝缘胶均可使用。导电(热)胶内一般都掺有银粉等导电微粒，颜色较暗，易吸光，而绝缘胶较透明，透光性好，因此两者对LED的光学参数的影响程度不同，而另一方面，导电(热)胶由于良好的导热性能，可大大减缓光衰的速度。
银胶在使用前需要冷藏，使用时要解冻并充分搅拌均匀，因银胶放置长时间后，银粉会沉淀，如不搅拌均匀将影响银胶的使用性能。银胶固晶后需要烘烤，导电(热)胶烘烤条件为150℃条件下持续30分钟；绝缘胶为环氧材料，烘烤条件为在150℃条件下持续60分钟。
用银胶固晶的蓝光LED初始光通比用绝缘胶固晶低很多，但随着使用时间的延续，用银胶固晶的蓝光LED由于衰减缓慢而具有优势。
l 点胶中的常见问题：
（1）为什么同一批银胶，有时粘度高、有时粘度低？
因为银胶中含有环氧树脂，而环氧树脂黏度会随着环境温度升高而降低。同一批银胶的黏度与环境温度有关。
（2）银胶为何怎么烤也烤不干？
银胶受了潮湿，水的密度大于环氧树脂，而且不相溶，所以下层的银粉和水分含量高，而树脂的含量低。如果不搅拌，则下层怎么烤也不会干。
（3）怎么辨别银胶有无变质？
如果银胶能够在规格书的固化条件中烘烤固化，则没有变质；反之，则已经变质。
（4）为何点胶后需要马上固晶？
因为如果不马上烘烤，银胶颗粒易被环氧树脂完全包裹，则导电性能差。

l 灌封胶常见问题
（1）固化后的树脂太软/表面过粘
原因可能不只一个。固化的温度过低或者固化的时间太短。另外就是盲目的改变固化的条件，例如过高的固化温度等。所以要严格按照产品说明书设定固化条件。
混合比例不对，有时候为了加快固化的速度，加入过量的固化剂。一般情况下，固化剂的加入量，不应该超过混合比例的5％。同时要特别注意混合比例是体积比还是重量比，不可搞错。
在混合前主剂没有搅拌均匀。多数的树脂都加入了不同的添加剂以达到预定的要求，这样会有不同程度的沉淀。因此使用前一定要把主剂彻底混合均匀方可汲取所需量的树脂。
如果主剂或者固化剂和其他的化学物质反应（例如溶剂、脱膜剂、油脂或者其他未完全固化的主剂），这也会影响固化效果。 对于树脂来说， 它对空气中的水分特别的敏感，因此在混合与储存都要引起足够的重视。许多高性能的树脂在混合和储存都要求充氮。
（2）固化后只是部分很硬，而还留有很软的部分。
如果主剂和固化剂混合后没有被搅拌均匀，则会出现这种情况。搅拌的过程中一定要注意刮边和清底，切实保证混合的均匀。如可能的话，把主剂和固化剂混合均匀后，将其倒入另外一个杯子后再搅拌一会方可注入产品。
取料用的容器和搅拌用的棒料， 一定要用金属、塑料、玻璃等表面光滑的容器，不可用纸质、木质的容器，因为后者这些材料表面有大料的微孔，非常容易把空气和水分带入树脂系统中， 从而影响固化的质量。
在取料前，要保证容器和搅拌棒的干燥。条件许可的情况下， 可以对容器和搅拌棒加热（80℃）30分钟左右。如果条件不具备，至少也要用干抹布把他们擦拭干净。
为了保证混和的均匀，手工混合时， 推荐的搅拌时间为10-15分钟，同时要注意混合的力度， 尽量不要把空气带入树脂中。
（3）固化后有气泡
搅拌时进入空气，在注入产品以及整个固化过程中空气没有完全被抽掉。现象：很小的气泡。
解决办法如下：
① 建议在将主剂和固化剂搅拌在一起以后，对其抽真空。
② 预热要灌封的产品会有助于空气的逸出。
③ 适当降低固化温度，使空气有足够的时间逸出。
潮气和固化剂的反应产生了气体，现象：很大的气泡。解决方法如下：
① 主剂已经被使用过很多次，每次搅拌的过程中都有潮气混入。也有可能是因为包装的盖子没有盖紧。为了证明到底是什么原因，请按照上述的说明将主剂和固化剂在一个干燥的杯子里混合并将其放入烘箱里（ 60 -80 ℃ ）干燥。如果气泡仍然会产生，则说明此时主剂已经变质，请不要再次使用。
② 灌封产品中包含太多的湿气，建议将产品预热后重新进行试验。
③ 主剂和固化剂的混合物的表面和周围空气中的湿气反应。如果这样的话，请在干燥的环境中固化，如果产品允许的话，可以放升温后的烘箱里固化。
④ 液态的主剂和固化剂混合物可能在固化前接触过其他的化学物质（如溶剂、脱膜剂、清漆、胶水等）。确保这些物质在下次试验前被去除。
（4）盲目改变固化/操作时间
大多数的树脂灌封胶的操作时间是 1-45 分钟。不要试图通过加固化剂而改变操作时间。对于手动操作，操作时间大约是 45 分钟，固化时间大约是 4-24 小时，这个时间主要取决于产品中的主剂类型、温度和注胶量。加热固化（ 60 ℃ -80 ℃） ，在烘箱或者使用红外线会加速固化，可以显著加快固化速度
（5）盲目改变浇注系统的粘度
不要通过多加或少加固化剂而改变粘性。这样的操作虽然会降低混合物的粘度 , 但这对固化后的树脂酯的机械、电气和热性能会有改变。如果可能，请在在专业人士的操作下，通过加入触变剂而增加粘度,这也有助于改进液态主剂和固化剂混合物的稳定性和触变性，而不改变其机械性能和热性能。
（6）盲目改变树脂固化后的硬度
不要试图通过加入过多主剂或固化剂而改变硬度,因为这将对固化后树脂的机械性能产生负面影响，同时可能会引起树脂不固化或者硬度不达标。不要试图通过使用另一种型号的固化剂而改变固化后树脂的硬度。如果您需要另外一种级别的硬度，请选用树脂系统， 即系统更换主剂和固化剂。

