实验2 LED封装之焊线实验 4
实验2 LED封装之焊线实验
超声波焊线机主要应用于大功率器件：发光二极管（LED）、激光管（激光）、中小型功率三极管、集成电路和一些特殊半导体器件的内引线焊接。
【实验目的】
1. 了解超声波焊线机的基本原理与结构。
2. 掌握正确使用超声波焊接机的方法，以及对数码管芯片进行焊接。 3. 掌握检查焊接质量及结构的观察。
【仪器用具】
超声波铝丝焊线机（包括显微镜、铝丝）、环氧树脂工作台、镊子、数码管芯片。
图2-1超声波焊线机图
【实验原理】
超声波金属焊接原理是利用超声频率（超过16KHz ）的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法．金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将框框振动能量转变为工作间的摩擦功、形变能及有限的温升．接头间的冶金结合是母材不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接。因此它有效地克服了电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象。超声金属焊机能对铜、银、铝、镍等有色金属的细丝或薄片材料进行单点焊接、多点焊接和短条状焊接。
具体过程：首先金丝的首端必须经过处理形成球形(采用负电子高压成球)，并且对焊接的金属表面先进行预热处理；接着金丝球在时间和压力的共同作用下，在金属焊接表面产生塑性变形，使两种介质达到可靠的接触，并通过超声波摩擦振动，两种金属原子之间在原子亲和力的作用下形成金属键，实现了金丝引线的焊接。
超声焊线机包括金线机、铝线机，其中金线机由于黄金的高电导性，高塑性，比
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铝丝要细得多，主要用于焊接各种照明用的LED灯，包括高亮的LED灯。铝线机主要用于焊接数码管等。
【仪器介绍】
本机的焊头架采用垂直导轨上下运动方式（Z向运动），二焊移动（跨距）通过焊头架水平导轨运动来实现（Y向运动），两种运动均采用进口步进电机驱动，因此本机的一焊和二焊的瞄准高度、拱丝高度、跳线距离均可真正数字控制，从而保证了焊接质量稳定、焊点控制精确，焊线重复率高，拱丝高度一致性好的优点：该机的二焊点可设定为自动焊接，操作者只需要按一下操纵盒上的焊接按钮即可按照操作员设定的参数完成整个焊接过程，使焊接速度更快，可以大幅度地提高单班产量。
本机有定量记忆铝丝参数（如线距，检查高度，拱丝高度）的特殊功能，所以如将记忆功能设置为“保持”位置，可进行数码管，点阵板或背光源的绑定作业。 主要技术参数：
铝丝直径：18 um～50 um。
对应劈刀：外径1.6 mm，长21 mm。 焊接角度：30度，45度。 焊线跨度：0-10 mm。 焊线弧度：0-6 mm。 超声波（2通道）：焊接功率为0-5 w， 焊接时间为5-200 ms 。 焊接压力调节范围: 10-60 g (2 通道)，电磁调整）。 工作台半径：160 mm。 焊线范围：20*20 mm。
显微镜放大倍数：两档变倍15，30倍两种。
【实验内容与要求】
1. 超声波焊线机的调整 （1）、开机，包括电源、控制器和小灯。 （2）、把样品粘好塑料小座表面，放在工作台劈刀下。 （3）、调节显微镜，本机的显微镜有三个方向可以调节，对准样品台上的样品包括劈刀，使得样品和劈刀的刀尖都看清楚。 （4）、在操作面板上，把焊接方式打到“分步焊”，调节方式“调节”处。 （5）、在进行第一次焊接的时候，机器进行自动定位。然后进行一焊，按住焊接按钮（不要放），通过显微镜观察焊接的高度是否合适，在操作面板上旋动 “调节”按钮，进行焊接的高度调节，针头离样品表面有一个针尖的距离为佳。 （6）、松手，完成一焊后，可调节“拱距”和“跨距”，分别对后面焊线的高度和跨度的调节，使的焊线在合理的范围内。 （7）、然后进行二焊。观察焊线是否在两个焊点处，和检查焊接质量。如果不佳，可用镊子给予剔除，重新回到步骤6进行定位和调节。 （8）、当焊接调节到相当熟悉后，可进行“连续焊”，一次性可以把两个焊点焊好。
