LED防潮低濕存儲(chǔ)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(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，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(hào)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(zhǎng)等特點(diǎn),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L(zhǎng)CD背光源應(yīng)用,具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、無(wú)干擾和性價(jià)比高等特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于電子手表、手機(jī)、BP機(jī)、電子計(jì)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(gè)到幾十個(gè)mcd,適用在室內(nèi)場(chǎng)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(shì)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(shí)內(nèi)置的LED會(huì)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(xiǎn)，在某些環(huán)節(jié)技術(shù)難度極大、工藝精度要求極高、對(duì)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(dòng)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(zhǎng)的基礎(chǔ)，不同的襯底材料需要不同的外延生長(zhǎng)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(huì)影響整個(gè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)路線，是各個(gè)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(guó)HP、Cree、德國(guó)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(duì)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(jià)格大幅下降（當(dāng)前自動(dòng)焊線機(jī)從幾十萬(wàn)元降至十幾萬(wàn)元，低檔的手動(dòng)焊線機(jī)甚至已降至幾千元）。此外，為L(zhǎng)ED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(jià)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(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、散熱處理以及二、三次光學(xué)設(shè)計(jì)，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(chǔ)現(xiàn)狀
現(xiàn)階段大多數(shù)的LED廠商LED封裝廠的存儲(chǔ)方式簡(jiǎn)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?kù)房中沒(méi)有防護(hù)。
四、LED防潮防氧化改進(jìn)措施及展望
在沒(méi)有一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)之前，各大企業(yè)之間的防氧化存儲(chǔ)方案都是按照前人的經(jīng)驗(yàn)，想要了解LED防潮防氧化的要求，我們先來(lái)了解LED需要存儲(chǔ)的材料。
LED制造過(guò)程中，主要的防氧化存品:LED芯片制造過(guò)程中的半導(dǎo)體材料即金屬電路框架存儲(chǔ)，金屬支架。存儲(chǔ)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(huì)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(chǔ)時(shí)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(shí)間不超過(guò)1個(gè)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(shí)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(lái)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(huì)因受到污染而受到影響。因此請(qǐng)避免存放在會(huì)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(huì)加快LED的腐蝕.同時(shí)請(qǐng)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(chǔ)方案面臨著多種問(wèn)題：
?、低濕存儲(chǔ)柜以低端民用為主，速度慢，濕度波動(dòng)及誤差大，經(jīng)常開關(guān)門濕度就很難降的下來(lái)，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(chǔ)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就很可能發(fā)生。一般建議提高存儲(chǔ)濕度要求至10%RH，同時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備濕度下降速度最好不要超過(guò)40%~10%RH，30分鐘。
?、氮?dú)夤褚话惴浅：?jiǎn)陋，常常沒(méi)有濕度檢測(cè)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(huì)居高不下，而且無(wú)法檢測(cè)。在開關(guān)門頻繁時(shí)，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(dòng)顯示及控制的，同時(shí)又有比較好的密閉性，當(dāng)濕度到設(shè)定值時(shí)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(lái)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(jí):該文件的作用是幫助制造廠商確定元器件對(duì)潮濕的敏感性，并出了八種潮濕分級(jí)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(gè)文件我們就可以看到，LED產(chǎn)品的存儲(chǔ)特別是SMDLED及TOPLED的存放:
存儲(chǔ)的安全條件為5%RH以下，所以存儲(chǔ)設(shè)備的性能需要滿足這個(gè)濕度要求。尤其對(duì)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(duì)存儲(chǔ)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(shí)存儲(chǔ)在高級(jí)別的超低濕存儲(chǔ)設(shè)備中，以免吸潮后發(fā)生損傷。
這個(gè)是對(duì)靜態(tài)存儲(chǔ)的要求，那么對(duì)于動(dòng)態(tài)變化比較大的存儲(chǔ)環(huán)境特別是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，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(shí)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(gè)時(shí)間段對(duì)產(chǎn)品存儲(chǔ)的波動(dòng)影響也是比較小。
目前市場(chǎng)上的防潮產(chǎn)品，主要有電子式，充氣式（含氮?dú)猓?。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(dòng)態(tài)防潮存儲(chǔ)。推薦使用充氣式的防潮存儲(chǔ)，不僅是為了達(dá)到穩(wěn)定的低濕5%RH更是為了能在對(duì)短的時(shí)間回復(fù)到安全的低濕狀態(tài)，達(dá)到防潮干燥作用。對(duì)LED前景的討論已是老生常談，由于壽命長(zhǎng)、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(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊。初步計(jì)算，未來(lái)中國(guó)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(shí)可減少8000萬(wàn)噸CO2、65萬(wàn)噸SO2和32萬(wàn)噸NO2的排放，稱之為“人類照明史上的革命”并不為過(guò)。根據(jù)目前全球LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，預(yù)測(cè)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(guó)、歐盟、日本及中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)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(diǎn)。從中我們看出來(lái)這個(gè)行業(yè)正在飛速發(fā)展著，中國(guó)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(huì)越來(lái)越大，而要求也越來(lái)越高，濕度更低，降濕更快，操作更簡(jiǎn)單，各種配套要求更多，如防靜電，存儲(chǔ)分區(qū)，濕度監(jiān)控，報(bào)警等等。
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