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(jié)芯片、電極和光學系統(tǒng)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(jié)。在某些半導體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)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(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)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(nèi)、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(nèi)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(cè)燈以及頭燈等(3)LED背光源以高效側(cè)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(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(chǎn)業(yè)鏈介紹

　　LED包括襯底、外延、芯片、封裝、應用各產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。LED產(chǎn)業(yè)具有典型的不均衡產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，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(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)不多，但其涉及的技術(shù)領域廣泛，技術(shù)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(xiàn)金字塔形的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（圖3）

　　其中，上游和中游是典型的技術(shù)或資本密集的“三高”產(chǎn)業(yè)：高難度、高投入、高風險，在某些環(huán)節(jié)技術(shù)難度極大、工藝精度要求極高、對技術(shù)和設備的依賴極強，而處于產(chǎn)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(chǎn)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(shù)，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(shù)路線必然會影響整個產(chǎn)業(yè)的技術(shù)路線，是各個技術(shù)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(shù)和資本密集型產(chǎn)業(yè)，進入壁壘仍然很高。其技術(shù)上的難題主要包括提高外量子效率、降低結(jié)溫和有效散熱。目前核心技術(shù)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(shù)經(jīng)歷了整整40年的快速發(fā)展已經(jīng)非常成熟。出于對散熱、白光、二次光學等技術(shù)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(jié)構(gòu)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(chǎn)品的價格也已不高。

　　LED應用主要指燈具制造和控制系統(tǒng)，技術(shù)更多地體現(xiàn)在系統(tǒng)設計、結(jié)構(gòu)設計、散熱處理以及二、三次光學設計，但與中上游產(chǎn)業(yè)相比，基本不存在技術(shù)難度。

　　三、LED存儲現(xiàn)狀

　　現(xiàn)階段大多數(shù)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(jīng)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(zhì)為，金、銀、銅、鎳、鋁及半導體材料。

　　這些材質(zhì)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(zhì)銀在常規(guī)狀態(tài)下化學性質(zhì)表現(xiàn)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(zhì)作用則極易發(fā)生化學反應,其表現(xiàn)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(zhì)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(nèi)及低濕柜中。

　　LED打開包裝后應該在12小時內(nèi)焊接完成,剩余未焊接LED應存放在防潮包裝袋內(nèi),比如密封的帶吸濕的容器內(nèi)。建議把剩余LED放回到原來的包裝內(nèi).LED電極,支架,熱層全部是銅材質(zhì)并且表面電鍍銀。銀在有腐蝕性的物質(zhì)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(zhuǎn)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(jīng)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(xiàn)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(nèi)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(chǎn)品失效，所以需要改進。建議將氮氣流量調(diào)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中關于潮濕敏感元件防護的文件：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、裝運和干燥潮濕敏感性元件的推薦方法。

　　從這兩個文件我們就可以看到，LED產(chǎn)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(chǎn)現(xiàn)場，需要經(jīng)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(nèi)降濕速度從60%—5%最快的為30min，這個時間段對產(chǎn)品存儲的波動影響也是比較小。

　　目前市場上的防潮產(chǎn)品，主要有電子式，充氣式（含氮氣）。而根據(jù)產(chǎn)品的工作原理及技術(shù)條件，大部分的電子式都不太符合產(chǎn)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(jù)目前全球LED產(chǎn)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、日本及中國臺灣等國家和地區(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(chǎn)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(chǎn)業(yè)已初步形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在這條產(chǎn)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。