LED器件占LED顯示屏成本约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封装质量的好坏对LED顯示屏的质量影响较大。封装可靠性的关键包括芯片材料的选择、封装材料的选择及工艺管控。随着LED顯示屏逐渐向着高端市场渗透,对LED顯示屏器件的品质要求也越来越高。
LED顯示屏器件封装所用的主要材料组成包括支架、芯片、固晶胶、键合线和封装胶等。SMD(Surface Mounted Devices)指表面贴装型封装结构LED,主要有PCB板结构的LED(ChipLED)和PLCC结构的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。下面从封装材料方面来介绍目前国内的一些基本发展现状。
1、LED支架
(1)支架的作用。PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)支架是SMD LED器件的载体,对LED的可靠性、出光等性能起到关键作用。
(2)支架的生産工藝。PLCC支架生産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,在過高溫回流爐後縫隙會變大,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。
为提高产品可靠性以满足高端市场需求的高品质的LED显示器件,部分封装成厂改进了支架的结构设计,如佛山市某光电股份有限公司采用先进的防水结构设计、折弯拉伸等方法来延长支架的水汽进入路径,同时在支架内部增加防水槽、防水台阶、放水孔等多重防水的措施。该设计不仅节省了封装成本,还提高了产品可靠性,目前已经大范围应用于户外led显示屏产品中。通过SAM(Scanning Acoustic Microscope)测试折弯结构设计的LED支架封装后和正常支架的气密性,结果可以发现采用折弯结构设计的产品气密性更好。
2、芯片
LED芯片是LED器件的核心,其可靠性决定了LED器件乃至LED顯示屏的寿命、发光性能等。LED芯片的成本占LED器件总成本也是最大的。随着成本的降低,LED芯片尺寸切割越来越。币泊戳艘幌盗械目煽啃晕侍。
随着尺寸的缩。琍电极和N电极的pad也随之缩小,电极pad的缩小直接影响焊线质量,容易在封装过程和使用过程中导致金球脱离甚至电极自身脱离,最终失效。同时,两个pad间的距离a也会缩。庋崾沟玫缂Φ缌髅芏鹊墓仍龃螅缌髟诘缂植烤奂植疾痪鹊牡缌餮现赜跋炝诵酒男阅埽沟眯酒鱿志植课露裙摺⒘炼炔痪取⑷菀茁┑、掉电极、甚至发光效率低等问题,最终导致led显示屏可靠性降低。
3、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、鍍钯銅線以及合金線等。
(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,這對實際生産過程中的工藝控制提出更高的要求。
(3)鍍钯銅線。爲了防止銅線氧化,鍍钯鍵合銅絲逐漸受到封裝界的關注。鍍钯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。
4、膠水
目前,LED顯示屏器件封装的胶水主要包括环氧树脂和有机硅两类。
(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)有机硅。有机硅相比环氧树脂具有较高的性价比、优良的绝缘性、介电性和密着性。但缺点是气密性较差,易吸潮。所以很少被使用在LED顯示屏器件的封装应用中。
另外,高品质LED顯示屏对显示效果也提出特别的要求。有些封装厂采用添加剂的方式来改善胶水的应力,同时达到哑光雾面的效果。