CN101515620A - 一种led发光二极管的发明方法 - Google Patents

一种led发光二极管的发明方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED发光二极管的发明方法，其步骤依次如下：a.首先在衬底上制作氮化镓(GaN)基的晶圆，b.在衬底上制作核心部件LED晶体外延片，c.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，d.在晶体上采用两步法点底胶，每步加入比例不限，再将晶体固定在底板上、烘烤后进行焊线操作，e.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，二次搅拌后将制得胶水点到晶片上，再利用两步温度控制法进行烘干操作，f.灌注环氧树脂胶构建发光二极管的外表面封装，g.短暂烧烤后脱模并切掉多余的支脚，检测后包装入库。

Description

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色又分为红光、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的蓝色发光(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正好与蓝色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。蓝色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的黄绿色光，而透出的的蓝色发光与荧光粉发出的黄绿色组成白光。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，有绿色照明光源之称。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，颜色调配不恰当，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、颜色，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，均导致发出的光颜色不正。同时荧光粉的分布亦需要均匀，否则发出的光线，其颜色会存在偏差。
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。

Claims (4)

1.一种LED发光二极管的发明方法，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，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。
2.根据权利要求1所述LED发光二极管的发明方法，其特征在于：步骤c中在晶体上点底胶时分两次点底胶。
3.根据权利要求1所述LED发光二极管的发明方法，其特征在于：步骤d中采用两步温度控制法进行烘干操作时，第一步的最佳烘烤温度为50℃，最佳烘烤时间为40分钟；第二步的最佳烘烤温度为125℃，最佳烘烤时间为60分钟。
4.根据权利要求1所述LED发光二极管的发明方法，其特征在于：步骤e中程序升温的方式是指烘烤温度在10分钟内线性均匀升至170℃。
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