在科技高度發(fā)展的今天，電子產品的更新?lián)Q代越來越快，LED燈的技術也在不斷發(fā)展，為我們的城市裝飾得五顏六色。LED器件占LED顯示屏成本約40%～70%，LED顯示屏成本的大幅下降得益于LED器件的成本降低。LED封裝質量的好壞對LED顯示屏的質量影響較大。
封裝可靠性的關鍵包括芯片材料的選擇、封裝材料的選擇及工藝管控。另外，嚴格的可靠性標準也是檢驗高品質LED器件的關鍵。隨著LED顯示屏逐漸向著高端市場的滲透，對LED顯示屏器件的品質要求也越來越高。本文就高品質LED顯示屏器件封裝實際經驗，探討實現(xiàn)高品質LED顯示屏器件的關鍵技術。
LED顯示屏器件封裝的現(xiàn)狀
SMD(Surface Mounted Devices)指表面貼裝型封裝結構LED，主要有PCB板結構的LED(ChipLED)和PLCC結構的LED(TOP LED)。本文主要研究TOP LED，下面文中所提及的SMD LED均指的是TOP LED。LED顯示屏器件封裝所用的主要材料組成包括支架、芯片、固晶膠、鍵合線和封裝膠等。下面從封裝材料方面來介紹目前國內的一些基本發(fā)展現(xiàn)狀。
LED支架
(1) 支架的作用。PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)支架是SMD LED器件的載體，對LED的可靠性、出光等性能起到關鍵作用。(2) 支架的生產工藝。PLCC支架生產工藝主要包括金屬料帶沖切、電鍍、PPA(聚鄰苯二酰胺)注塑、折彎、五面立體噴墨等工序。其中，電鍍、金屬基板、塑膠材料等占據(jù)了支架的主要成本。(3) 支架的結構改進設計。PLCC支架由于PPA和金屬結合是物理結合，在過高溫回流爐后縫隙會變大，從而導致水汽很容易沿著金屬通道進入器件內部從而影響可靠性。
為提高產品可靠性以滿足高端市場需求的高品質的LED顯示器件，部分封裝成廠改進了支架的結構設計，如佛山市國星光電股份有限公司采用先進的防水結構設計、折彎拉伸等方法來延長支架的水汽進入路徑，同時在支架內部增加防水槽、防水臺階、放水孔等多重防水的措施，如圖所示。該設計不僅節(jié)省了封裝成本，還提高了產品可靠性，目前已經大范圍應用于戶外LED顯示屏產品中。通過SAM(Scanning Acoustic Microscope)測試折彎結構設計的LED支架封裝后和正常支架的氣密性，結果可以發(fā)現(xiàn)采用折彎結構設計的產品氣密性更好，如圖所示。
芯片
LED芯片是LED器件的核心，其可靠性決定了LED器件乃至LED顯示屏的壽命、發(fā)光性能等。LED芯片的成本占LED器件總成本也是最大的。隨著成本的降低，LED芯片尺寸切割越來越小，同時也帶來了一系列的可靠性問題。LED藍綠芯片的結構如圖所示。
由上圖可知，隨著尺寸的縮小，P電極和N電極的pad也隨之縮小，電極pad的縮小直接影響焊線質量，容易在封裝過程和使用過程中導致金球脫離甚至電極自身脫離，最終失效。同時，兩個pad間的距離a也會縮小，這樣會使得電極處電流密度的過度增大，電流在電極處局部聚集，而分布不均勻的電流嚴重影響了芯片的性能，使得芯片出現(xiàn)局部溫度過高、亮度不均勻、容易漏電、掉電極、甚至發(fā)光效率低等問題，最終導致LED顯示屏可靠性降低。
鍵合線
鍵合線是LED封裝的關鍵材料之一，它的功能是實現(xiàn)芯片與引腳的電連接，起著芯片與外界的電流導入和導出的作用。LED器件封裝常用鍵合線包括金線、銅線、鍍鈀銅線以及合金線等。
(1) 金線。金線應用最廣泛，工藝最成熟，但價格昂貴，導致LED的封裝成本過高。(2) 銅線。銅線代替金絲具有廉價、散熱效果好，焊線過程中金屬間化合物生長數(shù)度慢等優(yōu)點。缺點是銅存在易氧化、硬度高及應變強度高等。尤其在鍵合銅燒球工藝的加熱環(huán)境下，銅表面極易氧化，形成的氧化膜降低了銅線的鍵合性能，這對實際生產過程中的工藝控制提出更高的要求。(3) 鍍鈀銅線。為了防止銅線氧化，鍍鈀鍵合銅絲逐漸受到封裝界的關注。鍍鈀鍵合銅絲具有機械強度高、硬度適中、焊接成球性好等優(yōu)點非常適用于高密度、多引腳集成電路封裝。
膠水
目前，LED顯示屏器件封裝的膠水主要包括環(huán)氧樹脂和有機硅兩類。
(1) 環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂易老化、易受濕、耐熱性能差，且短波光照和高溫下容易變色，在膠質狀態(tài)時有一定的毒性，熱應力與LED不十分匹配，會影響LED的可靠性及壽命。所以通常會對環(huán)氧樹脂進行攻性。(2) 有機硅。有機硅相比環(huán)氧樹脂具有較高的性價比、優(yōu)良的絕緣性、介電性和密著性。但缺點是氣密性較差，易吸潮。所以很少被使用在LED顯示屏器件的封裝應用中。
另外，高品質LED顯示屏對顯示效果也提出特別的要求。有些封裝廠采用添加劑的方式來改善膠水的應力，同時達到啞光霧面的效果。雖然LED在生活中處處可見，但是LED也還有一些不足需要我們的設計人員擁有更加專業(yè)的知識儲備，這樣才能設計出更加符合生活所需的產品。
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