RGB全彩LED封裝工藝常見(jiàn)異常狀況的分析

喬燕飛

（山西晉煤集團(tuán)晉城晟皓光電有限公司，山西 晉城 048000）

LED因其功耗低、發(fā)光效率高、不含有毒物質(zhì)汞、綠色環(huán)保等諸多特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的電子產(chǎn)品背光顯示屏采用LED光源，通過(guò)控制LED光源發(fā)光的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息。其中，LED光源作為L(zhǎng)ED顯示屏的最關(guān)鍵器件，對(duì)其的選擇決定了整個(gè)顯示屏50%以上的質(zhì)量。

1 LED封裝

LED封裝不同于集成電路的封裝，對(duì)封裝材料要求較高，它是一種發(fā)光芯片的封裝。LED的封裝不僅要求能夠保護(hù)燈芯，而且還要能夠透光。

目前常見(jiàn)的背光顯示屏參差不齊，簡(jiǎn)單點(diǎn)的是采用白光LED，工藝方法是用藍(lán)光LED芯片上激發(fā)YAG熒光粉，其所發(fā)出的黃綠光與藍(lán)光合成白光LED；質(zhì)量要求高的采用RGB全彩LED，采用紅、綠、藍(lán)多個(gè)芯片發(fā)光混色成白光,與白光LED其彩色空間要豐富的多。對(duì)于高質(zhì)量RGB顯示屏，由于其由紅、綠、藍(lán)三種LED的像素點(diǎn)組成，任一顏色LED的失效均會(huì)影響顯示屏整體視覺(jué)效果。目前，行業(yè)一般要求在LED顯示屏開(kāi)始裝配至老化72小時(shí)出貨前的失效率應(yīng)低于萬(wàn)分之三。這就提高了LED封裝廠商對(duì)RGB全彩LED光源產(chǎn)品穩(wěn)定性能的要求。

2 RGB全彩LED封裝工藝常見(jiàn)異常狀況分析

LED的理論壽命非常高，但事實(shí)上它的使用時(shí)間遠(yuǎn)達(dá)不到理論值，因?yàn)橛泻芏嘁蛩貢?huì)影響LED的壽命，包括LED芯片、自然應(yīng)力、封裝技術(shù)等因素。RGB全彩LED光源的失效模式主要包括電失效（如短路、斷路、漏電等）、光失效（如膠面異常引起的光學(xué)性能劣化、暗燈等）和機(jī)械失效（如引線斷裂、脫焊、虛焊等），而這些因素都與封裝結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)。本文將從RGB全彩LED封裝生產(chǎn)工藝的主要環(huán)節(jié)，對(duì)生產(chǎn)中常見(jiàn)異常引起的LED光源電、光、機(jī)械失效進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

2.1 固晶、焊線不良引起的電失效

固晶工藝是通過(guò)在支架上點(diǎn)絕緣膠或銀膠，把LED芯片固晶到支架的碗杯中央。在工藝中要注意，點(diǎn)膠量的多少直接影響LED燈珠死燈，點(diǎn)得多了（如圖1所示），膠會(huì)返到芯片金墊上，造成短路；點(diǎn)得少了，芯片又粘不牢，散熱變差，長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮后很容易死燈，而這種隱形的不良將帶來(lái)嚴(yán)重的損失。

圖1 芯片粘膠不良品

圖2 偏焊不良品

焊線工藝是用導(dǎo)線將芯片表面電極和支架連接起來(lái)，當(dāng)導(dǎo)通電流時(shí)，使芯片發(fā)光。在該生產(chǎn)過(guò)程中各參數(shù)控制很關(guān)鍵，金絲球焊機(jī)的壓力、時(shí)間、溫度、功率四個(gè)參數(shù)要配合的恰到好處。其中，打線時(shí)偏焊是最常見(jiàn)的問(wèn)題，也是這一環(huán)節(jié)最容易引起死燈的原因，如圖2所示。由于電極金球嚴(yán)重焊偏，漏電參數(shù)（IR>100μA）異常，嚴(yán)重的甚至引起死燈現(xiàn)象。這是由于芯片外延層非常薄，電極焊偏嚴(yán)重會(huì)搭界在芯片邊界，造成芯片PN結(jié)短路導(dǎo)致漏電或死燈。

2.2 點(diǎn)膠不良引起的光失效

RGB全彩LED封裝的點(diǎn)膠工藝，是將環(huán)氧樹(shù)脂膠注入支架碗杯，膠面成微凹形狀，經(jīng)烤箱烘烤固化。主要作用是保護(hù)芯片和導(dǎo)線，同時(shí)提高出光率。由于封裝所用的環(huán)氧樹(shù)脂材料，會(huì)因?yàn)楣庹找约皽厣鹌涔馔高^(guò)率的劣化，在光源長(zhǎng)時(shí)間使用中，表現(xiàn)出原本透明的環(huán)氧樹(shù)脂材料發(fā)生褐變，或出現(xiàn)暗燈等。因此，在進(jìn)行RGB全彩LED封裝的點(diǎn)膠工藝中，要嚴(yán)格控制膠體的固化的條件，避免在封裝時(shí)就已經(jīng)成了環(huán)氧樹(shù)脂的提前老化。

2.3 熱膨脹、濕氣引起的機(jī)械失效

在RGB全彩LED封裝中，有不同的材料，由于各材料熱膨脹系數(shù)不同，在燈珠燈珠經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮或經(jīng)高溫焊接后，各物質(zhì)不可能回復(fù)到它們最初的接觸狀態(tài)，相互間存在一定應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力嚴(yán)重的會(huì)壓壞芯片，拉斷金線等，從而造成LED光源死燈或嚴(yán)重漏電。例如，如果點(diǎn)膠時(shí)，膠體硬化速度過(guò)快，膠體內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，燈珠經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮或經(jīng)高溫焊接后，由于膠體的膨脹，會(huì)導(dǎo)致膠體中有裂化發(fā)生，且膠體與支架之間蓄積的拉力會(huì)拉動(dòng)金線，引起死燈或嚴(yán)重漏電。

濕氣也是影響LED壽命的重要因素。由于對(duì)LED的靜電防護(hù)，LED封裝生產(chǎn)要求恒溫恒濕的環(huán)境，因此，LED封裝車間備有加濕器，整個(gè)封裝生產(chǎn)過(guò)程要求濕度在40%～60%。但是，在LED使用中，由于水汽的滲入，引起封裝材料內(nèi)部引線變質(zhì)，或由于水汽引入的導(dǎo)電離子駐留在芯片表面，引起漏電，嚴(yán)重的甚至影響LED的光學(xué)效果，出現(xiàn)暗燈等現(xiàn)象。因此，在RGB全彩封裝工藝中，要求對(duì)原材料進(jìn)行防潮工藝處理，固晶前要嚴(yán)格對(duì)支架除濕。除此之外，對(duì)于半成品、成品材料的除濕也是非常必要的。

結(jié)語(yǔ)

目前，由于RGB全彩燈珠多用于顯示屏、室外裝飾等，在實(shí)際使用過(guò)程中，受外界環(huán)境因素影響，壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到所預(yù)期的理論值。為了確實(shí)提高LED的壽命，需要對(duì)LED封裝制造工藝進(jìn)行更進(jìn)一步的研究、探索和實(shí)踐。只有掌握LED失效的根本原因，并在生產(chǎn)實(shí)踐中加強(qiáng)監(jiān)控和質(zhì)檢，才能改善LED光源性能的穩(wěn)定性，將RGB全彩LED光源推廣到應(yīng)用領(lǐng)域。

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