高品質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(jīng)驗，探討實現(xiàn)高品質 LED 顯示屏器件的關鍵技術。

優(yōu)質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(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(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(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)大范圍應用于戶外 LED 顯示屏產(chǎn)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(chǎn)品氣密性更好，如圖 2 所示。

優(yōu)質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藍綠芯片的結構如圖 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。

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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(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 。

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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。