LED防潮低濕存儲的應用

　　一、半導體發(fā)光二極管工作原理及應用

　　1、LED工作原理

　　LED是light-emittingdiode的縮寫，主要由PN結芯片、電極和光學系統組成,發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。

　　2、LED應用

　　(1)顯示屏、交通訊號顯示光源的應用LED燈具有抗震耐沖擊、光響應速度快、省電和壽命長等特點,廣泛應用于各種室內、戶外顯示屏,分為全色、三色和單色顯示屏。(2)汽車工業(yè)上的應用汽車用燈包含汽車內部的儀表板、音響指示燈、開關的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側燈以及頭燈等(3)LED背光源以高效側發(fā)光的背光源最為引人注目,LED作為LCD背光源應用,具有壽命長、發(fā)光效率高、無干擾和性價比高等特點,已廣泛應用于電子手表、手機、BP機、電子計算器。(4)LED照明光源早期的產品發(fā)光效率低,光強一般只能達到幾個到幾十個mcd,適用在室內場合,在家電、儀器儀表、通訊設備、微機及玩具等方面應用。目前直接目標是LED光源替代白熾燈和熒光燈,這種替代趨勢已從局部應用領域開始發(fā)展(5)其它應用例如一種受到兒童歡迎的閃光鞋,走路時內置的LED會閃爍發(fā)光,電量指示燈,正在流行的LED圣誕燈等等。

　　二、LED產業(yè)鏈介紹

　　LED包括襯底、外延、芯片、封裝、應用各產業(yè)環(huán)節(jié)。LED產業(yè)具有典型的不均衡產業(yè)鏈結構，一般按照材料制備、芯片制備和器件封裝與應用分為上、中、下游，雖然產業(yè)環(huán)節(jié)不多，但其涉及的技術領域廣泛，技術工藝多樣化，上下游之間的差異巨大，上游環(huán)節(jié)進入壁壘大大高于下游環(huán)節(jié)（上游外延片制備的投資規(guī)模比一些下游應用環(huán)節(jié)高出上千倍），呈現金字塔形的產業(yè)結構（圖3）

　　其中，上游和中游是典型的技術或資本密集的“三高”產業(yè)：高難度、高投入、高風險，在某些環(huán)節(jié)技術難度極大、工藝精度要求極高、對技術和設備的依賴極強，而處于產業(yè)鏈下游的封裝和應用環(huán)節(jié)壁壘很低，屬于勞動密集型產業(yè)。

　　襯底材料是LED照明的基礎，也是外延生長的基礎，不同的襯底材料需要不同的外延生長技術，又在一定程度上影響到芯片加工和器件封裝。因此，襯底材料的技術路線必然會影響整個產業(yè)的技術路線，是各個技術環(huán)節(jié)的關鍵。

　　芯片制造的難度僅次于材料制備，同屬于技術和資本密集型產業(yè)，進入壁壘仍然很高。其技術上的難題主要包括提高外量子效率、降低結溫和有效散熱。目前核心技術同樣也掌握在大企業(yè)手中，如美國HP、Cree、德國Osram等。

　　封裝技術經歷了整整40年的快速發(fā)展已經非常成熟。出于對散熱、白光、二次光學等技術指標的要求，食人魚、PowerTOP、大尺寸、多芯片、UV白光等形式的封裝結構應運而生。用于封裝的焊線機、分選機的價格大幅下降（當前自動焊線機從幾十萬元降至十幾萬元，低檔的手動焊線機甚至已降至幾千元）。此外，為LED封裝的各種配套（如環(huán)氧樹脂、金絲、支架、熒光粉等）產品的價格也已不高。

　　LED應用主要指燈具制造和控制系統，技術更多地體現在系統設計、結構設計、散熱處理以及二、三次光學設計，但與中上游產業(yè)相比，基本不存在技術難度。

　　三、LED存儲現狀

　　現階段大多數的LED廠商LED封裝廠的存儲方式簡單原始，主要是以下的存放條件

　　存貯條件:打開包裝之前,LED存放在溫度25℃,濕度50%或更低條件，大部分廠商都存放在30%RH。主要方式有使用普通防潮柜，或是存放于氮氣柜中甚至直接存放在庫房中沒有防護。

　　四、LED防潮防氧化改進措施及展望

　　在沒有一個行業(yè)標準出臺之前，各大企業(yè)之間的防氧化存儲方案都是按照前人的經驗，想要了解LED防潮防氧化的要求，我們先來了解LED需要存儲的材料。

　　LED制造過程中，主要的防氧化存品:LED芯片制造過程中的半導體材料即金屬電路框架存儲，金屬支架。存儲品主要材質為，金、銀、銅、鎳、鋁及半導體材料。

　　這些材質中銅最容易發(fā)生氧化，所以一般會在銅外層鍍一層保護材料。如金，銀，鎳等。在LED行業(yè)中鍍銀材料比較常見，單質銀在常規(guī)狀態(tài)下化學性質表現穩(wěn)定,同水及空氣中的氧極少發(fā)生化學反應,但遇到硫化氫、氧化合物、紫外線照射,酸、堿、鹽類物質作用則極易發(fā)生化學反應,其表現為銀層表面發(fā)黃并逐漸變成黑褐色。

