如何提高LED封裝產(chǎn)品的可靠性與壽命

何瑞科

一、LED封裝的現(xiàn)狀

LED封裝經(jīng)過(guò)最近20年的高速發(fā)展，在技術(shù)和應(yīng)用上已經(jīng)逐漸成熟。特別是經(jīng)過(guò)最近10年的高速增長(zhǎng)，已經(jīng)成為半導(dǎo)體市場(chǎng)的主力軍，在應(yīng)用領(lǐng)域快速普及，特別是在背光、照明、顯示、指示等行業(yè)LED封裝產(chǎn)品已經(jīng)非得到常廣泛的應(yīng)用。由于其具備環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)，已經(jīng)成為各國(guó)政府重點(diǎn)發(fā)展的新型節(jié)能產(chǎn)業(yè)。我國(guó)也通過(guò)政策扶持來(lái)鼓勵(lì)LED行業(yè)快速發(fā)展，但是與全球LED發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)還有一定的差距。在產(chǎn)能上，我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)是全球LED封裝第一大國(guó)，但是中高端封裝產(chǎn)品還不多，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力還不夠強(qiáng)。迫切需要發(fā)展高性能、高可靠性的LED封裝產(chǎn)品。

目前，全球高性能的LED封裝代表企業(yè)分布如下：

歐美、日本企業(yè)是全球高性能LED封裝的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，是高品質(zhì)、高可靠性LED封裝的第一陣營(yíng)。臺(tái)灣地區(qū)和韓國(guó)企業(yè)是全球LED封裝產(chǎn)量最大的地區(qū)，占據(jù)著著中高端LED封裝陣營(yíng)。中國(guó)LED封裝企業(yè)經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，部分高品質(zhì)封裝企業(yè)已經(jīng)逐步步入中高端LED封裝陣營(yíng)，但是總體產(chǎn)品質(zhì)量還不夠高，還需要封裝企業(yè)繼續(xù)追趕。

二、高可靠性LED封裝產(chǎn)品主要表現(xiàn)在六個(gè)方面

1.使用高質(zhì)量的封裝原材料、輔助材料。目前高端封裝材料基本都掌握在歐美、日本企業(yè)手中，部分高端材料對(duì)我國(guó)出口有技術(shù)壁壘，例如：日亞最高端的LED芯片、熒光粉。我們迫切需要提高自主高性能材料的水平，來(lái)帶動(dòng)LED封裝水平的提高。我國(guó)LED封裝材料制造企業(yè)通過(guò)最近幾年的學(xué)習(xí)、吸收、創(chuàng)新，在技術(shù)上已經(jīng)取得長(zhǎng)足進(jìn)步。部分支架、芯片、熒光粉、膠水已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，為我們制造高可靠性、長(zhǎng)壽命LED提供了強(qiáng)有力的保障。

2.使用可靠的封裝制造設(shè)備。制造設(shè)備的精密、可靠是高品質(zhì)LED封裝的基礎(chǔ)。由于我國(guó)LED封裝企業(yè)起步較晚，目前我國(guó)LED封裝企業(yè)的設(shè)備都比較先進(jìn)，在設(shè)備性能上與歐美、日本企業(yè)基本在同一水平上。例如：IS的光學(xué)設(shè)備，ASM、K&S、KJ的固晶、焊線、封裝、分類測(cè)試設(shè)備等都是目前行業(yè)一流的生產(chǎn)設(shè)備，這也給我們生產(chǎn)高可靠性的LED提供了設(shè)備保障。

3.優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力。優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是高質(zhì)量LED的技術(shù)保障。出色的工業(yè)設(shè)計(jì)是高質(zhì)量LED的基礎(chǔ)，隨著國(guó)家對(duì)LED發(fā)展戰(zhàn)略的不斷提高，各高校和企業(yè)相續(xù)開通了專門的LED相關(guān)專業(yè)，為我國(guó)LED行業(yè)培訓(xùn)了一大批優(yōu)秀的專業(yè)人才。

部分開通LED和光電子相關(guān)專業(yè)的高校：北京航空航天大學(xué)；大連民族學(xué)院；中山大學(xué)；沈陽(yáng)理工大學(xué)；華僑大學(xué)；寧波大學(xué)；天津工業(yè)大學(xué)；廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院；中國(guó)海洋大學(xué)；廣東紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院。

從上可以看出，在LED相對(duì)比較發(fā)達(dá)的長(zhǎng)三角，珠三角和環(huán)渤海地區(qū)的高校開通LED和光電子相關(guān)專業(yè)比較集中一些，這些高校也為我國(guó)封裝企業(yè)提供了專業(yè)對(duì)接度高的高素質(zhì)人才，為封裝企業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展提供了人才原動(dòng)力。

