LED封装技术在光电工程实践教学中的应用[1]

　　1 引言

　　随着人们对工程教育问题认识的不断深入，在工科高等教育中实验、实践教学受到越来越广泛的重视1。但在实验、实践教育的具体实施方案上如何体现专业性、研究性、创新性，确实是大家所面临的一个重要课题。众所周知，我国教育投入的水平一直比较低，而光电相关的实验器材一般来说价钱都非常贵，涉及到纳米技术、高速光通信等更是如此。而由于实践教学本身的特殊性，一般要求在较短的时间段内完成大量学生的实践培养工作，仪器的台套数需要足够多;在有限经费预算内，每套仪器的价格必须非常低，这使我们在实践内容的设置上受到更多的限制。经过多方调研，我们选定了发光二极管(LED，LightEmittingDiode)封装作为实践教学的内容之一。经过一年多的实践证明效果良好。LED是一种可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高，响应时间短，光色纯，结构牢固，抗冲击，耐振动，性能稳定可靠，重量轻，体积小等一系列优点，发展迅速，现已能批量生产整个可见光谱段各种颜色的高亮度、高性能产品，应用前景广阔。

　　2 LED封装实习的意义

　　社会的进步、科技的发展，对于能源的需求变得越来越大，有限的能源资源加剧了能源危机，能源紧缺是当今社会和今后相当长的一个时期内制约经济发展的突出瓶颈，十六届五中全会提出把节约资源作为基本国策，“十一五”规划纲要进一步把“十一五”时期单位GDP能耗降低20%作为约束性指标。2007年6月国务院专门制定了《节能减排综合性工作方案》，国家发改委、国家高新技术产业局积极推动和促进对新能源、高效节能产品的开发推广。LED长达10万小时的寿命将极大地降低LED照明的维护成本、减少电能消耗及二氧化碳气体的排放。

　　近年来，日本日亚化学、丰田合成、SONY、佳友电工等都已有LED照明产品问世。世界著名的照明公司如飞利浦、欧司朗、GE等也投入大量的人力物力进行LED照明产品的研究开发和生产。美国GE公司和EMCORE公司合作成立新公司，专门开发白光LED，以取代白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨灯和汽车灯。中国是目前全球城市化进程最快的国家之一，拥有众多从事研究及生产LED的企业。可以预料在未来的数十年内，对于大功率、高亮度、节能的LED照明产品的市场需求是极其庞大的。

　　毕业实习是每一个工科学生必修的实践教学环节。为了达到本科教育的培养目标，本着简便易用、降低成本，又将LED封装工艺内涵完善显现的原则，设计一套LED封装实习系统。通过现有设备完成从扩晶、点胶、固晶、烘烤、焊线、灌胶等近三十道工序的实践练习，使学生能够全面了解集成电路和半导体光电子器件的封装原理和具体工艺过程。在以往的实验中，同学所能接触到的往往都是器件、部件到仪器层面的内容，通过完整封装工艺的实践学习，同学们可以用自己的双手去操作大小只有几百微米的半导体芯片，能切实感受到大量仅仅靠读书或看文章所无法体会到的问题。为研究生阶段从事光子晶体、纳米器件等领域的研究打下很好的基础。对于以后工作或研究中处理微小器件固定、连接等问题都有启发，为同学们打开了一个触摸芯片世界的窗口。同时感受规模生产过程中的流程，使他们形成初步的工程概念。

　　3 LED封装工艺流程

　　在LED产业链接中，上游是LED衬底晶片及衬底生产，中游为LED芯片设计及制造生产，下游是LED封装与测试。研发低热阻、光学特性优异、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路，从某种意义上讲是链接产业与市场的纽带，只有封装好的才能成为终端产品，投入实际应用。

　　LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装既要完成输出光，又要保护管芯正常工作，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。

　　LED产品的生产和制造，有着完整、严格的工艺流程，每一步都对产品的最终性能有直接影响。LED封装基本的流程图见图1。

　　图1LED封装流程图