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当前位置：&>>&&>>&&>>&LED封装工艺介绍及其步骤
封装的工艺流程大致如下:
1. LEDLEDLED2. LEDLEDLEDLamp-LEDTOP-LEDSide-LEDSMD-LEDHigh-Power-LED3. LED4　
　芯片设计
　　从芯片的演变历程中发现，各大LED生产商在上游磊晶技术上不断改进，如利用不同的电极设计控制电流密度，利用ITO薄膜技术令通过LED的电流能平均分布等，使在结构上都尽可能产生最多的。再运用各种不同方法去抽出LED发出的每一粒光子，如生产不同外形的芯片；利用芯片周边有效地控制光折射度提高LED取率，研制扩大单一芯片表面尺寸（&2mm2）增加发光面积，更有利用粗糙的表面增加光线的透出等等。
　　有一些高亮度上p-n两个电极的位置相距拉近，令芯片发光效率及散热能力提高。而最近已有的生产，就是利用新改良的溶解（ lift-o）及金属黏合技术（ bonding），将LED磊晶晶圆从GaAs或GaN长晶基板移走，并黏合到另一金属基板上或其它具有高反射性及高热传导性的物质上面，帮助大功率LED提高取光效率及散热能力。
.&　　封装设计
　　经过多年的发展，垂直（φ3mm、φ5mm）和SMD灯（表面贴装LED）已演变成一种标准产品模式。但随着芯片的发展及需要，开拓出切合大功率的封装产品设计，为了利用自动化组装技术降低制造成本，大功率的SMD灯亦应运而生。而且，在可携式消费产品市场急速的带动下，大功率LED封装体积设计也越小越薄以提供更阔的产品设计空间。
　　为了保持成品在封装后的光亮度，新改良的大功率SMD器件内加有杯形反射面，有助把全部的光线能一致地反射出封装外以增加输出。而盖住LED上圆形的，用料上更改用以Silone封胶，代替以往在环氧树脂（Epoxy），使封装能保持一定的耐用性。
　　封装工艺及方案
　　封装之主要目的是为了确保半导体芯片和下层电路间之正确电气和机械性的互相接续，及保护芯片不让其受到机械、热、潮湿及其它种种的外来冲击。选择封装方法、材料和运用机台时，须考虑到LED磊晶的外形、电气/机械特性和固晶精度等因素。因LED有其光学特性，封装时也须考虑和确保其在光学特性上能够满足。
　　无论是垂直LED或SMD封装，都必须选择一部高精度的固晶机，因LED放入封装的位置精准与否是直接影响整件封装器件发光效能。若晶粒在反射杯内的位置有所偏差，光线未能完全反射出来，影响成品的光亮度。但若一部固晶机拥有先进的预先图像辨识系统（PR ），尽管品质参差的引线框架，仍能精准地焊接于反射杯内预定之位置上。
　　一般低功率LED器件（如指示设备和键盘的照明）主要是以银浆固晶，但由于银浆本身不能抵受高温，在提升亮度的同时，发热现象也会产生，因而影响产品。要获得高品质高功率的LED,新的固晶工艺随之而发展出来，其中一种就是利用共晶焊接技术，先将晶粒焊接于一散热基板（soubmount）或热沉（heat sink）上，然后把整件晶粒连散热基板再焊接于封装器件上，这样就可增强器件散热能力，令发相对地增加。至于基板材料方面，硅（）、铜（Copper）及陶瓷（Ceramic）等都是一般常用的散热基板物料。
　　共晶焊接
　　技术最关键是共晶材料的选择及焊接温度的控制。新一代的InGaN高亮度LED,如采用共晶焊接，晶粒底部可以采用纯锡（Sn）或金锡（Au-Sn）合金作接触面镀层，晶粒可焊接于镀有金或银的基板上。当基板被加热至适合的共晶温度时，金或银元素渗透到金锡合金层，合金层成份的改变提高溶点，令共晶层固化并将LED紧固的焊于热沉或基板上。