4.可靠的封裝工藝、流程設(shè)計(jì)。封裝是整個(gè)LED的核心制造過(guò)程，當(dāng)我們擁有好的材料、設(shè)備和設(shè)計(jì)方案后，可靠的制造流程是制造出高品質(zhì)LED的基礎(chǔ)。LED的制造流程大概可以分為以下幾部分：①固晶關(guān)鍵工序；②焊線關(guān)鍵工序；③封裝關(guān)鍵工序；④分切、剝離主要工序；⑤分類、包裝主要工序。

固晶、焊線、封裝是核心制造工序，每個(gè)工序都有非常復(fù)雜的子工序，在工藝流程設(shè)計(jì)中就需要考慮到產(chǎn)品的各項(xiàng)性能，例如：散熱、發(fā)光、防潮、抗UV、抗老化等，還要充分考慮在制造過(guò)程中的清洗方式和條件、烘烤方式和條件、溫濕度控制、ESD防護(hù)、污染物隔離、氧化防護(hù)等等各個(gè)環(huán)節(jié)。隨著大家對(duì)LED質(zhì)量要求的越來(lái)越高，對(duì)工藝流程的管控也越來(lái)越嚴(yán)格。例如：導(dǎo)入等離子清洗，設(shè)計(jì)萬(wàn)級(jí)無(wú)塵間甚至千級(jí)無(wú)塵間，全流程ESD防護(hù)。

5.使用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法。檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)方法是我過(guò)LED封裝企業(yè)相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，最近幾年，我國(guó)LED檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠家有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，不過(guò)相對(duì)國(guó)外檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠家和檢測(cè)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，還是有一定的差距。主要是截至到現(xiàn)在，我國(guó)沒(méi)有系統(tǒng)的關(guān)于LED產(chǎn)品的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)和權(quán)威的檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，也沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)范的行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)LED行業(yè)檢測(cè)和認(rèn)證都依賴國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際LED巨頭的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。最近幾年，歐美和日本不斷提高LED的技術(shù)門檻，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高來(lái)限制我國(guó)LED產(chǎn)品的出口門檻，導(dǎo)致我國(guó)大批低端LED封裝企業(yè)失去海外市場(chǎng)。鑒于這種情況，我國(guó)一些LED相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)相許出臺(tái)了一部分地方性的LED標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，引導(dǎo)該地區(qū)的LED企業(yè)規(guī)范檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和手法，提高產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)對(duì)LED行業(yè)的新變化，國(guó)內(nèi)的一些LED檢測(cè)設(shè)備廠商也加大了技術(shù)研發(fā)，不斷推出更穩(wěn)定、精準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備，面前國(guó)內(nèi)LED檢測(cè)設(shè)備主要生產(chǎn)商家如下：遠(yuǎn)方光電、實(shí)驗(yàn)室用、生產(chǎn)檢測(cè)用；中為光電、實(shí)驗(yàn)室用、生產(chǎn)檢測(cè)用；星譜光電 、實(shí)驗(yàn)室用、生產(chǎn)檢測(cè)用；大族光電 、生產(chǎn)檢測(cè)用；三色光電、實(shí)驗(yàn)室用；華騰半導(dǎo)體、生產(chǎn)檢測(cè)用；臺(tái)工電子、生產(chǎn)檢測(cè)用；虹譜光電、生產(chǎn)檢測(cè)用、實(shí)驗(yàn)室用。

