LED防潮低濕存儲的應(yīng)用
作者：CEO
時間：2023-01-11
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信息摘要：一
、半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理及應(yīng)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(xué)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
LED防潮低濕存儲的應(yīng)用
一
、半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理及應(yīng)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(xué)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(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)
。在某些半導(dǎo)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(fù)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(yīng)用
(1)顯示屏
、交通訊號顯示光源的應(yīng)用LED燈具有抗震耐沖擊
、光響應(yīng)速度快
、省電和壽命長等特點,廣泛應(yīng)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(yīng)用汽車用燈包含汽車內(nèi)部的儀表板
、音響指示燈
、開關(guān)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(yīng)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(yīng)用于電子手表
、手機(jī)
、BP機(jī)、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(qiáng)一般只能達(dá)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(shè)備
、微機(jī)及玩具等方面應(yīng)用。目前直接目標(biāo)是LED光源替代白熾燈和熒光燈,這種替代趨勢已從局部應(yīng)用領(lǐng)域開始發(fā)展(5)其它應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(lǐng)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(jìn)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(yīng)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(fēng)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(shè)備的依賴極強(qiáng)
，而處于產(chǎn)業(yè)鏈下游的封裝和應(yīng)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(chǔ)，也是外延生長的基礎(chǔ)
，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(guān)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(jìn)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(xué)等技術(shù)指標(biāo)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(yīng)運(yùn)而生
。用于封裝的焊線機(jī)
、分選機(jī)的價格大幅下降（當(dāng)前自動焊線機(jī)從幾十萬元降至十幾萬元，低檔的手動焊線機(jī)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(yīng)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(shè)計
、結(jié)構(gòu)設(shè)計
、散熱處理以及二、三次光學(xué)設(shè)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?dú)夤裰猩踔林苯哟娣旁趲旆恐袥]有防護(hù)
。
四、LED防潮防氧化改進(jìn)措施及展望
在沒有一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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(hù)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(xué)性質(zhì)表現(xiàn)穩(wěn)定,同水及空氣中的氧極少發(fā)生化學(xué)反應(yīng),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(xué)反應(yīng),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(yīng)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?dú)夤駜?nèi)及低濕柜中
。
LED打開包裝后應(yīng)該在12小時內(nèi)焊接完成,剩余未焊接LED應(yīng)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(xué)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(guān)門濕度就很難降的下來，所以容易發(fā)生細(xì)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(shè)備濕度下降速度最好不要超過40%~10%RH
，30分鐘
。
?
、氮?dú)夤褚话惴浅：喡?div id="jfovm50" class="index-wrap">，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(guān)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(guān)門頻繁時
，容易發(fā)生未知的產(chǎn)品失效
，所以需要改進(jìn)
。建議將氮?dú)饬髁空{(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(dāng)濕度到設(shè)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?dú)庀摹?/p>
我們來看IPC-M-109中關(guān)于潮濕敏感元件防護(hù)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(yùn)和使用標(biāo)準(zhǔn)該文件提供處理
、包裝
、裝運(yùn)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(shè)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(yùn)前器件不再受潮
，需要對存儲設(shè)備提出更高的要求
。包裝務(wù)必選用真空包裝，以保證運(yùn)輸途中不受潮。應(yīng)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(shè)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?dú)猓?div id="jfovm50" class="index-wrap">。而根?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(dá)到穩(wěn)定的低濕5%RH更是為了能在對短的時間回復(fù)到安全的低濕狀態(tài)
，達(dá)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(yīng)快
、抗震抗低溫、污染小等突出的優(yōu)點
，其應(yīng)用領(lǐng)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(dāng)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(yù)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(yīng)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(yīng)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
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