探討LED封裝工藝的優(yōu)化及管控

林連城

（廈門華聯(lián)電子股份有限公司，福建 廈門 361008）

0 引言

LED產(chǎn)品生產(chǎn)的重中之重就是封裝工藝，它對產(chǎn)品性能、可靠性和成本具有決定影響。本文針對LED封裝工藝進(jìn)行優(yōu)化，主要從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)，從而保障產(chǎn)品質(zhì)量和性能。在LED封裝環(huán)節(jié)中做好準(zhǔn)備工作十分關(guān)鍵，需嚴(yán)格控制原材料品質(zhì)，最終促進(jìn)LED封裝工藝細(xì)節(jié)質(zhì)量的提升。

1 LED 封裝工藝流程

圖1 LED 封裝工藝流程

1.1 固晶

在正式開展LED封裝工作之前，需實(shí)施固晶操作，固晶主要指借助膠在支架上固定LED晶片，固晶的穩(wěn)定性受到固晶處理操作的決定性影響。需要控制固晶膠溫度，使其小于零下40攝氏度，對膠進(jìn)行使用時，需借助針筒吸入絕緣膠，靜置于常溫環(huán)境中半個小時，在膠達(dá)到適合溫度條件下，將其安放在固定膠盤內(nèi)，開展處理攪拌工作，使擴(kuò)晶得以實(shí)現(xiàn)[1]。

開展擴(kuò)晶工作時，在母環(huán)中安放晶片膜，開啟崩片機(jī)臺溫度設(shè)定為（50±5）℃，在離子風(fēng)扇下緩慢撕膜，待溫度到達(dá)設(shè)定溫度時，掀起繃片機(jī)上蓋，先后將繃片環(huán)內(nèi)環(huán)、芯片藍(lán)膜放置在繃片臺上，合上上蓋并鎖緊，擴(kuò)片后，開啟上蓋，取下繃好的芯片環(huán)，目檢芯片排列整齊，間距一致，將四周多余藍(lán)膜用刀片割掉，送自動固晶工序待用。

為了使LED支架表面光亮清潔，無發(fā)黃、發(fā)黑或者其他沾污現(xiàn)象，增強(qiáng)固晶效果，需在固晶前對支架進(jìn)行清洗，預(yù)烘烤的產(chǎn)品須在半小時內(nèi)進(jìn)行等離子清洗，若超過半小時后，必須重新進(jìn)行預(yù)烘烤后才能清洗，產(chǎn)品清洗完成后必須在4小時內(nèi)流入下一道工序，超過4小時后需要重新進(jìn)行等離子清洗。

將清洗完成的支架放在固晶機(jī)臺上，并做好手的防靜電指套，先在LED支架上點(diǎn)上銀膠(絕緣膠)，然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置，再安置在相應(yīng)的支架位置上。（對于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來固定芯片。）工藝難點(diǎn)在于控制點(diǎn)膠量，在膠體高度、點(diǎn)膠位置均有詳細(xì)的工藝要求，膠量符合工藝要求（銀膠高度為芯片高度的1/4～1/3，絕緣膠高度為芯片高度的1/3～1/2）。

完成固晶工作后，烘烤固晶膠，設(shè)置烘烤溫度，使其達(dá)到（175±10）℃/（60～70）分鐘，中間不得隨意打開，燒結(jié)烘箱不得再其他用途，防止污染。

固晶膠燒結(jié)之后，還需測試其推力，根據(jù)芯片大小設(shè)置芯片推力大小，判斷固晶效果，為固晶穩(wěn)定性提供保障。

圖2 測試芯片推力

1.2 焊線

LED封裝過程中的重點(diǎn)內(nèi)容是焊線，需應(yīng)用熱壓和力超聲波開展此環(huán)節(jié)工作處理LED支架，從而實(shí)現(xiàn)對接支架上鍵合與芯片電極的目的。

LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁焊，金絲球焊過程先在壓第一點(diǎn)前燒個球，在LED芯片電極上壓上第一點(diǎn)，再將金絲拉到相應(yīng)的支架上方，壓上第二點(diǎn)后扯斷金絲。完成第一個焊點(diǎn)球工作后，對接電極焊和金線，給進(jìn)線施加壓力，促進(jìn)線弧產(chǎn)生。