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2. 焊接芯片的步骤
（1）熟悉实验仪器，对显微镜的合理使用，理解超声焊接的原理，熟悉操控面板的各个按钮的意义。
（2）先在没有芯片的电路板上进行焊接练习，能在相应的焊接处，使用“分步焊”焊出高度和跨度合理的焊线。
（3）对以固晶的芯片进行焊接。可使用“自动焊”来完成。
（4）焊接过程中很容易出现断线，练习对焊线重新穿线，能独立完成穿线，合理维护仪器。
【注意事项】
1、控制面板上的“复位”是指劈刀回到开机前的初始状态的高度。在遇到劈刀过低时，可调节“复位”来进行重新操作。
2、控制面板上的一焊、二焊的功率、焊接时间、焊接压力都处于2-3之间。
3、如果焊接过程中焊到塑料表面，容易造成断线，要用镊子进行穿线，线与针孔成30-45度方向穿进去。
【思考问题】
1、 焊接过程中造成断线的原因是什么？如果焊线堵住了劈刀的针孔，该如何处理？ 2、 对比现在市场上常见的自动焊接机，其优缺点是什么？
3、 进行课外调查，了解先进的自动焊线机的如何维护，以及如何编程管理等问题。
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实验3 LED封装之灌胶实验
LED灌胶是LED封装工艺中在固晶焊线工序之后的一个关键工序，对固好晶和焊好线的PCB电路板起保护作用，涉及配胶、注胶和脱泡处理等工艺，灌胶结果的好坏直接影响着成品率，技术的难点在于解决好封胶中的气泡问题。
【实验目的】
1. 掌握数码管LED手动灌胶的工艺过程。 2. 培养学生的实验动手能力和专业技能。 3. 深刻理解LED灌胶封装的意义和目的。
【仪器用具】
天平，烘烤箱，真空烘烤箱，手动灌胶机，机械搅拌机，环氧树脂A胶，固化剂B胶，扩散剂DF-090以及铁盘，烧杯，贴膜等若干。
【实验原理】
在LED封装工艺中，固好芯片和焊好线的电路板，需要通过封胶工艺把它保护起来。LED封胶的目的是为了维护LED本身的气密性，并保护不受周围环境中湿度与温度的影响，以及防止组件受到机械振动、冲击产生破损而造成组件特性的变化。一般直插式LED-Lamp和LED数码管采用的都是传统的灌胶封装工艺。
1. 原材料介绍
数码管封胶站使用的的原物料：环氧树脂(EPOXY)、硬化剂、色剂、扩散剂(DP)、模条。 封胶站使用的辅料： 丙酮、甲苯、乙醇。 封胶站最重要的物料：环氧树脂、模具。
LED外封装胶是由环氧树脂A胶和硬化剂B胶组成。
环氧树脂A胶是LED外封装胶的重要组成部分， 它是一种双酚A型的环氧树脂结构，是具有刺激性气味的粘稠液体，常为淡蓝色，具有高信赖性，高透光性，透光率都在
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90%以上。为了降低粘度和便于脱泡，在使用前需要进行预热，预热温度一般设为65 ℃， 时间为1小时，预热时间如果过长，会降低其使用时间及性能，常温阴凉储存，使用期限一般为6个月。
硬化剂B胶也是LED外封装胶的重要组成部分，它是酸酐类（酸无水物）或胺类物质，具有良好的透光性和流动性，使用前不需要预热，必须与A胶配套使用，呈酸性，应远离碱性环境；含酸酐，易吸收空气中的水分形成沉淀物，因此使用后应立即盖紧，以免变质。
色剂（Colour Pastern）：通过加入色剂的方法来改变封装胶体的颜色。 色剂主要是由环氧树脂和各类热稳定性的有机染料调配而成。色剂如长期放置在低温下，会因饱和而由沉淀析出， 因此使用前须预热溶解，并搅拌均匀后才可使用。使用时需注意：不小心沾到皮肤上要用肥皂水清洗，沾到眼睛要以大量清水冲洗并请医生治疗。
扩散剂( Diffuseness Pastern): 它是由颗粒度分布极为均匀的具有高光散射性的填充材料SiO2和环氧树脂组成，是一种白色粘稠状的液体。使用扩散剂的目的是使芯片发出的光在树脂内均匀扩散，使Lamp发出的光柔和和均匀，具有散光的功能，使得出射光线的角度变大，同时也会导致Lamp的亮度下降。
图3-1 灌胶工艺过程示意图
2. 灌胶工艺介绍
数码管LED封胶是采用一个模具作为外壳，如图3-1所示，先在模具的背面贴上贴膜，形成一个容器，然后把环氧树脂A和固化剂B胶按照质量1:1的比例配好，把配好的胶注