　　选择共晶温度视乎晶粒、基板及器件材料耐热程度及往后回焊制程时的温度要求。考虑共晶固晶机台时，除高位置精度外，另一重要条件就是有灵活而且稳定的温度控制，加有氮气或混合气体装置，有助于在共晶过程中作防氧化保护。当然和银浆固晶一样，要达至高精度的固晶，有赖于严谨的机械设计及高精度的马达运动，才能令焊头运动和焊力控制恰到好处之余，亦无损高产能及高良品率的要求。
　　进行共晶焊接工艺时亦可加入助焊剂，这技术最大的特点是无须额外附加焊力，故此不会因固晶焊力过大而令过多的共晶合金溢出，减低LED产生短路的机会。
　　覆晶（Flip Chip）焊接
1.lockhill2.LED0.1mmLED0.6mm3.LEDGaAsSiCLED4.LEDLEDLED5.LEDLEDLED.6.LEDLEDLED7.150217011501218.LEDLEDLEDLED9.LEDLEDTOP-LEDSide-LEDLEDLED10.Lamp-LEDLEDLEDLED11.LEDLED12.1351150413.LEDPCB120414.LEDLampLEDLEDSMD-LEDPCB15.LEDLED16.LED&&来源:
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超辐射发光二极管SLD可靠性浅谈
2015年20期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　【摘 要】随武器装备向高可靠性发展，SLD作为光纤陀螺的关键器件得到了迅速的发展，分析了SLD产品的主要失效模式与失效机理，并在介绍了国内外SLD产品的可靠性以及当前国内进行的SLD加速试验情况后，提出了建立SLD预计模型的迫切性，最后给出了SLD可靠性预计初步模型。 中国论文网 /8/view-6889646.htm　　【关键词】SLD；失效；可靠性预计 　　0 前言 　　超辐射发光二极管（SLD）是一种介于激光二极管（LD）和发光二极管（LED）之间的半导体光源，受到光纤陀螺的需求驱动，SLD得到了迅速的发展并成为一种重要的光源，它满足光纤陀螺、光时域反射仪、光纤传感器等所要求的高输出功率和短的相干长度。而光纤陀螺是一种基于光学Sagnac效应的角速度传感器[1]。近年来，光纤陀螺以其全固态、无需转动和摩擦部件、寿命长、动态范围大、瞬时启动、结构简单、尺寸小、重量轻等优点，逐渐应用于导弹、装甲车、石油测井、航天器等领域。随着光纤陀螺应用领域的不断扩大，对其使用寿命、可靠性指标的获知需求日益迫切。而作为光纤陀螺中关键件超辐射发光二极管SLD的各类研究也在不断的开展。 　　SLD器件采用标准的8/14pin蝶形管壳或14pin双列直插式管气密封装，器件主要由管芯、热敏电阻、热沉、半导体制冷器、尾纤、外壳等部分组成。管芯、热敏电阻键合在热沉上，热沉固定在制冷器上，制冷器固定在底座上，采用保偏光纤与超辐射发光管耦合，用于耦合的光纤伸入腔体部分。与标准14针SLD器件不同之处是在8针SLD内部没有用于光反馈控制的InGaAs-PIN组件。 　　1 SLD主要失效模式与失效机理 　　SLD退化失效主要是管芯与尾纤的耦合失效和管芯失效。SLD 模块中尾纤与管芯间的耦合为亚微米量级的对准，管芯与尾纤的耦合偏移将导致光源光功率逐渐减小直至失效。引起光纤与管芯耦合偏移的主要因素是外界应力。 　　管芯有源区退化：主要表现在管芯部件上，管芯退化的直接原因是有源区内存在晶格缺陷以及这些晶格缺陷在持续工作过程中的逐渐扩大，这一结论已由实验所证实。