LED封装生产环境要求
1、空气要求
制作LED的生产环境要有一万级到十万级的净化车间，并且温度和湿度都可调控的。
2、温湿度要求：
温度控制在25±5℃,湿度控制在50±10％左右即可。
3、防静电要求
LED的生产环境中要有防静电措施。如：选用由静电导体材料构成的地面，使用抗静电型墙纸、天花板，设计独立可靠的接地装置，控制防静电工作区的环境相对湿度不低于50%等。
防静电原因：以pn结结构为主的半导体器件在制造、筛选、测试、包装、储运及安装使用等环节，受到外因诱发易产生感应电荷，若得不到及时释放，在pn结上形成的较高电位差加上pn结两端，会使之瞬间放电击穿pn结，使器件失效。
4、人员与工作过程也需防静电

（名词解释）
LED的光学特性与指标
1、 光通量Φ：光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量
LED光通量是表征LED总光输出的辐射能量。即通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发射的光通量。它标志着器件性能的优劣，与工作电流有直接的关系。
2、 发光效率
LED发光能量与输入电能之比。表征了光源的节能特性，这是一个重要指标。
3、发光强度：光源在给定方向上单位立体角内辐射的光通量
4、平均光强：平均光强表征LED的发光强弱。即照射在离LED一定距离处的光探测器上的光通量与由探测器所构成的立体角的比值。
远场条件：假定辐射源是一个点辐射源，或者它的尺寸和光探测器的面积与离光探测器的距离相比是足够小，在这种情形，光探测器表面的光（或辐射）照度遵循距离平方反比定理，即E=I/d2 。这里I是辐射源的强度，d是辐射源中心到探测器中心的距离。
近场条件：在许多应用中，测量LED时所用的距离相对较短，源的相对尺寸太大，或者探测器表面构成的角度太大，这就是所谓的近场条件。此时，光探测器测量的光（或辐射）照度取决于正确的测量条件。
5、光谱分布曲线
LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。
LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。