1.3 熒光粉涂覆和烘烤

借助熒光粉開展涂覆與烘烤工作時，點(diǎn)膠涂覆法是最常用方法，在具體實(shí)踐過程中，此種方法具有明顯優(yōu)勢，即特別適合應(yīng)用于規(guī)模化生產(chǎn)中，具有簡單生產(chǎn)操作流程，缺點(diǎn)是實(shí)際生產(chǎn)過程中具有較低精確度，無法對LED封裝要求進(jìn)行滿足。實(shí)際運(yùn)用中點(diǎn)膠涂覆法具有較差重復(fù)性，會促進(jìn)沉淀產(chǎn)生，進(jìn)而會影響到涂覆質(zhì)量。

比如，涂覆熒光粉過程中，可能會在溫度、壓力等因素影響下，導(dǎo)致大量氣泡產(chǎn)生，受熱后的LED燈珠中會有膨脹氣體產(chǎn)生。空氣與硅膠膨脹系數(shù)不相同，在此條件下，就會撕裂硅膠彈性體。

1.4 儲存于靜電管理

密封是存儲LED封裝環(huán)節(jié)的直接目標(biāo)，能夠防止氧化LED支架，降低其銀層靈敏度。存儲優(yōu)點(diǎn)是可以保障LED具有可靠的質(zhì)量。如果不能科學(xué)合理封裝存儲，會導(dǎo)致一種化學(xué)元素進(jìn)入LED支架中，造成化學(xué)反應(yīng)發(fā)生于銀層與元素S之間，最后使Ag2S產(chǎn)生于LED支架，此化學(xué)產(chǎn)物會使支架的銀層反射能力大幅度下降，導(dǎo)致有光衰現(xiàn)象出現(xiàn)。由此看來，需將真空封裝方法應(yīng)用于LED封裝存儲環(huán)節(jié)中，并且將其存放于小于30攝氏度的環(huán)境中[2]。

靜電管理對于LED要求也是比較高，因此在LED制作整個過程，對于LED靜電防護(hù)措施需要充分做到位。

（1）進(jìn)入車間需要穿防靜電凈化服，防靜電凈化鞋帽，人體需戴有線防靜電手環(huán)。

（2）車間操作機(jī)臺、地板、桌椅、包裝材料、周轉(zhuǎn)盒等需設(shè)置防靜電防護(hù)。

（3）配膠過程以及檢驗(yàn)過程需配置離子風(fēng)扇。

2 LED 封裝工藝優(yōu)化

2.1 焊線工藝優(yōu)化

具體應(yīng)用LED過程中，通常會發(fā)生不良焊接造成功能失效情況，由此看來，必須促進(jìn)焊線質(zhì)量的提升。對于焊線環(huán)節(jié)的施工工作而言，需對工藝實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，只有這樣，才能為實(shí)驗(yàn)參數(shù)在可控質(zhì)量范圍內(nèi)提供保障。

在焊線前，需對支架、芯片清潔度進(jìn)行清洗并進(jìn)行檢測，根據(jù)不同材質(zhì)選擇清洗水滴角標(biāo)準(zhǔn)，一般選擇水滴角（潤濕角）≤40°，確認(rèn)在焊線前電極上無污染，保證焊接效果，等離子清洗后，需在8小時內(nèi)完成焊接，防止過程再次被污染，保證焊接效果。

焊線時確定參數(shù)，尋找符合標(biāo)準(zhǔn)要求的高度、速度、球徑、打火間隙、打火時間、送線量、打火功率分別是150μm、12μm/s、60μm、1300μm、1200μs、520μm、40m/s有很多因素都會造成LED封裝焊接鍵合不良，包括劈刀壽命管控、不良存儲，人體凈化、污染空氣等。

在焊線后需對焊線效果進(jìn)行檢測，焊點(diǎn)位置：第一焊點(diǎn)的焊球不偏出電極，第二焊點(diǎn)不得超出鍵合區(qū)范圍，焊點(diǎn)形狀：金球形變好，絲與球同心。金球推力：≥40gf，有殘金。第一焊點(diǎn)金球大小A為（60±15）um（約為芯片電極的90%），金球厚度B約為（10～23）μm，第二焊點(diǎn)金球大小A為（80±15）μm，芯片無裂片、碎片、掉電極等不良，基板無變形、發(fā)黃等不良，無多余金絲雜質(zhì)，BSOB/BBOS線型，高度超出芯片表面（0～250）um，形狀良好，無塌絲、倒絲等不良。

金絲測拉力時，拉勾對準(zhǔn)拱絲中間位置，垂直向上拉，鍵合拉力及斷點(diǎn)位置如圖，斷點(diǎn)位置A，球與電極相連處，不論拉力為何值，都不合格；斷點(diǎn)位置B，金球根部，斷點(diǎn)位置C，BD點(diǎn)之間，一般拉力要求≥7g；斷點(diǎn)位置D（契形與金線轉(zhuǎn)接處），斷點(diǎn)位置E（支架與第二點(diǎn)契形斷開），不論拉力為何值，都不合格.

