|
摘要
本文通過一系列試驗，說明了構成LED的主要材料之一
- 環氧樹脂對LED性能的影響，從而為LED制造過程
如何合理選取材料提供了依據。
關鍵詞： 環氧樹脂 可靠性 光輸出效果
光選擇性
中國分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：1000-7032（2002）01-0000-00
1 引言
當前，由于芯片制造技術的不斷進步，LED在各個領域得到越來越廣泛地應用。同時，各種應用場合也對LED的性能提出了越來越高的要求，如使用回流爐工藝的整機廠要求LED有很好的耐熱性能，應用于室外場合時則要求LED有盡可能高的光輸出效率
和光穩定性，用做光敏器件封裝材料時，則要求環氧樹脂具有好的光選擇性等等。實
踐證明，決定LED的性能除了芯片本身的質量等因素外，環氧樹脂的選擇也是一個重
要因素。因此，LED封裝過程必須根據不同使用場合，選取不同樹脂，才能確保產品最大限度地滿足使用要求。
2 試驗
2.1 環氧樹脂對LED可靠性的影響
2.1.1 樣品制造
選取02、12、14三種不同環氧樹脂（芯片等其他材料相同），分別封裝成φ3透明型LED，其中一半第二種線點用銀漿加固；
2.1.2 耐焊接熱試驗
試驗方法：每種制品取30只，分成3組，依次放入300℃小錫爐中浸漬10秒鐘，取出后即時點亮，不亮、不穩定及冷卻后才能點亮為不合格，共進行三個循環。
試驗結果見表1
|
表1 耐焊接熱試驗結果(Table
1 Heat-resistant Test Result)
|
|
循環次數/失效數/種類
|
第二種線點有銀漿加固
|
第二種線點無銀漿加固
|
|
02樹脂
|
12樹脂
|
14樹脂
|
02樹脂
|
12樹脂
|
14樹脂
|
|
1
|
0/30
|
0/30
|
0/30
|
0/30
|
0/30
|
0/30
|
|
2
|
0/30
|
0/30
|
0/30
|
0/30
|
1/30
|
0/30
|
|
3
|
0/30
|
0/30
|
0/30
|
0/30
|
2/30
|
0/30
|
由上表可見，第二種線點無銀漿加固時，用12樹脂封裝的制品在第二循環以后出現
失效。
2.1.3 基板試驗
試驗方法：
收稿日期: 2001-09-17
修訂日期:2001-10-30
作者簡介: 李緒鋒 (1957-), 男,
廣東普寧人。高級工程師，佛山市光電器材公司工程技術開發中心副主任，主要從事
半導體發光器件的開發工作。
（1）取打有小孔的PCB板兩塊，孔距分別為3.3mm和1.75mm
；
（2）每種制品取100只，分成兩組，分別插入兩塊PCB板中，其中50只引腳被拉寬，50只引腳被收窄；
（3）將兩塊PCB板放入170℃烘箱中，停留時間10分鐘，取出后即時點亮，不亮、不穩定及冷卻后才能點亮為不合格。
試驗結果見表2：
|
表2 基板試驗結果（Table
2 PCB test result）
|
|
試驗方法/失效數/種類
|
第二種線點有銀漿加固
|
第二種線點無銀漿加固
|
|
02樹脂
|
2樹脂
|
1 14樹脂
|
02樹脂
|
12樹脂
|
14樹脂
|
|
拉寬
|
0/50
|
1/30
|
0/50
|
1/50
|
7/50
|
0/50
|
|
收窄
|
1/50
|
4/50
|
0/50
|
3/50
|
11/50
|
1/50
|
由表2數據可見：只有采用14型樹脂，并對第二種線點用銀漿加固，才能順利通過基板試驗，經反復試驗，證實了這一結論的正確性。
由耐焊接熱試驗和基板試驗結果可見：從提高制品可靠性的角度考慮，14樹脂是最理想的選擇。
2.2 環氧樹脂對光輸出效果的影響
2.2.1 樣品制作
選取02、12、14三種不同環氧樹脂（芯片等其他材料相同），分別封裝成φ5
無色透明型紅外發射管各20只；
2.2.2 光功率測量
使用SR-300測試機，對樣品進行光功率測量，結果見表3：
|
表3
紅外發射管光功率測量結果（Table 3 IR LED
power test result）
|
|
No/光功率（mw）/種類
|
02樹脂
|
12樹脂
|
14樹脂
|
|
No/光功率（mw）/種類
|
02樹脂
|
12樹脂
|
14樹脂
|
|
1
|
15.7
|
18.8
|
18.1
|
12
|
15.1
|
19.0
|
18.9
|
|
2
|
14.9
|
19.9
|
17.8
|
13
|
15.4
|
18.9
|
16.5
|
|
3
|
11.0
|
19.9
|
18.3
|
14
|
14.4
|
18.2
|
17.1
|
|
4
|
14.6
|
19.5
|
18.0
|
15
|
15.0
|
19.6
|
19.1
|
|
5
|
12.9
|
19.9
|
18.0
|
16
|
13.0
|
19.8
|
18.2
|
|
6
|
14.1
|
19.9
|
17.6
|
17
|
14.9
|
18.3
|
16.6
|
|
7
|
14.8
|
19.3
|
17.1
|
18
|
14.6
|
19.5
|
17.6
|
|
8
|
14.5
|
19.4
|
16.9
|
19
|
12.9
|
19.8
|
17.1
|
|
9
|
14.5
|
19.2
|
17.8
|
20
|
15.5
|
18.6
|
17.5
|
|
10
|
13.5
|
19.8
|
19.2
|
AVE
|
14.3
|
19.3
|
17.7
|
|
11
|
14.9
|
18.7
|
17.1
|
|
|
|
|
由表3數據可見：從提高光輸出效率的角度考慮，12型樹脂是最理想的選擇。
2.2.3 低溫通電試驗
實踐證明：環氧樹脂的性能不僅影響光輸出效率，而且影響光輸出的穩定性，采用低溫通電試驗方法，可以加速光的劣化，從而評價制品光輸出的穩定性。試驗條件是：溫度：-30℃，電流：100mA/只，時間：22小時。試驗前光功率/試驗后光功率＞80%
