LED器件占LED顯示屏成本約 40%~70%,LED顯示屏成(chéng)本的大幅下降得(dé)益於LED器件的成本降低。LED封裝質(zhì)量的好壞對LED顯示屏的質量影響較大。封裝可靠性的關(guān)鍵包括芯片材料的選(xuǎn)擇、封(fēng)裝材料的選擇(zé)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。LED顯示屏表貼封裝有什麽特點?
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(xiǎn)示屏器件封裝實際經驗,探討實現高品質LED顯示屏(píng)器件(jiàn)的關鍵技術。
1 LED顯示屏器件封裝的現狀(zhuàng)
SMD(Surface Mounted Devices) 指(zhǐ)表麵貼裝型封裝結構 LED,主要有 PCB 板(bǎn)結構的 LED(ChipLED)和 PLCC 結構的 LED(TOP LED)。本文主要研究 TOP LED,下麵文中所提及的 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(chéng)包括支架、芯片、固(gù)晶膠、鍵合線和封裝膠等。下麵從封裝材料(liào)方麵來介紹目前國內的一些基(jī)本發展現狀。
1.1 LED支架
(1)支架的作用。PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)支架是 SMD LED 器(qì)件(jiàn)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(shǔ)料帶衝切、電鍍、PPA(聚鄰苯二酰胺)注(zhù)塑、折(shé)彎、五麵立體噴墨等工序(xù)。其中,電鍍、金屬基板、塑(sù)膠材料(liào)等占據了支架的主要成本(běn)。
(3)支架的結構(gòu)改進設計。PLCC 支架由於(yú) PPA 和金屬結合是物理結合,在過高溫回流爐後縫隙會變大,從而導致水汽很容易沿著金屬通道(dào)進入(rù)器(qì)件內部(bù)從而影響可靠性 。
為提高產品可靠性以(yǐ)滿足高端市場需求的高品質的LED顯示屏器件(jiàn),部分封裝成廠改進了支架的結構設計,如拓升光電采用先進的防水結構設計、折彎拉伸等方法來延長支架(jià)的水汽進(jìn)入(rù)路徑,同時在支架內部增加防水槽、防水台階、放水孔等多重防水的(de)措施 。該設計不僅節省了封裝成(chéng)本,還提高了產品可靠性,目前(qián)已經大範圍應(yīng)用於戶外LED顯示屏產品中。通過SAM(Scanning Acoustic Microscope)測試折彎結構設(shè)計的 LED 支(zhī)架(jià)封裝後和正常支架的氣密性,結果可以發現采用折(shé)彎結構設計的產品氣(qì)密性更好(hǎo)
1.2 芯片
LED芯片是LED器件的核心,其可靠性決定了LED器(qì)件乃至 LED顯示屏的壽命、發光性能等。LED芯(xīn)片的成(chéng)本(běn)占LED器件總成本也是最大的。隨著成本的(de)降低,LED芯片尺寸切割越來越小,同時也帶來了(le)一係列的可靠性問(wèn)題。
1.3 鍵合線
鍵合(hé)線是LED封裝的關鍵材料之一(yī),它的(de)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(dǎo)出的作用。LED器(qì)件封裝(zhuāng)常用鍵(jiàn)合線包括金線、銅(tóng)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(yǒu)廉價、散(sàn)熱效果(guǒ)好,焊線過程(chéng)中金屬間化合物生長數度慢等優點 。缺點是銅存在(zài)易氧化、硬度高及應變強度高等。尤其在鍵合(hé)銅燒球工藝的加熱環境下,銅表麵極易氧化,形成的氧化膜(mó)降低了銅線的(de)鍵合性能,這對(duì)實際生產過程中的工藝控(kòng)製提出更高(gāo)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(dù)適中、焊接成球性好等優點非常適用於高密度、多引腳集成電路封裝 。
1.4 膠水(shuǐ)
目前,LED顯示屏器(qì)件封(fēng)裝的膠水主要包括環氧樹脂和有機矽兩(liǎng)類。
(1)環氧樹脂(zhī)。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(yì)變(biàn)色,在膠質狀態時(shí)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(shòu)命。所以通常會(huì)對環氧(yǎng)樹脂進行攻性。
(2)有機矽。有機矽相(xiàng)比環氧樹脂具有較高的性價比、優良(liáng)的絕(jué)緣性(xìng)、介電性和(hé)密著性。但(dàn)缺點(diǎn)是氣密(mì)性較差(chà),易吸潮。所以很(hěn)少(shǎo)被(bèi)使用在LED顯示屏器(qì)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(jì)的方式來改(gǎi)善膠水的應力,同時達到啞光霧麵的效果。