圖3 測金絲拉力

測金球的推力時，首先選擇剪切工具的型號，一般剪切工具應(yīng)該是扁平，寬度為1.5倍到2倍鍵合直徑或者鍵合長度的剪切面，將剪切工具置于鍵合點(diǎn)位置，垂直于器件表面且距其小于鍵合點(diǎn)高度的一半，剪切工具的底部應(yīng)保持在鍵合點(diǎn)中心線下方，芯片鍵合區(qū)金屬化層的上方，測試機(jī)參數(shù)設(shè)定推刀高度為（3～5）μm處測試推力，根據(jù)實(shí)際金球大小，設(shè)定推力大小，一般要求≥30g。

圖4 測金球推力

除此之外，如果不能適當(dāng)保管LED金絲，就會導(dǎo)致使老化情況的出現(xiàn)，大大改變金絲延展度和硬度。為了有效保障LED金線鍵合穩(wěn)定性，在開展封裝工作之前，技術(shù)人員可以開展等離子清潔工作，通過比較之后發(fā)現(xiàn)，清潔芯片之后，可以大大提高焊線和支架拉伸韌性，至少增加20%。

2.2 熒光粉涂覆工藝優(yōu)化

在提高LED封裝質(zhì)量方面可以應(yīng)用熒光粉涂覆工藝優(yōu)化方式，點(diǎn)膠涂覆法是傳統(tǒng)熒光粉涂覆方式，此方法具有簡單作業(yè)程序，缺點(diǎn)是無法均勻分布LED的光強(qiáng)[3-4]。例如，有比較弱的藍(lán)光產(chǎn)生于支架邊緣上，在藍(lán)光穿透熒光粉過程中，大量熒光粉會將藍(lán)光吸收，使黃光顯示出來。涂覆此種熒光之后，會加重LED顏色不均勻情況。為了改進(jìn)此種情況，需采用自由點(diǎn)膠涂覆法，這是反沉淀熒光粉涂覆工藝的一種，支架結(jié)構(gòu)出光概率比較大，防止有散射損失出現(xiàn)在熒光粉中。

首先在熒光粉涂覆前需進(jìn)行配膠，配膠順序：先加膠后加粉。加膠時，如果A部：B部＝1：1，則先加A部，如果A部：B部＝10：1，則先加B部，配制好熒光膠之后需及時將剩余的膠和粉密封并放入電子干燥箱貯存，將配制好的熒光膠放入真空攪拌機(jī)依真空攪拌機(jī)攪拌，取出攪拌好的膠，熒光膠顏色均勻，膠中無氣泡，杯壁無熒光粉殘留，點(diǎn)膠時針頭應(yīng)高于碗杯頂部并小于1.5mm，配置好的膠需要在0.5小時內(nèi)點(diǎn)完膠，防止熒光粉沉淀，在配置點(diǎn)膠機(jī)臺采用螺桿推進(jìn)式，避免采用氣壓式。

為了達(dá)到點(diǎn)膠效果達(dá)到要求，在烘烤前將產(chǎn)品固定在測試夾具上，最后將頂桿放置到積分球內(nèi)，調(diào)整測試積分時間、光度量程檔位設(shè)置使測試Ip值約在60%～80%之間，在顯微鏡下鏡檢產(chǎn)品熒光膠均勻一致，無黑點(diǎn)、氣泡等異常[5-7]。為了減少在溫度、壓力等因素影響下，導(dǎo)致大量氣泡產(chǎn)生，受熱后的LED燈珠中會有膨脹氣體產(chǎn)生，導(dǎo)致撕裂硅膠彈性體，因此在烘烤前設(shè)置好溫度與時間，進(jìn)行循環(huán)烘烤，避免同個溫度，一直存在烘烤，一般溫度與時間設(shè)置分別如下：

表1 烘烤前溫度與時間的設(shè)置

通過以上配膠、點(diǎn)膠以及烘烤方案的優(yōu)化，可以有效的降低熒光粉反沉淀以及硅膠體膨脹帶來的問題。

3 結(jié)語

總而言之，為了使封裝質(zhì)量得以提高，開展LED封裝工作前需將基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作做好。確保LED能夠順利封裝的原材料包括：熒光粉、藍(lán)光芯片、支架。想要保證封裝質(zhì)量，需將抽樣檢查方式用于這些材料中，只有質(zhì)檢合格的原材料才可以進(jìn)入具體封裝工藝中。