LED光電檢測(cè)設(shè)備產(chǎn)品按其功能特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)所概括為實(shí)驗(yàn)室光電檢測(cè)分析儀器和生產(chǎn)用光電檢測(cè)設(shè)備兩大體系。LED實(shí)驗(yàn)室光電檢測(cè)分析儀器主要用于科研院所研發(fā)、生產(chǎn)制造企業(yè)質(zhì)量控制、檢測(cè)服務(wù)機(jī)構(gòu)和質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的各類實(shí)驗(yàn)室，以產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量控制為目的；而LED生產(chǎn)用光電檢測(cè)設(shè)備是相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室用光電檢測(cè)分析儀器而言，應(yīng)規(guī)模化生產(chǎn)需求出現(xiàn)，是指嵌入到LED生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)工序中，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中LED的光、色、電等性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試與控制檢測(cè)的設(shè)備，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)要求較高。2011年，全球LED光電檢測(cè)設(shè)備及儀器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到近5億美元，從事LED光電檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)的廠家也達(dá)到近百家。由于亞洲及周邊國(guó)家和地區(qū)一直是全球電子封裝的主要生產(chǎn)基地，LED生產(chǎn)用光電檢測(cè)設(shè)備技術(shù)因此具有良好的發(fā)展基礎(chǔ)，獲得了較快速的發(fā)展。日本、韓國(guó)、我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)生產(chǎn)用光電檢測(cè)設(shè)備技術(shù)水平已經(jīng)逐步與歐美發(fā)展實(shí)現(xiàn)同步，進(jìn)入全球領(lǐng)先的行列，我國(guó)大陸緊隨其后，近幾年進(jìn)步迅速，部分檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)也已經(jīng)接近國(guó)際水平。尤其是在生產(chǎn)檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)取得非常大的進(jìn)步，市場(chǎng)占有率也非常可觀；但是在實(shí)驗(yàn)用檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，特別是關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)設(shè)備方面，與國(guó)外檢測(cè)設(shè)備廠家還有一定的差距需要彌補(bǔ)。以下是部分國(guó)外主要檢測(cè)設(shè)備廠家：IS、實(shí)驗(yàn)室用；藍(lán)菲光學(xué)、實(shí)驗(yàn)室用；緯明、實(shí)驗(yàn)室用、生產(chǎn)檢測(cè)用；嘉大、生產(chǎn)檢測(cè)用；涉谷 、生產(chǎn)檢測(cè)用；ASM、生產(chǎn)檢測(cè)用；健鼎、生產(chǎn)檢測(cè)用；長(zhǎng)裕、生產(chǎn)檢測(cè)用、實(shí)驗(yàn)室用。

6.合理的使用條件。合理的使用條件也是提高LED壽命的關(guān)鍵。由于LED封裝產(chǎn)品需要在直流低電壓的條件下工作，所以給LED提供適合其工作條件的電流、電壓對(duì)LED壽命影響也非常關(guān)鍵。在應(yīng)用環(huán)境中要注意以下幾方面對(duì)LED壽命的影響：①恒定的電流、電壓；②足夠的散熱設(shè)計(jì)；③良好的焊接方式；④暢通的散熱通道；⑤足夠的輔助散熱。

LED在使用過(guò)程中首先要注意焊接方式，焊接方法要規(guī)范安全，否則會(huì)對(duì)LED形成損壞。目前大家普遍推廣SMT技術(shù)逐漸取代手工焊接技術(shù)，保證在焊接作業(yè)過(guò)程中的安全可靠性。在LED工作過(guò)程中還要保證其驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性和散熱良好。早期LED驅(qū)動(dòng)電源還不是很成熟的時(shí)候很多LED在使用過(guò)程中常因電源不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致LED壽命短，頻繁遭遇客戶投訴和抱怨，對(duì)LED形成不小的負(fù)面影響。隨著人們對(duì)電源的重視和對(duì)質(zhì)量要求的提高，目前LED驅(qū)動(dòng)電源的質(zhì)量已經(jīng)得到很好的提高，基本可以保證LED長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)符合的穩(wěn)定工作。

散熱也是在使用過(guò)程中影響LED壽命的關(guān)鍵。散熱能力不夠會(huì)導(dǎo)致LED在使用過(guò)程中節(jié)溫升高，導(dǎo)致LED轉(zhuǎn)換效率降低，直至PN結(jié)被燒壞。特別是在高溫天氣下，還要給LED燈具增加輔助散熱，以保證LED不會(huì)因?yàn)楦邷貙?dǎo)致失效。近幾年，新型的散熱材料和散熱技術(shù)正不斷的被LED企業(yè)應(yīng)用，LED產(chǎn)品的熱阻已經(jīng)越來(lái)越小，散熱能力越來(lái)越強(qiáng)。

目前，我國(guó)LED封裝產(chǎn)品的可靠性與國(guó)際頂級(jí)廠商還有一些差距，但是這種差距正在縮小。不管是高可靠性的原材料研發(fā)還是新工藝的發(fā)明，更可靠的檢測(cè)設(shè)備制造，還是在應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、制造各個(gè)環(huán)節(jié)，我們都已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)，各個(gè)環(huán)節(jié)都有比較優(yōu)秀的企業(yè)出現(xiàn)，新技術(shù)新設(shè)備都不斷的被我國(guó)的封裝企業(yè)所應(yīng)用，LED封裝產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，產(chǎn)品可靠性和壽命逐步提高，已經(jīng)逐漸向中高端領(lǐng)域滲透。

（作者單位：西安重裝渭南光電科技有限公司）