如何提高LED封装产品的可靠性与寿命

何瑞科

一、LED封装的现状

LED封装经过最近20年的高速发展，在技术和应用上已经逐渐成熟。特别是经过最近10年的高速增长，已经成为半导体市场的主力军，在应用领域快速普及，特别是在背光、照明、显示、指示等行业LED封装产品已经非得到常广泛的应用。由于其具备环保、节能等特点，已经成为各国政府重点发展的新型节能产业。我国也通过政策扶持来鼓励LED行业快速发展，但是与全球LED发达国家和地区还有一定的差距。在产能上，我国现在已经是全球LED封装第一大国，但是中高端封装产品还不多，产品竞争力还不够强。迫切需要发展高性能、高可靠性的LED封装产品。

目前，全球高性能的LED封装代表企业分布如下：

欧美、日本企业是全球高性能LED封装的领导企业，是高品质、高可靠性LED封装的第一阵营。台湾地区和韩国企业是全球LED封装产量最大的地区，占据着着中高端LED封装阵营。中国LED封装企业经过这些年的发展，部分高品质封装企业已经逐步步入中高端LED封装阵营，但是总体产品质量还不够高，还需要封装企业继续追赶。

二、高可靠性LED封装产品主要表现在六个方面

1.使用高质量的封装原材料、辅助材料。目前高端封装材料基本都掌握在欧美、日本企业手中，部分高端材料对我国出口有技术壁垒，例如：日亚最高端的LED芯片、荧光粉。我们迫切需要提高自主高性能材料的水平，来带动LED封装水平的提高。我国LED封装材料制造企业通过最近几年的学习、吸收、创新，在技术上已经取得长足进步。部分支架、芯片、荧光粉、胶水已经达到或接近国际先进水平，为我们制造高可靠性、长寿命LED提供了强有力的保障。

2.使用可靠的封装制造设备。制造设备的精密、可靠是高品质LED封装的基础。由于我国LED封装企业起步较晚，目前我国LED封装企业的设备都比较先进，在设备性能上与欧美、日本企业基本在同一水平上。例如：IS的光学设备，ASM、K&S、KJ的固晶、焊线、封装、分类测试设备等都是目前行业一流的生产设备，这也给我们生产高可靠性的LED提供了设备保障。

3.优秀的产品设计能力。优秀的产品设计是高质量LED的技术保障。出色的工业设计是高质量LED的基础，随着国家对LED发展战略的不断提高，各高校和企业相续开通了专门的LED相关专业，为我国LED行业培训了一大批优秀的专业人才。

部分开通LED和光电子相关专业的高校：北京航空航天大学；大连民族学院；中山大学；沈阳理工大学；华侨大学；宁波大学；天津工业大学；广东轻工职业技术学院；中国海洋大学；广东纺织职业技术学院。

从上可以看出，在LED相对比较发达的长三角，珠三角和环渤海地区的高校开通LED和光电子相关专业比较集中一些，这些高校也为我国封装企业提供了专业对接度高的高素质人才，为封装企业的长期稳定发展提供了人才原动力。

4.可靠的封装工艺、流程设计。封装是整个LED的核心制造过程，当我们拥有好的材料、设备和设计方案后，可靠的制造流程是制造出高品质LED的基础。LED的制造流程大概可以分为以下几部分：①固晶关键工序；②焊线关键工序；③封装关键工序；④分切、剥离主要工序；⑤分类、包装主要工序。

固晶、焊线、封装是核心制造工序，每个工序都有非常复杂的子工序，在工艺流程设计中就需要考虑到产品的各项性能，例如：散热、发光、防潮、抗UV、抗老化等，还要充分考虑在制造过程中的清洗方式和条件、烘烤方式和条件、温湿度控制、ESD防护、污染物隔离、氧化防护等等各个环节。随着大家对LED质量要求的越来越高，对工艺流程的管控也越来越严格。例如：导入等离子清洗，设计万级无尘间甚至千级无尘间，全流程ESD防护。

