高品質(zhì)LED顯示屏器件封裝實際經(jīng)驗

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(zhì)量的好壞對 LED 顯示屏的質(zhì)量影響較大。封裝可靠性的關(guān)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(yán)格的可靠性標(biāo)準(zhǔn)也是檢驗高品質(zhì) LED 器件的關(guān)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(zhì)要求也越來越高。本文就高品質(zhì) LED 顯示屏器件封裝實際經(jīng)驗，探討實現(xiàn)高品質(zhì) LED 顯示屏器件的關(guān)鍵技術(shù)。

優(yōu)質(zhì)LED顯示屏

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(jié)構(gòu) LED，主要有 PCB 板結(jié)構(gòu)的 LED(ChipLED)和 PLCC 結(jié)構(gòu)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(nèi)的一些基本發(fā)展現(xiàn)狀。

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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(guān)鍵作用。

(2) 支架的生產(chǎn)工藝。PLCC 支架生產(chǎn)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(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計。PLCC 支架由于 PPA 和金屬結(jié)合是物理結(jié)合，在過高溫回流爐后縫隙會變大，從而導(dǎo)致水汽很容易沿著金屬通道進(jìn)入器件內(nèi)部從而影響可靠性 。

為提高產(chǎn)品可靠性以滿足高端市場需求的高品質(zhì)的 LED 顯示器件，部分封裝成廠改進(jìn)了支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如佛山市國星光電股份有限公司采用先進(jìn)的防水結(jié)構(gòu)設(shè)計、折彎拉伸等方法來延長支架的水汽進(jìn)入路徑，同時在支架內(nèi)部增加防水槽、防水臺階、放水孔等多重防水的措施 ，如圖 1 所示。該設(shè)計不僅節(jié)省了封裝成本，還提高了產(chǎn)品可靠性，目前已經(jīng)大范圍應(yīng)用于戶外 LED 顯示屏產(chǎn)品中。通過SAM(Scanning Acoustic Microscope)測試折彎結(jié)構(gòu)設(shè)計的 LED 支架封裝后和正常支架的氣密性，結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)采用折彎結(jié)構(gòu)設(shè)計的產(chǎn)品氣密性更好，如圖 2 所示。

優(yōu)質(zhì)LED顯示屏158-1558-9234

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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(lán)綠芯片的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

由圖 3 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(zhì)量，容易在封裝過程和使用過程中導(dǎo)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(yán)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(dǎo)致 LED 顯示屏可靠性降低。

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鍵合線

鍵合線是 LED 封裝的關(guān)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(dǎo)入和導(dǎo)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(yīng)用最廣泛，工藝最成熟，但價格昂貴，導(dǎo)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(yīng)變強(qiáng)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(chǎn)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(guān)注。鍍鈀鍵合銅絲具有機(jī)械強(qiáng)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 。

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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(jī)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(zhì)狀態(tài)時有一定的毒性，熱應(yīng)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(jìn)行攻性。

(2) 有機(jī)硅。有機(jī)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(yīng)用中。

另外，高品質(zhì) 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(yīng)力，同時達(dá)到啞光霧面的效果。