LED顯示屏SMD器件封裝技術研究

章結偉

摘要：LED顯示屏在商場、車站、集中與建筑物中都會得到利用，是一種更為美觀的廣告宣傳途徑，而LED顯示屏制作技術的進步也在更多應用領域得到了應用，并且市場競爭日趨激烈。LED顯示屏器件的封裝作為LED產業鏈發展的關鍵，生產廠家為了降低成本需要利用質優價廉的材料，但是使用PLCC鐵支架或者銅線替代金線的過程中也會導致產品的可靠性下降，需要繼續開發高端LED器件，SMD器件的出現受到廣泛關注，對其封裝技術研究也越來越多。基于此，本文就LED顯示屏器SMD件封裝技術的應用進行分析，希望對相關研究帶來幫助。

關鍵詞：LED顯示屏;SMD器件;封裝技術

一、戶外全彩顯示屏對LED光源的要求

LED器件在LED顯示屏總成本中占接近50%，而LED器件對LED顯示屏參數性能的影響更大，主要體現在波長、亮度、功耗、抗靜電性、配光特性、耐候性、失效率、尺寸及重量等參數方面。戶外的高防護等級SMD器件需要具有一定的耐高溫、耐高濕和耐紫外線能力，所以需要詳細研究封裝技術問題。當前主要是分析產品防水防潮結構設計、金屬支架和PPA材料的粘合性能、芯片和金線的鍵合性能、PPA和外封膠水的滲透性能、外封膠水與PPA的粘合性能、PPA材料抗UV性能、外封膠水的抗UV性能，檢測的途徑包括了選材、試驗和工藝管控。

LED光源用在戶外全彩顯示屏時要滿足如下要求：其一，借助光學設計技術提升LED紅綠藍配光效果;其二，在散熱設計中對結構與布置芯片合理設計，最大程度的降低熱阻;其三，要求LED光源的封裝材料具有低滲透率、低吸濕性、抗UV、抗高溫等能力;其四，增強工藝可靠性，降低失效率;其五，確保不斷改善芯片性能與器件參數。LED芯片性能不斷進步，可用于戶外，并且LED器件封裝廠商和顯示屏制造廠商在亮度、配光和生產工藝上積累了豐富的經驗。整體來看，LED器件能否用于戶外關鍵在于封裝材料與器件是否具有良好的耐濕、耐溫和抗UV性能。

二、LED顯示屏SMD器件封裝技術研究

（一）LED支架

其一，支架的作用。PLCC支架是作為SMDLED器件的載體，直接影響著LED的出光與可靠性;其二，支架的生產技術。PLCC支架生產工藝和工序主要包括：料帶沖切、電鍍、PPA注塑、折彎以及五面立體噴墨，而電鍍、金屬基板和塑膠材料是支架主要的成本支出部分;其三，支架的結構改進與優化。PLCC支架中的PPA采取物理方式結合金屬，受高溫回流爐作用縫隙逐漸變大，金屬通道也會由于水汽入器件內部導致可靠性不足。要想提升支架產品的質量以及滿足高端市場需求，一些封裝成廠在封裝成廠生產的過程中對支架的結構設計加以改進，比如采取了防水結構設計和折彎、拉伸等方式讓支架中水汽進入路徑得到延長，還可以在支架內設置防水臺階、防水槽和防水孔等防水措施。通過這種處理方式不僅可以提升產品可靠性，還可以節約封裝成本，這也是被廣泛用于戶外LED顯示屏的重要因素之一。通過SAM對LED支架封裝加以測試，然后比對正常支架的氣密性，證實折彎結構產品氣密性得到了進一步提升[1]。

（二）芯片

LED芯片在LED器件中是核心部分，直接對LED顯示屏的發光性能、壽命產生影響。LED芯片還是LED器件中成本最高的器件，隨著LED芯片技術的進步尺寸切割更小、質量更輕，不過也存在使用可靠性下降問題。隨著尺寸縮小導致了P電極和N電極的pad縮小，進而影響了焊線質量，比如在封裝和使用過程中出現金球脫離，進而對正常使用造成影響。此外，兩個pad的間距也會更近，增大了電極處電流密度，隨著電流在電極部位的局部聚集，電流不均勻分布開始影響芯片的性能，造成芯片局部出現高溫情況，還會表現為亮度不均情況，甚至容易漏電、發光效率低，影響其運行的可靠性[2]。

（三）鍵合線

這也是LED封裝過程中的主要材料，主要作用在于電連接芯片和引腳，還具有滿足芯片向外界傳輸電流的作用，LED器件封裝將金線、銅線、鍍鈀銅線、合金線作為主要的鍵合線。具體說來：其一，金線。這種鍵合線應用范圍廣，并且制作工藝成熟，然而造價昂貴，使得LED的封裝整體成本也會增加;其二，銅線。部分生產商開始利用價格更為低廉的銅線當做鍵合絲，主要用于中低端LED顯示屏器件。將銅線替代金絲降低成本的同時，還具有更好的散熱效果，不足之處是銅硬度更大，存在應變強度高以及易氧化問題，對工藝控制提出了更高的要求;其三，鍍鈀銅線。其主要的作用在于防止銅線氧化，這是由于銅絲具有硬度適中、機械強度高、焊接成球性好的特點，所以可以在高密度、多引腳集成電路封裝中應用。

（四）膠水

其一是環氧樹脂。這種材料具有容易受濕和老化、耐熱性能差，并且在短波光照于高溫條件下容易變色，不利于保證響LED的可靠性;其二是有機硅。相較于環氧樹脂，有機硅介電性、絕緣性、性價比更好，不過氣密性較差，并且容易吸潮。此外，高性能的LED顯示屏對顯示效果有著更高要求，為此部分封裝廠借助添加劑改善膠水應力并達到啞光霧面效果。有研究發現，經過啞光處理可以實現表面無鏡面反射，并且顯示更為柔和，比如膠水中添加散射粉可以達到面出光效果[3]。

結束語：

綜上所述，LED器件的運行可靠性與LED顯示屏的使用壽命關系密切，當前的行業競爭尤為激烈，在控制生產成本的同時也需要重視技術創新，SMD器件封裝技術就可以讓產品的性能得到提升，這樣才能在市場中立足。

參考文獻：

[1]趙強，郭恒，秦快.LED顯示"屏"到"器"的封裝技術演進[J].中國照明電器，2021，23（2）：1-5.

[2]劉傳標，劉曉鋒，趙強.高可靠性LED顯示屏SMD器件封裝關鍵技術[J].佛山科學技術學院學報（自然科學版），2019，35（4）：67-70.