5.使用先进的检测设备和标准的检测方法。检测设备和检测方法是我过LED封装企业相对薄弱的环节，最近几年，我国LED检测设备生产厂家有了长足的进步，不过相对国外检测设备生产廠家和检测机构来说，还是有一定的差距。主要是截至到现在，我国没有系统的关于LED产品的检测标准出台和权威的检测认证机构，也没有统一规范的行业检测标准。整个LED行业检测和认证都依赖国外标准和国际LED巨头的检测标准。最近几年，欧美和日本不断提高LED的技术门槛，通过标准的不断提高来限制我国LED产品的出口门槛，导致我国大批低端LED封装企业失去海外市场。鉴于这种情况，我国一些LED相对发达的地区相许出台了一部分地方性的LED标准和法规，引导该地区的LED企业规范检测标准和手法，提高产品质量。应对LED行业的新变化，国内的一些LED检测设备厂商也加大了技术研发，不断推出更稳定、精准的测试设备，面前国内LED检测设备主要生产商家如下：远方光电、实验室用、生产检测用；中为光电、实验室用、生产检测用；星谱光电 、实验室用、生产检测用；大族光电 、生产检测用；三色光电、实验室用；华腾半导体、生产检测用；台工电子、生产检测用；虹谱光电、生产检测用、实验室用。

LED光电检测设备产品按其功能特点和应用场所概括为实验室光电检测分析仪器和生产用光电检测设备两大体系。LED实验室光电检测分析仪器主要用于科研院所研发、生产制造企业质量控制、检测服务机构和质检机构的各类实验室，以产品研发和质量控制为目的；而LED生产用光电检测设备是相对于实验室用光电检测分析仪器而言，应规模化生产需求出现，是指嵌入到LED生产企业生产工序中，对生产过程中LED的光、色、电等性能参数进行实时测试与控制检测的设备，对自动化技术要求较高。2011年，全球LED光电检测设备及仪器市场规模达到近5亿美元，从事LED光电检测设备生产的厂家也达到近百家。由于亚洲及周边国家和地区一直是全球电子封装的主要生产基地，LED生产用光电检测设备技术因此具有良好的发展基础，获得了较快速的发展。日本、韩国、我国台湾地区生产用光电检测设备技术水平已经逐步与欧美发展实现同步，进入全球领先的行列，我国大陆紧随其后，近几年进步迅速，部分检测设备的技术指标也已经接近国际水平。尤其是在生产检测设备领域，国产设备已经取得非常大的进步，市场占有率也非常可观；但是在实验用检测设备领域，特别是关键标准检测设备方面，与国外检测设备厂家还有一定的差距需要弥补。以下是部分国外主要检测设备厂家：IS、实验室用；蓝菲光学、实验室用；纬明、实验室用、生产检测用；嘉大、生产检测用；涉谷 、生产检测用；ASM、生产检测用；健鼎、生产检测用；长裕、生产检测用、实验室用。

6.合理的使用条件。合理的使用条件也是提高LED寿命的关键。由于LED封装产品需要在直流低电压的条件下工作，所以给LED提供适合其工作条件的电流、电压对LED寿命影响也非常关键。在应用环境中要注意以下几方面对LED寿命的影响：①恒定的电流、电压；②足够的散热设计；③良好的焊接方式；④畅通的散热通道；⑤足够的辅助散热。

LED在使用过程中首先要注意焊接方式，焊接方法要规范安全，否则会对LED形成损坏。目前大家普遍推广SMT技术逐渐取代手工焊接技术，保证在焊接作业过程中的安全可靠性。在LED工作过程中还要保证其驱动的稳定性和散热良好。早期LED驱动电源还不是很成熟的时候很多LED在使用过程中常因电源不达标，导致LED寿命短，频繁遭遇客户投诉和抱怨，对LED形成不小的负面影响。随着人们对电源的重视和对质量要求的提高，目前LED驱动电源的质量已经得到很好的提高，基本可以保证LED长时间长符合的稳定工作。

散热也是在使用过程中影响LED寿命的关键。散热能力不够会导致LED在使用过程中节温升高，导致LED转换效率降低，直至PN结被烧坏。特别是在高温天气下，还要给LED灯具增加辅助散热，以保证LED不会因为高温导致失效。近几年，新型的散热材料和散热技术正不断的被LED企业应用，LED产品的热阻已经越来越小，散热能力越来越强。

目前，我国LED封装产品的可靠性与国际顶级厂商还有一些差距，但是这种差距正在缩小。不管是高可靠性的原材料研发还是新工艺的发明，更可靠的检测设备制造，还是在应用领域的设计、制造各个环节，我们都已经具备了一定的基础，各个环节都有比较优秀的企业出现，新技术新设备都不断的被我国的封装企业所应用，LED封装产品的质量和可靠性已经有了长足的进步，产品可靠性和寿命逐步提高，已经逐渐向中高端领域渗透。

（作者单位：西安重装渭南光电科技有限公司）