例如，使用透射式扫描电子显微镜对半导体激光器逐层精细观察，发现在其退化过程中， 有源区内开始存在某些暗点（即不发光的非均匀小区），最后成为一片暗区。伴随着缺陷的形成、生长和迁移以及p-n 结的退化，注入效率将会降低。一般认为管芯有源区内缺陷的生成速度和管芯与尾纤的耦合偏移速度是决定SLD可靠性的重要因素。 　　耦合失效：耦合失效部位包括管芯与尾纤的耦合处和热敏电阻。SLD 模块中尾纤与管芯间的耦合为亚微米量级的对准，管芯与尾纤的耦合偏移将导致光源光功率逐渐减小直至失效。引起光纤与管芯耦合偏移的主要因素是外界应力。热敏电阻主要是温循导致的阻值漂移、材料老化，电迁移导致电极有效面积减少，热-机械应力导致内部裂纹的蔓延与扩展等。 　　焊料退化失效：对SLD来说，所用焊料主要有纯锢、纯锡、金锡易熔合金以及金锗易熔合金等。焊料是最常用的焊料，其应力较小，但老化期间易变质，从而形成一个退化源。变质造成器件热阻增加，从而使激光器性能退化。已发现使用焊料制作的激光器，在长期工作之后焊料会变质，生成的晶须或与SLD下界面发生冶金学反应，使器件的应力增加、热阻变大，从而导致器件迅速退化。In焊料变质的原因是An原子扩散进入In层并形成金属间化合物Au3In、AnIn、AuIn2。这些化合物呈峰窝状的空隙结构，有相当高的热阻。另外焊接引入的应力，管芯、焊料、热沉之间热膨胀系数匹配程度不佳等也会使器件快速退化。 　　另外在使用过程中制冷器和热敏电阻的失效也会导致SLD迅速老化，作为SLD重要组件在进行模型建立时也需要将其考虑在内。 　　对于SLD而言，输出光功率是其最重要的性能参数，因此，选择输出光功率作为SLD的性能退化参数，其失效判据为：在施加恒定电流（一般为100 mA）下持续通电工作，测量输出光功率的变化，当输出光功率下降到初值的50%或者70%（不同标准失效判据不一样）时即认为SLD失效。 　　2 国内外SLD产品可靠性 　　国内SLD生产厂家主要有武汉光迅、中国电科44所、华工正源以及中科院半导体所。其中中国电科44所的主流SLD产品有1300nm的体材料SLD和850nm的量子阱材料SLD，武汉光迅的SLD按照封装形式分主要有DF8、BF6、BF14和DIP14，按照工作波长分有1310nm和1550nm两种，光迅的产品在我国陀螺和互感器市场应用市场上占有率为85%以上，且光迅的SLD产品依据GR468标准执行，与国外接轨。 　　国外SLD厂家EXALOS在技术文档中注明其SLD产品在25℃条件下工作100K小时左右后，其输出光功率才会下降到50%。其产品的执行规范也采用了GR-468，INPHENIX、Covege、Denselight、Superlum的SLD产品标称寿命也是100K小时。国外SLD产品通用的检测标准基本一致： 　　3 国内SLD相关加速寿命试验 　　加速寿命试验是最能够反映出SLD产品寿命的，其理论基础是Arrhenius模型，即通过提高SLD的工作温度得到在此温度下的SLD寿命，然后通过Arrhenius模型计算工作在常温下的工作寿命。 　　国内某高校在SLD进行加速退化试验中，选取了8个SLD试验样品在60℃下进行退化试验，试验共进行了2000h[2]。再分析其退化数据后得到在60℃下，SLD的评价寿命为13195h。利用Arrhenius模型作为SLD温度应力加速方程，SLD激活能取中文献《1300nm超幅射发光二级管寿命测试》中的0.82eV，则可计算出60℃温度应力相对于25℃温度应力的加速系数为28.58，由此得SLD在25℃下的平均寿命为377113h。与当前国外SLD 100K小时的寿命基本一致。
