如何提高LED封裝產品的可靠性與壽命

何瑞科

一、LED封裝的現狀

LED封裝經過最近20年的高速發展，在技術和應用上已經逐漸成熟。特別是經過最近10年的高速增長，已經成為半導體市場的主力軍，在應用領域快速普及，特別是在背光、照明、顯示、指示等行業LED封裝產品已經非得到常廣泛的應用。由于其具備環保、節能等特點，已經成為各國政府重點發展的新型節能產業。我國也通過政策扶持來鼓勵LED行業快速發展，但是與全球LED發達國家和地區還有一定的差距。在產能上，我國現在已經是全球LED封裝第一大國，但是中高端封裝產品還不多，產品競爭力還不夠強。迫切需要發展高性能、高可靠性的LED封裝產品。

目前，全球高性能的LED封裝代表企業分布如下：

歐美、日本企業是全球高性能LED封裝的領導企業，是高品質、高可靠性LED封裝的第一陣營。臺灣地區和韓國企業是全球LED封裝產量最大的地區，占據著著中高端LED封裝陣營。中國LED封裝企業經過這些年的發展，部分高品質封裝企業已經逐步步入中高端LED封裝陣營，但是總體產品質量還不夠高，還需要封裝企業繼續追趕。

二、高可靠性LED封裝產品主要表現在六個方面

1.使用高質量的封裝原材料、輔助材料。目前高端封裝材料基本都掌握在歐美、日本企業手中，部分高端材料對我國出口有技術壁壘，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，來帶動LED封裝水平的提高。我國LED封裝材料制造企業通過最近幾年的學習、吸收、創新，在技術上已經取得長足進步。部分支架、芯片、熒光粉、膠水已經達到或接近國際先進水平，為我們制造高可靠性、長壽命LED提供了強有力的保障。

2.使用可靠的封裝制造設備。制造設備的精密、可靠是高品質LED封裝的基礎。由于我國LED封裝企業起步較晚，目前我國LED封裝企業的設備都比較先進，在設備性能上與歐美、日本企業基本在同一水平上。例如：IS的光學設備，ASM、K&S、KJ的固晶、焊線、封裝、分類測試設備等都是目前行業一流的生產設備，這也給我們生產高可靠性的LED提供了設備保障。

3.優秀的產品設計能力。優秀的產品設計是高質量LED的技術保障。出色的工業設計是高質量LED的基礎，隨著國家對LED發展戰略的不斷提高，各高校和企業相續開通了專門的LED相關專業，為我國LED行業培訓了一大批優秀的專業人才。

部分開通LED和光電子相關專業的高校：北京航空航天大學；大連民族學院；中山大學；沈陽理工大學；華僑大學；寧波大學；天津工業大學；廣東輕工職業技術學院；中國海洋大學；廣東紡織職業技術學院。

從上可以看出，在LED相對比較發達的長三角，珠三角和環渤海地區的高校開通LED和光電子相關專業比較集中一些，這些高校也為我國封裝企業提供了專業對接度高的高素質人才，為封裝企業的長期穩定發展提供了人才原動力。

4.可靠的封裝工藝、流程設計。封裝是整個LED的核心制造過程，當我們擁有好的材料、設備和設計方案后，可靠的制造流程是制造出高品質LED的基礎。LED的制造流程大概可以分為以下幾部分：①固晶關鍵工序；②焊線關鍵工序；③封裝關鍵工序；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，每個工序都有非常復雜的子工序，在工藝流程設計中就需要考慮到產品的各項性能，例如：散熱、發光、防潮、抗UV、抗老化等，還要充分考慮在制造過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、污染物隔離、氧化防護等等各個環節。隨著大家對LED質量要求的越來越高，對工藝流程的管控也越來越嚴格。例如：導入等離子清洗，設計萬級無塵間甚至千級無塵間，全流程ESD防護。