為合格。試驗數據見表4：
|
表4
紅外發射管低溫通電試驗數據|
Table 4 IR LED Test Date ( Electrified in low
temperrature )
|
|
№
|
02樹脂
|
12樹脂
|
14樹脂
|
|
試驗前(mw)
|
試驗后(mw)
|
比值(%）
|
試驗前(mw)
|
試驗后( mw)
|
比值 (%）
|
試驗前(mw)
|
試驗后(mw)
|
比值(%）
|
|
1
|
15.5
|
6.4
|
41
|
18.8
|
18.8
|
100
|
18.1
|
7.4
|
41
|
|
2
|
14.9
|
7.2
|
48
|
19.9
|
21.1
|
106
|
17.8
|
7.7
|
43
|
|
3
|
11.0
|
7.8
|
71
|
19.9
|
19.5
|
98
|
18.3
|
15.6 |
85
|
|
4
|
14.6
|
7.0
|
48
|
19.5
|
20.5
|
105
|
18.0
|
17.6
|
98
|
|
5
|
12.9
|
5.9
|
46
|
19.9
|
18.7
|
94
|
18.0
|
16.6
|
92
|
|
6
|
14.1
|
5.9
|
42
|
19.9
|
20.7
|
104
|
17.6
|
17.2
|
98
|
|
7
|
14.8
|
4.7
|
32
|
19.3
|
17.6
|
91
|
17.1
|
15.7
|
92
|
|
8
|
14.5
|
14.2
|
98
|
19.4
|
19.0
|
98
|
16.9
|
16.6
|
98
|
|
9
|
14.5
|
7.5
|
52
|
19.2
|
18.8
|
98
|
17.8
|
6.2
|
35
|
|
10
|
13.5
|
4.3
|
32
|
19.8
|
19.2
|
97
|
19.2
|
11.1
|
58
|
|
11
|
14.9
|
10.7
|
72
|
18.7
|
17.6
|
94
|
17.1
|
16.9
|
99
|
|
12
|
15.1
|
10.4
|
69
|
19.0
|
18.2
|
96
|
18.9
|
18.1
|
96
|
|
13
|
15.4
|
10.8
|
70
|
18.9
|
18.0
|
95
|
16.5
|
15.2
|
92
|
|
14
|
14.4
|
12.2
|
85
|
18.2
|
17.8
|
98
|
17.1
|
16.9
|
99
|
|
15
|
15.0
|
14.4
|
96
|
19.6
|
18.8
|
96
|
19.1
|
18.9
|
99
|
|
合計
|
14.4
|
8.6
|
60
|
19.3
|
19.0
|
98
|
17.8
|
14.5
|
82
|
由表4數據可見，光輸出效果越差的制品，其光輸出隨時間推移而劣化也越嚴重。
對可見光LED做同樣的光輸出和光劣化對比試驗，得到與紅外LED一致的結果，
從而驗證了以上結論的正確性和普遍性。
2.3 環氧樹脂的光選擇性能
環氧樹脂用做光敏器件封裝材料時，其光選擇性能的優劣對于制品的質量影響重大。事實上，通過測量制品的光譜曲線，可對樹脂的光選擇性能有一個定性的了解。圖1～圖3是對采用3種不同環氧樹脂作為封裝材料制得的光敏二極管進行測量得到的光譜曲線，由圖可見：18C型及10B型樹脂對于波長在700～1000nm范圍的光均能很好透過，這種材料用于制造對光選擇性能要求較高的光敏器件顯然是不合適的。而02B型樹脂僅對波長在860nm以上的紅外光敏感，用這種樹脂作為光敏器件的封裝材料，可使制品獲得卓越的抗干擾性能。采用特殊的光源直射器件表面，并在同樣的距離給制品一個相同的紅外信號，結果18C型及10B型樹脂制品反應遲鈍甚至沒有反應，而02B型制品反應保持靈敏，幾乎不受直射光影響，這與光譜測量得到的結果完全一致。
3 結論
環氧樹脂的性能對LED的可靠性、光輸出效果以及光敏器件的抗干擾性能等有著重要影響，必須根據使用場合的不同，選取合適的樹脂：
14型樹脂具有很好的耐高溫性能，適應于作業溫度比較高（如采用回流爐進行元器件焊接）的場合。但是，該樹脂也有它不足之處：除了出光效果稍差以外，其工藝可行性也較差，因其粘度較大，作業過程容易產生氣泡，且混合后可使用時間較短；
12型樹脂的最大優點是出光效果好，最大缺點是耐高溫性能差。如第二種線點用銀漿加固，其可靠性可滿足一般使用場合要求，φ5類高亮度LED、紅外發射管等對光輸出效果要求較高的場合，選用12型樹脂比較合適，但φ3類LED因為耐高溫性能較差，一般不宜使用12型樹脂作為封裝材料；
雖然02型樹脂出光效果最差，耐高溫性能也不及14型樹脂，但因為其粘度低，工藝可行性好，混合后可使用時間長，耐高溫性能可滿足一般使用場合要求。因此，對于普通LED，使用02型樹脂作為封裝材料也是可取的。
光敏器件的抗干擾性能與樹脂的光選擇能力密切相關，為了獲得高品質的光敏器件，使用02B型樹脂是一種理想的選擇。
圖1 02B型樹脂光譜 圖2 18C型樹脂光譜曲線
Fig .1 Spectra of resin of 02B. Fig .2
Spectra of resin of 18C.
The Influence of Epoxy Resin upon LED Performance
Li Xu--feng
（ Foshan Optoelectronic Equipment Corp, guangdong foshan 528000,
china ）
Abstract : Epoxy resin is one of the
essential materials of LED, which the performance of directly
affects the reliability and output effect of the products. So, in
