一、封装配光的几何光学法

1、由折射定律确定LED芯片的出光率：

1）折射定律用于半导体芯片：根据光的折射定律，光线从光密介质芯片向光疏介质空气行进时，会发生全反射，条件是入射角需大于临界角。光线以小于临界角射向芯片与空气的界面，折射光线以大于入射角的方向进入空气；光线以临界角入射到界面，则折射光线沿界面折射；光线以大于临界角的方向入射到界面，这此时产生全反射，反射角与入射角相等。

2）芯片对出光率的影响：

a.芯片出光率对光效的影响：芯片的电光转换效率（光效）是芯片的光功率（光通量）和电流注入功率之比，单位是lm/W；芯片的光效几乎取决于芯片的出光率；

b.芯片出光率对发热量的影响：前述LED的出光效率不到10%，90%的光线返回芯片，最终消耗转化为热量，使芯片温度升高，光衰加剧，光效变差，寿命减短；

3）LED封装配光时技术参数不一致对出光率的影响：

a.LED封装配光导致的技术参数不一致性；

b.配光时芯片位置对出光率的影响；

c.芯片倾角对出光率的影响；

4）对LED配光时提高出光率的途径：

a.降低出射面两边介质的折射率差，增大出射光锥

◆寻找低折射率的芯片材料；

◆增加中间过渡层；过渡层要求无色、透气，中间层的折射率尽量接近芯片的折射率，另外要求具有可塑性和可加工性；

b.增加出光面透过率的措施：在p型区表面蒸镀一层膜；改变芯片表面微结构；

c.去除涂层，采用倒装技术增加出光率。

2、由几何光学建立LED光学模型

1）光学模型：芯片是LED光学系统的光源，一般包括限制层、有源层、基底、电极等几个部分。光子在有源层中产生，先经芯片各层界面的折射，再经芯片和环氧树脂界面的折射以及反光碗的反射，最后经透镜表面折射进入空气。根据不同光线对出射光强影响的不同，把芯片发出的光线分为三类：

Ⅰ类为从芯片出射直接射向球面的光线，这类光线是整个光学系统中最主要的，他们对LED输出光强贡献最大；

Ⅱ类为从芯片出射后经反光碗作用的光线，这类光线对输出光强的影响取决于光线经反光碗作用后偏离法向角度的大小；

Ⅲ类为从芯片出射后直接射向圆柱面的光线，该类光线对输出光强的影响很小，经界面折射之后在观察屏上将形成圆形的、沿径向渐远渐弱的背景光分布。

2）配光效果检测：在模型参数中，对环氧树脂进行材料属性定义，对芯片的5个出光表面进行面光源属性定义，对反光碗的内表面进行面属性定义，最后用TracePro软件对光线进行追踪，得到依据模型的该LED的相对出射光强分布曲线。

3）用光学追踪软件TracePro进行计算分析

a.反光碗张角α对光强分布的影响；

b.芯片深度对光强分布的影响；

c.环氧树脂折射率对光强分布的影响；

d.环氧树脂封装透镜的半径对光强分布的影响。

二、基于蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟方法的配光设计

1、蒙特卡罗方法概述：. Monte Carlo方法（简称MC方法）是一种数理统计方法，又称统计实验方法（statistical），用MC方法求解物理问题的过程可以归结为以下三个主要步骤：

1）建立与问题相关的一个随机模型，在其上形成某个随机变量，使它的某个数字特征正好是问题的解；

2）对模型进行大量的随机模拟实验，从而获得随机变量的大量的实验值（抽样值），即通过模拟实验得到总体的一个子样，每个抽样值就是子样中的一个元素，这里要解决的是如何从已知概率分布实现抽样的问题；

3）计算处理模拟的结果从而产生待求数字特征的估计量给出问题的解及解的精确估计。

2、LED封装前光学模型的建立：LED封装光学结构的模拟必须建立在正确有效的模型上，说建立的模型要求尽量反映LED封装光学结构的主要特征，抓住影响LED光学分布的主要因素，简化计算模型，抽象出最简洁有效的LED封装光学结构模型。

3、蒙特卡罗方法的计算机求解过程

1）LED封装光学结构的数学MC模型表述；

2）LED封装光学结构模型的计算机求解，光子的一系列作用过程如下所述：

a.光子的产生和随机数序列的生成；

b.光子与封装表面碰撞位置的计算；

c.光子与封装表面作用有效性的判断；

d.光子在封装表面的反射与折射；

e.光子的内俘获；

f.光子的收集统计。

4、模拟结果的数值统计和表现

对于所追踪的每一个光子，只要它能够从封装结构中出射，由它的出射坐标和出射方向向量可以精确地计算出它落在观察屏上的精确位置，即坐标点。

5、LED封装光学结构的MC模拟

1）LED的照度分布的模拟与测试；

2）LED配光光强分布的模拟与测试

a.样管的制备；

b.LED样管的模拟测试及配光曲线对比分析

◆模拟中参数的选取原则；

◆模拟结果的统计和光强分布图的输出；

◆样管光强分布的测量

LED各个结构参数对其光强分布皆有影响，设计人员在配光设计时，用蒙特卡罗方法进行计算机模拟，在封装前找到最佳光强分布至关重要。

一、概述

1、封装（package）对于芯片来说是必需的，也是至关重要的。封装也可以说是安装半导体芯片用的外壳，它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁，半导体封装具有规格通用化的功能，封装的主要作用有物理保护、电气连接、标准规格化。