5.使用先進的檢測設備和標準的檢測方法。檢測設備和檢測方法是我過LED封裝企業相對薄弱的環節，最近幾年，我國LED檢測設備生產廠家有了長足的進步，不過相對國外檢測設備生產廠家和檢測機構來說，還是有一定的差距。主要是截至到現在，我國沒有系統的關于LED產品的檢測標準出臺和權威的檢測認證機構，也沒有統一規范的行業檢測標準。整個LED行業檢測和認證都依賴國外標準和國際LED巨頭的檢測標準。最近幾年，歐美和日本不斷提高LED的技術門檻，通過標準的不斷提高來限制我國LED產品的出口門檻，導致我國大批低端LED封裝企業失去海外市場。鑒于這種情況，我國一些LED相對發達的地區相許出臺了一部分地方性的LED標準和法規，引導該地區的LED企業規范檢測標準和手法，提高產品質量。應對LED行業的新變化，國內的一些LED檢測設備廠商也加大了技術研發，不斷推出更穩定、精準的測試設備，面前國內LED檢測設備主要生產商家如下：遠方光電、實驗室用、生產檢測用；中為光電、實驗室用、生產檢測用；星譜光電 、實驗室用、生產檢測用；大族光電 、生產檢測用；三色光電、實驗室用；華騰半導體、生產檢測用；臺工電子、生產檢測用；虹譜光電、生產檢測用、實驗室用。

LED光電檢測設備產品按其功能特點和應用場所概括為實驗室光電檢測分析儀器和生產用光電檢測設備兩大體系。LED實驗室光電檢測分析儀器主要用于科研院所研發、生產制造企業質量控制、檢測服務機構和質檢機構的各類實驗室，以產品研發和質量控制為目的；而LED生產用光電檢測設備是相對于實驗室用光電檢測分析儀器而言，應規?；a需求出現，是指嵌入到LED生產企業生產工序中，對生產過程中LED的光、色、電等性能參數進行實時測試與控制檢測的設備，對自動化技術要求較高。2011年，全球LED光電檢測設備及儀器市場規模達到近5億美元，從事LED光電檢測設備生產的廠家也達到近百家。由于亞洲及周邊國家和地區一直是全球電子封裝的主要生產基地，LED生產用光電檢測設備技術因此具有良好的發展基礎，獲得了較快速的發展。日本、韓國、我國臺灣地區生產用光電檢測設備技術水平已經逐步與歐美發展實現同步，進入全球領先的行列，我國大陸緊隨其后，近幾年進步迅速，部分檢測設備的技術指標也已經接近國際水平。尤其是在生產檢測設備領域，國產設備已經取得非常大的進步，市場占有率也非常可觀；但是在實驗用檢測設備領域，特別是關鍵標準檢測設備方面，與國外檢測設備廠家還有一定的差距需要彌補。以下是部分國外主要檢測設備廠家：IS、實驗室用；藍菲光學、實驗室用；緯明、實驗室用、生產檢測用；嘉大、生產檢測用；涉谷 、生產檢測用；ASM、生產檢測用；健鼎、生產檢測用；長裕、生產檢測用、實驗室用。

6.合理的使用條件。合理的使用條件也是提高LED壽命的關鍵。由于LED封裝產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LED壽命影響也非常關鍵。在應用環境中要注意以下幾方面對LED壽命的影響：①恒定的電流、電壓；②足夠的散熱設計；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在使用過程中首先要注意焊接方式，焊接方法要規范安全，否則會對LED形成損壞。目前大家普遍推廣SMT技術逐漸取代手工焊接技術，保證在焊接作業過程中的安全可靠性。在LED工作過程中還要保證其驅動的穩定性和散熱良好。早期LED驅動電源還不是很成熟的時候很多LED在使用過程中常因電源不達標，導致LED壽命短，頻繁遭遇客戶投訴和抱怨，對LED形成不小的負面影響。隨著人們對電源的重視和對質量要求的提高，目前LED驅動電源的質量已經得到很好的提高，基本可以保證LED長時間長符合的穩定工作。

散熱也是在使用過程中影響LED壽命的關鍵。散熱能力不夠會導致LED在使用過程中節溫升高，導致LED轉換效率降低，直至PN結被燒壞。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不會因為高溫導致失效。近幾年，新型的散熱材料和散熱技術正不斷的被LED企業應用，LED產品的熱阻已經越來越小，散熱能力越來越強。

目前，我國LED封裝產品的可靠性與國際頂級廠商還有一些差距，但是這種差距正在縮小。不管是高可靠性的原材料研發還是新工藝的發明，更可靠的檢測設備制造，還是在應用領域的設計、制造各個環節，我們都已經具備了一定的基礎，各個環節都有比較優秀的企業出現，新技術新設備都不斷的被我國的封裝企業所應用，LED封裝產品的質量和可靠性已經有了長足的進步，產品可靠性和壽命逐步提高，已經逐漸向中高端領域滲透。

（作者單位：西安重裝渭南光電科技有限公司）