图2.14 不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线
其中 1蓝光InGaN/GaN 2 绿光 GaP:N 3 红光 GaP:Zn-O
4 红外GaAs 5 Si光敏光电管 6 标准钨丝灯
① 是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp = 460～465nm；
② 是绿色GaP:N的LED，发光谱峰λp = 550nm；
③ 是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰λp = 680～700nm；
④ 是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp = 910nm；
⑤ 是Si光电二极管，通常作光电接收用。
由图可见无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。只有单色光才有λp波长。 
l 主波长：有的LED发光不单是单一色，即不仅有一个峰值波长；甚至有多个峰值，并非单色光。为此描述LED色度特性而引入主波长。主波长就是人眼所能观察到的，由LED发出主要单色光的波长。单色性越好，则λd也就是主波长。
如GaP材料可发出多个峰值波长，而主波长只有一个，它会随着LED长期工作，结温升高而主波长偏向长波。
l LED光辐射光谱分布有其独特的一面。它不是单色光（如激光），也不是宽光谱辐射（如白炽灯），而是介于两者之间：有几十纳米的带宽、峰值波长位于可见光或近红外区域。

6、LED的色度
根据颜色的外貌，按直观颜色视觉的心理感受，对颜色进行系统的归纳和排列，以相应的文字描述和数字标记。颜色可以分为彩色和非彩色两大类：非彩色是指白色，黑色和各种深浅不同的灰色。它们构成所谓的黑白系列，研究表明颜色有三种心理特性，分别可以用色调、饱和度、明度来描述。
①色调
表示颜色相互区分的属性。可见光谱中不同波长的光辐射在视觉上表现为不同的色调，如红、绿、蓝和黄等。光源的色调取决于人眼对其辐射的光谱构成产生的感觉；物体的色调则取决于人眼对光源光谱组成和物体表面反射（或透射）的各波长辐射的比例所产生的感觉。
②饱和度
指颜色的纯洁性。可见光谱中各单色光的饱和度最高，当单色光中掺入白光愈多时，则饱和度愈低。
③明度
明度是人眼感觉到颜色的明亮程度。颜色的亮度越高，眼睛就越感觉明亮，即有较高的明度。物体色的黑白系列的非彩色代表物体的光反射率的变化，在视觉上就是明度的变化，愈接近白色，明度愈高。反之，愈接近黑色，明度愈低。
7、色温TC：光源的光辐射所呈现的颜色与在某一温度下黑体辐射的颜色相同时，称黑体的温度TC为光源的色温。
8、热阻：热阻是指沿热流通道上的温度差与通道上耗散的功率之比。
9、半强度角 θ1/2：是发光（或辐射）强度等于最大强度一半构成的角度。
10、峰值波长λp：光谱发射功率最大的波长称峰值发射波长λp。
11、半高宽（光谱带宽）：光谱辐射功率等于最大值一半的波长间隔。

图2.44 辐射功率分布图

LED封装工序相关
LED封装流程：排支架（大功率LED为翻晶）、扩晶、点胶、固晶、焊线、配胶、灌胶及封装。
注：整个流程中有2次烘烤，分别为固晶烘烤、灌胶烘烤。
1、排支架工序
注意事项：
①排料要整齐,每一支架座最多排50支,不够支请标明数量。
②固双色支架直角排向右边,单色支架碗形排向左边。
品质标准
①料过程中,如发现变黄、变黑不正常颜色的支架,应将其挑出.
②支架有变形的,挑出作不良品处理,如发现数量较多的支架变形时,请将此情况向品管人员反映。

2、扩晶
功能：由于LED芯片划片后在蓝膜上间距很小0.1mm，不利于后续加工。用扩片机可以将蓝膜上的芯片间距拉伸到0.6mm。
工具：扩晶机、子母环
3、点胶
在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。（对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶；对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片）
点胶品质要求
点胶工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。
a、胶量要求
芯片必须四面包胶，银胶高度不得超过芯片高度的1/3，如下图。

图2.18 点胶量的控制
b、银胶要点在固晶区中间(偏心距离小于晶片直径的1/3)

图2.19点胶位置图

图2.19点胶位置图
c、 芯片的表观要求
芯片要求放置平整、无缺胶、粘胶、装反（电极）、芯片无损伤,沾污。
d、装架后银胶烧结要求
烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。
银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170℃，1小时。 绝缘胶一般150℃，1小时。
银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。
烧结后银胶外观要求：还原固化后的银胶呈银白色，粘接牢固且无裂缝。
4、固晶
工序：
①调节显微镜的高度和倍数。
②将扩好晶的蓝膜压入固晶座内。
③将砌好的支架放在滑板上并固定，调节固晶座高度。
④左手拿装在滑板上的支架放在晶座底下，并寻找合适位置对准其中的任意一颗晶粒。
⑤右手拿固晶笔，按住晶粒，轻轻一划，使晶粒固定在平台或杯底。
品质要求：
① 刺晶力度要适中。
② 晶片要固正,以免影响品质.
③ 晶片不可悬浮在银胶上,要固到底,以免掉晶片.
④ 银胶不可沾在晶片、支架上，以免焊线困难及影响品质.
固晶质检：
固晶图面
固晶规范
判定
处理方式

