白色LED制造新工藝：通過凝膠狀片材完成封裝

在白色LED模塊需求以照明用途為中心不斷高漲的情況下，日本愛德克公司(IDEC)針對將組合藍(lán)色LED元件和黃色熒光材料實(shí)現(xiàn)白色光的模塊(偽白色LED模塊)，開發(fā)出了新的制造工藝。新工藝與傳統(tǒng)工藝的不同在于通過樹脂封裝基板上LED元件的工序，將含有熒光材料的凝膠狀硅樹脂片材貼在LED元件上加熱封裝。與傳統(tǒng)工藝相比，新工藝可將封裝工序所需時(shí)間縮短至1/9，而且可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的品質(zhì)并簡化設(shè)備。 　　通過組合使用藍(lán)色LED元件和黃色熒光材料來實(shí)現(xiàn)白色光。LED元件的封裝采用含有熒光材料的凝膠狀硅樹脂片材(日東電工制造)。 　　1：實(shí)現(xiàn)白色光的方式還包括組合使用光的三原色——紅色、綠色和藍(lán)色的LED元件。不過，其用途多為顯示器的光源。在照明用途中，偽白色LED模塊是主流。 　　傳統(tǒng)工藝通過含有熒光材料的液狀樹脂來封裝LED元件。首先，在基板上的LED元件周圍形成用來阻擋樹脂流出的“壩”，并使其硬化。然后，攪拌液狀樹脂與熒光材料、澆注到基板上的壩內(nèi)。最后，對澆注的樹脂進(jìn)行熱硬化處理。整個(gè)封裝工序所需要的時(shí)間約為六個(gè)小時(shí)。 　　傳統(tǒng)工藝在整個(gè)封裝工序上(形成壩并使其硬化、攪拌樹脂和熒光材料、澆注液狀樹脂并使其硬化)需要花費(fèi)約六個(gè)小時(shí)。新工藝只需將凝膠狀片材貼在LED元件上進(jìn)行硬化即可，因此僅需40分鐘。由本刊根據(jù)愛德克的資料制作。 　　2：此外，還有通過含有熒光材料的固體樹脂片材來封裝LED元件的制造工藝。該制造工藝容易穩(wěn)定質(zhì)量，不過無法單獨(dú)通過固體樹脂片材進(jìn)行封裝，需要另外使用液體樹脂進(jìn)行封裝，因此生產(chǎn)效率較低。 　　但在這種制造工藝中，存在樹脂和熒光材料未均勻混合、熒光體在樹脂中沉淀、澆注的樹脂量多少不一等諸多會造成品質(zhì)不穩(wěn)定的問題，難以維持質(zhì)量。如果封裝工序的品質(zhì)不均，就會產(chǎn)生色度偏差，可能會影響LED模塊的性能。 　　而新工藝則是在基板上的LED元件上粘貼凝膠狀的樹脂片材、加熱至約150℃，經(jīng)過約40分鐘后片材硬化，由此完成封裝，因此可大幅縮短所需要的時(shí)間。而且，凝膠狀樹脂片材基本上不會出現(xiàn)熒光材料沉淀等會導(dǎo)致封裝工序質(zhì)量不均的因素，因此可以輕松提高作為LED模塊的性能。比如，關(guān)于前面提到的色度偏差，與傳統(tǒng)工藝相比，新工藝可將偏差降至一半左右。而且，直至完成封裝的工序數(shù)量也很少，因此生產(chǎn)設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)簡化。 　　另外新工藝還改善了熱循環(huán)特性，雖然愛德克原本并沒有這方面的打算。以分別在低溫環(huán)境下(-55℃)和高溫環(huán)境下(85℃)暴露30分鐘為一個(gè)循環(huán)開展試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)工藝法生產(chǎn)的模塊在約200次循環(huán)后開始出現(xiàn)故障，而采用新工藝生產(chǎn)的模塊在2000多次循環(huán)后也沒有出現(xiàn)故障。 　　改進(jìn)分子構(gòu)造保持凝膠狀 　　凝膠狀樹脂片材由日東電工開發(fā)。作為基礎(chǔ)材料的硅樹脂本來難以保持凝膠狀態(tài)，普通環(huán)境下只能以液體或固體狀態(tài)存在。但是，愛德克通過改進(jìn)硅樹脂自身的分子構(gòu)造，使其保持了凝膠狀態(tài)。 　　在封裝工序中，會從通過金屬線與基板連接的LED元件的上方開始粘貼片材，因此需要防止金屬線出現(xiàn)損傷和斷線等。關(guān)于這一點(diǎn)，可通過改進(jìn)分子構(gòu)造以調(diào)整凝膠特性(彈性率等)來加以應(yīng)對。 　　連接LED元件電極和基板電極的金屬線，在通過凝膠狀片材封裝LED元件前后幾乎沒有變形，不會造成損傷等不良影響。由本刊根據(jù)日東電工的資料制作。 　　愛德克從2012年7月開始推進(jìn)確立采用該片材的新工藝試制白色LED模塊。該公司此前曾在多家日本國內(nèi)工廠生產(chǎn)照明用白色LED模塊，不過在開發(fā)新工藝的時(shí)候，愛德克以提高生產(chǎn)效率和投資效率為目的，將照明用白色LED模塊的生產(chǎn)集中到了濱松工廠。今后將加速開發(fā)和導(dǎo)入支持新工藝的生產(chǎn)設(shè)備，在2013年度內(nèi)使所有模塊的生產(chǎn)都改用新工藝3。 　　3：愛德克將新工藝稱作“EX-PRESS工法”(EX-PRESS是Extreme Prehardened Sheet Sealed的簡稱)，將采用新工法制造的LED模塊稱作“SS-COB”(Sheet Sealed-Chip on Board的簡稱)。 　　另外，不僅限于愛德克，日東電工將廣泛地銷售凝膠狀樹脂片材。兩家公司之間并沒有特別設(shè)立關(guān)于經(jīng)銷商和銷售時(shí)間的限制。 　　雙方開展合作的契機(jī)是雙方均參與策劃了以光技術(shù)創(chuàng)新等為目的設(shè)立的大阪大學(xué)光子學(xué)中心。愛德克常務(wù)執(zhí)行董事、技術(shù)戰(zhàn)略負(fù)責(zé)人藤田俊弘表示，“此次成果是雙方合作的第一步”，今后還將在與光技術(shù)相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域開展合作。