2、顶部包封的环氧树脂做成一定的形状，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状的材料性质，起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；选用相应折射率的环氧树脂过渡，可提高管芯的光出射效率。

3、在室温附近，温度每升高1度，LED的发光强度会相应地减少1%左右，封装散热时保持色纯度与发光强度非常重要。以往采用减少其驱动电流的办法，降低结温。全新的LED封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善了热特性，此外在应用设计中，PCB线路板等的热设计、导热性能也十分重要。

4、LED封装不仅将外线连接到LED芯片的电极上，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED(引脚式LED)、TOP-LED(顶部发光LED)、Side-LED（侧发光LED）、SMD-LED(表面贴装LED)、Flip-Chip-LED(覆晶LED)、High-Power-LED(高功率LED)。

二、LED封装流程简介

1、LED封装整体流程：

固晶站—焊线站—灌胶站—测试站—分光站；

2、手动Lamp-LED封装线流程：

翻晶（扩晶）+手动点胶或机器点胶（银胶搅拌+排支架）+手动固晶或机器固晶+烘烤—机台调试—焊线—装模条+模条预热+模条吹尘+喷离模剂—至灌胶（胶水预热+配胶+胶水搅拌+胶水抽真空）—支架点胶—插支架—压支架—烘烤—出炉—前切—参数测试—后切—测试—包装—参数设定—分光—标签打印—包装封口—入库。

3、手动固晶站流程：

翻晶—扩晶—银胶解冻搅拌—排支架—点胶—固晶—烘烤；

4、点胶不良现象：漏点、点偏、银胶过多、银胶过少、杯壁粘胶；

5、固晶站不良：漏固、多固芯片、混芯片、银胶过高、银胶过低、芯片破损、芯片粘胶、位置不当、芯片刺伤、芯片倾斜、芯片翻倒、掉晶、支架变色、阳极粘胶、晶粒倒置、推力不足。

三、焊线站制程

1、焊线站总流程：转料—机台调试—焊线—转料

2、焊线站细部流程：

1）机台调试

2）焊线

3）焊线站不良的原因和解决方法：

常见的焊线不良：塌线、断线、虚焊、焊垫打穿、芯片松动、芯片龟裂、掉晶、尾线过长、偏焊、倒线、杂线、弧度过高、弧度过低、金球过大、金球过小、拉力不足、漏焊、掉电极、二焊过近、二焊过远；

四、灌胶站制程

1、灌胶站总流程；

2、灌胶站细部流程：

装模条—模条预热—模条吹尘—喷离模剂—支架粘胶—胶水预热—配胶搅拌—胶水抽真空—灌胶—插支架压支架—初烤—离模—长烤；

3、胶水不良原因和解决方法：

常见不良：胶水预热异常、模粒预热异常、配胶错误、多胶、少胶、插浅、插深、插反、杯内气泡、胶色不一、混模条、烤箱温度误差、刮伤、表面气泡、偏心、杂物、表面不良、卡点错误。

五、测试站制程

测试站总流程：转料—前切—参数设定—测试—点数后切—包装—入库（转料）

六、LED封装制程指导书

1、T/B机操作指导书；

2、AM机操作指导书；

3、模具定期保养操作指导书；

4、排测机操作指导书；

5、电子秤操作指导书；

6、搅拌机操作指导书；

7、真空机操作指导书；

8、封口机操作指导书；

9、AM自动固晶机参数范围作业指导书；

10、AM自动焊线机参数范围作业指导书；

11、扩晶机操作指导书；

12、AM自动固晶机易耗品定期更换作业指导书；

13、瓷嘴检验作业指导书；

14、自动焊线操作指导书；

15、自动固晶操作指导书；

16、手动焊线机操作指导书；

七、金线（或铝线）的正确使用

键合金丝是由含金99.99%的纯金拉制而成，规格齐全。它是优异电气、导热、机械性能以及化学稳定性极好的内引线材料，主要作为半导体的封装材料。

1、  正确取出金线（或铝线）和AL-4卷轴的方法与步骤：

先把手套戴上，并以垂直方向将盖子取出——把手指放入卷轴内侧——小心地从盒子中拿出卷轴，注意不要触及金线表面——按图示方向，用镊子把最后一层的黏带取出——握住卷轴内侧，把卷轴装在转轴上——把金线取出使用——取出空的卷轴——将卷轴放回塑胶盒里——将盖子盖回——将所有用过的卷轴排放回塑胶盒内——放好后把它们盖好——把盒子整齐地放在箱子里；

2、正确保存剩余金线（或铝线）和AL-4卷轴的方法与步骤：

在贴始端胶带前，卷轴的缺口必须向上放置——用适当的力度拉紧粘线，让金线与卷轴接触——贴上始端胶带，粘住金线——从胶带边缘，去除多余的金线——取出卷轴——将金线放回塑胶盒里——将盖子盖回。