晶片任一个面银胶胶量占晶片高度的1/2-1/4，并保持晶片周围2/3以上不粘胶。
OK

保持焊垫和晶片表面不沾胶，晶片不能偏离碗底中间位置，碗壁不能沾胶。
OK

焊垫沾胶或有污染物、杂物
NG
焊垫沾胶或有污染物应挟掉晶片，搁置一边，另作处理。

晶片位置不正，严重偏离碗底中间位置。
NG
用固晶笔将晶片轻轻推至碗底中间位置。

支架错位
NG
用镊子将错位支架纠正

晶片没有固在固晶区。（此种情况主要是用平头支架固晶时出现）
NG
用固晶笔将晶片轻轻推至支架中间位置。

晶片倾倒
NG
挟掉晶片并重新补固晶片

银胶量太多超过PN结，或晶片四个面的其中一个面沾胶量超过PN结
NG
挟掉晶片并重新补固晶片

银胶量占晶片高度的1/5以下，胶量太少
NG
用镊了挟起晶片，补点银胶后将晶片固回

晶片固歪
NG
用固晶笔将歪斜晶片固正

晶片底部没有完全接触到银胶
NG
将银胶补点均匀，用固晶笔将晶片固正

铝垫不全或焊垫脱落超过焊垫面积的1/4以上
NG
挟掉晶片并重新补固晶片，若数量过多通知品管人员
5、焊线
目的：将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作。

图2.28热超声焊工艺过程图
注意：金球根部不能有明显的损伤或变细的现象，契形处不能有明显的裂纹。

图2.30 合格与不合格的金丝球焊点
焊线品质标准
焊线图面
焊线规范
判定
处理方式

因机器切线失误造成连续焊线
NG
挟掉焊错的金线并通知工程部修机

弧度过高，以支架面为基准，弧度高度超过16mil
NG
挟掉金线再补焊线

拔焊垫
NG
括掉晶片和银胶重新补固晶片后再焊线

焊垫不全或焊垫脱落
NG
刮掉晶片和银胶重新补固晶片后再焊线

所留线尾长度不能超出接触晶片边缘
OK

所留线尾太长，超出或接触晶片边缘
NG
用镊子挟掉线尾

支架错位
NG
用镊子将错位支架纠正

晶片破裂面积大于晶片面积1/5以上或破裂到PN结
NG
刮掉晶片和银胶，重新补固晶片后再焊线

松焊或虚焊
NG
挟掉金线再补焊线

金线踏线底于晶片高度
NG
用钨丝将金线弧度调好

拉直线
NG
挟掉金线再补焊线

线球保持一定的高度，不能成饼状
OK

金线保持良好弧度，金线的拉力在5g以上
OK

第一焊点线球应落在焊垫的范围内，线球直径不得小于金线直径1.5倍
OK

线球面积的1/3以上偏移在焊垫外面
NG
挟掉线球重焊

第二焊点应落在支架四边的范围内.如左图中虚线圆所示范围
OK

第二点应焊在滑光面上,所覆盖的粗糙面不能超过金线所覆盖面积的1/3
OK

QC时金线受力点在第二点
NG
QC时金线受力点应在第一点

6、配胶
封装树脂成份：A胶（主剂）、B胶（硬化剂）、DP（扩散剂）、CP（着色剂）四部份组成。
质量要求：
胶均匀“无杂质”，后道工序使用时无汽泡
7、灌胶及封装
灌胶是将一定浓度的液态环氧树脂胶液注入到模壳的过程，是封装过程中的最关键的工序，它直接影响LED的成品质量。

CIE1931－XYZ色度系统
CIE（国际照明委员会）1931年在RGB系统的基础上采用设想的三原色X，Y，Z分别代表红色，绿色和蓝色，建立了CIE－1931色度图，同时将匹配等能光谱各种颜色的三原色数据标准化，确定CIE1931－XYZ标准色度学系统。
任何一种颜色C都可以表示成：
其中，x、y、z是每种基色的比重，且x+y+z=1
G

