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技術 | LED封裝可靠性受什么因素影響?

字體變大  字體變小 發布日期:2020-03-19  瀏覽次數:323
核心提示: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
 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。隨著LED顯示屏逐漸向著高端市場滲透,對LED顯示屏器件的品質要求也越來越高。

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。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,下文中所提及的SMD LED均指的是TOP LED。下面從封裝材料方面來介紹目前國內的一些基本發展現狀。

01

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,如佛山市某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。

該設計不僅節省了封裝成本,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,結果可以發現采用折彎結構設計的產品氣密性更好。

02

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、發光性能等。LED芯片的成本占LED器件總成本也是很大的。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。

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,使得芯片出現局部溫度過高、亮度不均勻、容易漏電、掉電極、甚至發光效率低等問題,最終導致led顯示屏可靠性降低。 

03

鍵合線

鍵合線是LED封裝的關鍵材料之一,它的功能是實現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。金線應用廣泛,工藝成熟,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度慢等優點。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、焊接成球性好等優點非常適用于高密度、多引腳集成電路封裝。 

04

膠水

目前,LED顯示屏器件封裝的膠水主要包括環氧樹脂和有機硅兩類。

(1)環氧樹脂。環氧樹脂易老化、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。所以通常會對環氧樹脂進行攻性。

(2)有機硅。有機硅相比環氧樹脂具有較高的性價比、優良的絕緣性、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。

無外觀破壞及標記損壞在IPA溶劑中浸泡5±0.5分鐘,室溫下干燥5分鐘,然后擦拭10次。

 

 

 

 

 
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