　　影響金屬支架防氧化的因素有:濕度，存儲時間，鍍層質量(厚度)等。在行業(yè)中常見的應用是，正規(guī)金銀鍍層，濕度穩(wěn)定30%RH以下，時間不超過1個月。金屬框架一般以銅、鎳為主要材料，其更容易氧化，且比較害怕灰塵，所以行業(yè)常見的存放方法是放在氮氣柜內及低濕柜中。

　　LED打開包裝后應該在12小時內焊接完成,剩余未焊接LED應存放在防潮包裝袋內,比如密封的帶吸濕的容器內。建議把剩余LED放回到原來的包裝內.LED電極,支架,熱層全部是銅材質并且表面電鍍銀。銀在有腐蝕性的物質環(huán)境下可能會因受到污染而受到影響。因此請避免存放在會引起LED腐蝕、失去光澤、支架變色的環(huán)境下，LED腐蝕或變色可能降低可焊接性或影響光學特性。LED暴露在高溫的有腐蝕性的環(huán)境中更可能會加快LED的腐蝕.同時請避免LED從不同的環(huán)境溫度中快速的轉移,尤其要注意不能在高濕環(huán)境下這可能引起收縮。

　　但是目前這樣常見的存儲方案面臨著多種問題：

　　?、低濕存儲柜以低端民用為主，速度慢，濕度波動及誤差大，經常開關門濕度就很難降的下來，所以容易發(fā)生細微的氧化現象，特別如果鍍層不厚，或者存儲時間過長，就很可能發(fā)生。一般建議提高存儲濕度要求至10%RH，同時存儲設備濕度下降速度最好不要超過40%~10%RH，30分鐘。

　　?、氮氣柜一般非常簡陋，常常沒有濕度檢測和控制，流量往往也非常小，一般常見流量連10L/分鐘都不到。所以開關門一多，柜內濕度及含氧量就會居高不下，而且無法檢測。在開關門頻繁時，容易發(fā)生未知的產品失效，所以需要改進。建議將氮氣流量調整為體積10L/每分鐘的流量，選用帶濕度自動顯示及控制的，同時又有比較好的密閉性，當濕度到設定值時能夠停止供氣，處于保壓狀態(tài)，即保證有效換氣量，又節(jié)省了氮氣消耗。

　　我們來看IPC-M-109中關于潮感元件防護的文件：1、IPC/JEDECJ-STD-020塑料集成電路(IC)SMD的潮濕/回流敏感性分級:該文件的作用是幫助制造廠商確定元器件對潮濕的敏感性，并出了八種潮濕分級和車間壽命(floorlife)。2、IPC/JEDECJ-STD-033潮濕/回流敏感性SMD的處理、包裝、裝運和使用標準該文件提供處理、包裝、裝運和干燥潮感性元件的推薦方法。

　　從這兩個文件我們就可以看到，LED產品的存儲特別是SMDLED及TOPLED的存放:

　　存儲的安全條件為5%RH以下，所以存儲設備的性能需要滿足這個濕度要求。尤其對于SMD及TOP的制造廠商，為了保證烘烤干燥后至包裝發(fā)運前器件不再受潮，需要對存儲設備提出更高的要求。包裝務必選用真空包裝，以保證運輸途中不受潮。應用廠商，在拆封SMD或TOP后，不能立刻貼裝掉的，也需要臨時存儲在高級別的超低濕存儲設備中，以免吸潮后發(fā)生損傷。

　　這個是對靜態(tài)存儲的要求，那么對于動態(tài)變化比較大的存儲環(huán)境特別是生產現場，需要經常存取物料的要求，不僅僅是需要濕度到5%RH，更為重要的是降濕時間要控制在最短，目前業(yè)內降濕速度從60%—5%最快的為30min，這個時間段對產品存儲的波動影響也是比較小。

　　目前市場上的防潮產品，主要有電子式，充氣式（含氮氣）。而根據產品的工作原理及技術條件，大部分的電子式都不太符合產品的動態(tài)防潮存儲。推薦使用充氣式的防潮存儲，不僅是為了達到穩(wěn)定的低濕5%RH更是為了能在對短的時間回復到安全的低濕狀態(tài)，達到防潮干燥作用。對LED前景的討論已是老生常談，由于壽命長、耗能少、體積小、響應快、抗震抗低溫、污染小等突出的優(yōu)點，其應用領域極為廣闊。初步計算，未來中國每年采用LED照明節(jié)省的電力相當于三峽電站全年的發(fā)電量，同時可減少8000萬噸CO2、65萬噸SO2和32萬噸NO2的排放，稱之為“人類照明史上的革命”并不為過。根據目前全球LED產業(yè)發(fā)展情況，預測LED照明將使全球照明用電減少一半，2007年起，澳大利亞、加拿大、美國、歐盟、日本及中國等國家和地區(qū)已陸續(xù)宣布將逐步淘汰白熾燈，發(fā)展LED照明成為全球產業(yè)的焦點。從中我們看出來這個行業(yè)正在飛速發(fā)展著，中國的LED產業(yè)已初步形成了包括LED外延片的生產、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產品應用在內的較為完整的產業(yè)鏈。在這條產業(yè)鏈中，防潮應用是不可或缺的，需求量只會越來越大，而要求也越來越高，濕度更低，降濕更快，操作更簡單，各種配套要求更多，如防靜電，存儲分區(qū)，濕度監(jiān)控，報警等等。