图2.47 CIE1931色度图

在这个系统中，色度坐标： 

l 主波长测量
任何一个颜色都可以看作为用某一个光谱色按一定比例与一个参照光源（如CIE标准光源A、B、C等，能光源E，标准照明体D65 等）相混合而匹配出来的颜色，这个光谱色就是颜色的主波长。颜色的主波长相当于人眼观测到的颜色的色调（心理量）。
若已获得被测LED器件的色度坐标，就可以采用等能白光E光源（ x0＝0.3333，y0 ＝0.3333）作为参照光源来计算决定颜色的主波长。计算时根据色度图上连接参照光源色度点与样品颜色色度点的直线的斜率，查表读出直线与光谱轨迹的交点，确定主波长。
例：对上图S1点，G点的坐标（xd,yd）,相应的波长即为λd。
l 纯度（Purity）测量（饱和度）
样品颜色接近主波长光谱色的程度就表示了该样品颜色的纯度。在CIE－1931色度图上，在颜色主波长线上用参照光源色度点到样品色度点的距离与参照光源色度点到光谱色色度点的距离之比来表示纯度。颜色的纯度和人眼观测到的颜色饱和度基本一致。
例：对上图S1点，饱和度P=WES1/WEG
l 色温Tc（Color temperature）测量
光源的光辐射所呈现的颜色与在某一温度下黑体辐射的颜色相同时，称黑体的温度（TC）为光源的色温度。为了求得光源的色温，需要先求得它的色度坐标，然后在色度图上由CIE1960UCS推导的ISO色温线求取色温。对于相对光谱功率分布偏离黑体相对光谱功率分布较远的光源，用色度坐标与其最*近的黑体温度来表示该光源的相关色温，在色温线上求取相关色温。

LED热阻测量的原理：
1、先确定结温
电压法测量LED结温的主要思想是：特定电流下LED的正向压降Vf与LED芯片的温度成线性关系，所以只要测试到两个以上温度点的Vf值，就可以确定该LED电压与温度的关系斜率，即电压温度系数K值，单位是mV/°C。K值可由公式K=△Vf/△Tj求得。K值有了，就可以通过测量实时的Vf值，计算出芯片的温度（结温）Tj。
2、然后根据公式计算得热阻
Rja=△T/P=（Ta-Tj）/P，其中Ta是系统内参考点的温度（如基板温度），Tj是结温，P是使芯片发热的功率。

积分球原理：
光线由输入孔入射后，光线在此球内部被均匀的反射及漫射，因此输出孔所得到的光线为相当均匀的漫射光束。而且入射光的入射角度、空间分布、及极化皆不会对输出的光束强度及均匀度造成影响。在积分球中心为一光源，设光源的辐射通量为Φ，在积分球内某一表面A上的辐照度值为EA，则A表面的辐亮度为
LA=ρEAπ=ρπdΦdA（ρ为漫反射系数）
此时A即可作为积分球内新的一点光源进行处理，并可视为朗伯光源。那么积分球内另一点B上的辐照度EB1为
EB1=dEB1=ALAdA4R2=ρdΦ4πR2=ρΦ4πR2
但此时B上的辐照度不止由A点提供，还包括A点照射到积分球内其他点，再由其他点部分漫反射到B的二次漫反射。此时若忽略积分球表面上的开孔和积分球内部的遮挡物，则同理运用前面公式可以得到二次漫反射的辐照度为
EB2=ρ2Φ4πR2
同理还可以得到三次、四次、多次漫反射对B点的辐照度贡献。因此B点最终的辐照度为
EB=EB1+EB2+…+ρnΦ4πR2=kΦ(k为常数)
即得到内壁任意位置处的照度与进入积分球的总光通量成正比。
由此用积分球测光通量，就可以先定标由已知照度的E标得到光通量Φ标，从而得到系数K，再由比较法，当待测LED光源照射产生E待测的照度时，待测LED光源的光通量就可以确定了。

蓝光芯片封装后效率有所提升原因（可以从以下方向考虑）
大功率LED封装的功能主要包括：
1.机械保护，以提高可靠性；
2.加强散热，以降低芯片结温；
3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布；
4.供电管理，包括交流/直流转变，以及电源控制等。