　　某研究院对其自主研发的SLD进行加速寿命试验，该实验随机抽取5只SLD管芯，分别在373K和385K的条件下降其放进恒温箱内进行高温、恒流加速老化试验[3]。工作电流控制在100mA。每隔一定的时间对5只管芯的特性参数进行测试。通过功率老化曲线拟合出各SLD的激活能，采用其平均值0.82eV计算后，计算出5只SLD管芯的平均寿命达到了3*106h，即SLD管芯在驱动电流为100mA，室温298K的工作条件下可正常工作百万小时以上。 　　武汉光迅分别对管芯和SLD组件进行加速寿命试验，试验结果表明管芯在85℃，150mA条件下连续工作5000小时功率无明显变化，其中激活能为0.65eV。组件在65℃、100mA条件下连续工作7900小时功率无明显变化。后续试验结果表明其SLD产品寿命也在百万小时级别。 　　4 SLD可靠性预计模型 　　目前国内尚没有针对国产SLD模块的可靠性预计模型，如果直接套用激光器LD预计模型，其预计结果与SLD真实水平存在偏差，考虑到SLD的真实可靠性水平对装备的巨大影响，SLD的可靠性预计模型必须有效的反映出其真实的可靠性水平。且SLD作为一个组件级别的元器件，其内部包括热敏电阻、制冷器、耦合焊点、管芯。而现有的LD可靠性预计模型将器件作为整体，给出了一个基本失效率，这样无法反映出不同型号的热敏电阻和制冷器、管芯对SLD产品预计可靠性的影响。 　　通过对国内SLD生产厂家的调研，收集了大量的SLD生产检查、可靠性试验以及失效归零数据，建立了初步的SLD可靠性预计模型，然后针对典型诱发因素以及模型系统系数确定的需求，开展针对性的可靠性试验。进行系统的数据分析、处理和提取后获得了预计模型中的模型系数，最后通过工程验证对模型进行修正。得到最终的SLD预计模型可表征如下： 　　？姿p=？姿管芯+？姿耦合+？姿TEC+2？姿R 　　其中？姿管芯为管芯的失效率，等于管芯基本失效率？姿01×温度系数？仔T1。？姿耦合表示光纤焊点耦合失效率，主要与焊点工艺相关。？姿TEC为制冷器的失效率，国内SLD中使用的制冷器一般为进口，基本失效率在4.9Fit左右。单个热敏电阻的失效率？姿R等于基本失效率？姿02×温度系数？仔T2。 　　5 结论及展望 　　随武器装备向高可靠性发展，作为装备基础组成元素，电子元器件的可靠性定量表征技术已经成为装备可靠性保障的重要手段，因此电子元器件可靠性预计工作在军事领域得到了广泛开展。超辐射发光二极管（SLD）作为一种新型、关键电子元器件，其可靠性水平对装备的安全使用具有重要影响，受制于国内技术水平，当前SLD器件的可靠性在武器装备中相对薄弱，因此对其开展可靠性研究工作十分必要。且目前国内外的可靠性预计手册中都未建立SLD的可靠性预计模型，无法准确的预计出SLD器件的寿命。因此，为实现国产军用SLD可靠性指标的定量表征，建立通用、有效的可靠性预计模型并纳入GJB 299―电子设备可靠性预计手册是一项关键而紧迫的工作。 　　【参考文献】 　　[1]谭显裕.光纤陀螺的关键技术及其军用研究[J].航空兵器，2003，2. 　　[2]Daihong Chao， Jing Ma.Research on the Reliability of SLD throughAccelerated Life Testing[J].IEEE.2009. 　　[3]孙孟翔，谭满清，王鲁丰.1300nm超辐射发光二极管寿命测试[J].光学学报，）. 　　[责任编辑：邓丽丽]
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