the process of manufacturing LED epoxy resin should be selected
according to the situations, make sure the product are satisfied
customers' requirements.
1. The influence of epoxy resin upon the
reliability of the products
Use No.02, 12, 14 (with other same material e.g. chips) to package
φ3 water type LEDs. In half of them paste is used in the second
bond position to fix. Carry the soldering heat-resistant trial and
PCB trial on the products (store in high temperature in the
condition of external force). It is proved that No. 14 epoxy resin
is the best choice for improving products reliability.
2. The influence of epoxy resin upon the light output effect of
the products
Use No.02, 12, 14 (with other same material e.g. chips) to package
φ5 water type Infrared LED (each 20 pcs). Test the light power of
some samples. We found considering the light output efficiency, we
should select No. 12 epoxy resin. Test the samples connecting
power supply in low temperature to evaluate the output stability
of the products. It is proved that those products with the worse
output effect, they have the worse light output diminution as time
goes by.
Carry on the same light output and light diminution comparison
tests on visible light LEDs, we have the same conclusion. So, it
can be proved that the conclusion mentioned above is correct and
common.
3. The light selecting performance of epoxy resin
See the spectrum through the tests of three kinds of photodiode
made from different epoxy resins. We found to 18C epoxy resin and
10B epoxy resin, light which the wavelength of is in the range of
700 ~ 1000 nm is easy to pass through. Obviously, this material is
not suitable for manufacturing the opto-devices with high
requirements on light selecting performance. While the 02B epoxy
resin is only sensitive to infrared light which the wavelength of
is over 800nm. Apply this kind of epoxy resin as packing material,
which can make the products have excellent anti-jamming ability.
Use special light source to shine directly on the surface of the
devices, and send a same infrared signal in the same distance, 18C
and 10B epoxy resin have very slow response even has no response.
While 02B products keep much sensitive, hardly affected by direct
shining light. It is consistent with to the result from the
spectrum of tests.
To conclude, the performance of epoxy resin have important effects
on the reliability, the light output effect of the LED and the
anti-jamming ability of the opto-devices. And we should select
suitable epoxy resin according to the situations.
|
