浅谈LED封装键合线的选用及趋势

2016-05-30 00:58任会会聂丛伟崔东辉
科技风 2016年11期
关键词:趋势

任会会 聂丛伟 崔东辉

摘 要:LED封装技术主要涉及到封装设计、封装材料、封装设备、封装过程、封装工艺五大方面。其中,封装材料的选择会影响LED封装产品的合格率、可靠性、热学特性及光学特性等。因此,如何提高光效、降低成本是目前LED封装市场遇到的技术瓶颈之一,而解决这一问题的重要原因在于键合线的选取。文章中对封装市场中所用键合线的主要种类进行调研,详细分析了焊线过程中影响键合的主要原因,对比生产焊线过程中各类键合线的利弊,总结出键合线的应用范围,并对焊接线选取的发展趋势简单分析。

关键词:LED封装;键合线;趋势

Abstract:LED packaging technology are mainly involves packaging design, packaging materials, packaging equipment, packaging process, packaging craft the five aspects. With the improvement of the light efficiency, reducing cost is one of the technical bottlenecks encountered in the LED packaging market.The key element to solve this problem is to decided by the selection of the welding line. This paper gives research on the packaging market in major types of welding line, analysis the main factors affecting the bonding wire process in detail, contrasts the advantages and disadvantages of all kinds of alloy line wire bonding process, gives summary the scope of application alloy wire, and briefly analysis the development trend of the selection of the welding line.

Key words:LED packaging;bonding line;development trend

发光二极管(light emitting diode,LED)是一种可以将电能转化为光能的电子器件,并具有二极管的特性。不同的发光二极管可以发出从红外到紫外不同波长的光线。这些芯片与能被激发的荧光粉之间的不同组合可以制造出全色系的发光二极管。随着LED技术的不断发展,LED封装的具体过程大致可分为固晶、焊线、灌胶、测试、分光五个阶段。LED封装技术主要涉及到封装设计、封装材料、封装设备、封装过程、封装工艺五大方面。封装设计是先导,封装材料是基础,封装设备是关键,封装过程是支柱,封装工艺是核心。

1 技术要求

目前,大多数LED封装产品的焊接是采用固态焊接。所谓固态焊接就是金属在未达溶解温度下之焊接。固态焊接时决定要素主要有:1)压力(bond force);2)振动功率(bond power);3)焊接时间(bond time);4)焊接温度(temperature)。

然而对于不同种类得合金线而言,合金线的材质不同,焊接时与电极和支架间键合的能力差异甚大。

超声波金丝球焊线机的基本原理是超声能量、温度、压力的共同作用下形成焊点,其工艺过程可简单表示为:烧球—— 一焊

——拉丝——二焊——断丝——烧球。

1.1 焊接

所谓的焊接是指端子与端子之间结合的一种方法。与半导体指有关的结合方法。线材焊接的方法可以分为:球到压环,压环到压环,球与球之间的焊接方式。球到压环的方式、球到球的方式使用的线材都是金线。压环到压环方式使用的线材是铝或铜线。如图1。

1.2 焊接四要素:功率;压力;时间;温度

所焊线的焊点应满足:第一焊点呈圆形且边沿有一定厚度、大小一致;第二焊点呈鱼尾形、有一定厚度;并且焊线无伤痕,弧形一致。

1.3 键合线的检验

键合线进料检验主要是金线外观和拉力的检测,外观要求金线干净无尘和整洁,拉力测试对进料卷数抽取30%座拉力测试,取每卷的5~10cm做拉力测试,测试结果:1.0mil金线拉力必须大于7g,小于或等于7g为不合格;1.2mil金线拉力必须大于15g,小于或者等于15g为不合格。

1.4 工艺要求

焊点要正、焊球光滑一致;无多余焊丝、无掉片、无损伤芯片、无压伤电极;不同外观的双电极芯片焊接要正确的走线方向,双线不交叉、重叠。

键和过程中,键合线与芯片电极或镀银层之间的粘接力是否达到生产要求,两种材质的匹配度是否达到最佳,需考虑如下几个因素,键合面如图2。

1)键合线材质与电极或镀银层之间的晶格匹配度,键合线的材质不同,其膨胀系数不同,与电极或镀银层的晶格匹配度影响其形成共价键的几率,并且形成的共价键键能也不同,因此键合线的材质最终会直接影响键合拉力值。

2)两种材质键合后,热阻系数对其影响。材质不同,热阻不同,产品工作过程中造成的热能损失及产生的热效应后果不同。

2 对比分析

焊线是LED生产中非常重要的一个环节,它是通过焊线机用键合线将LED的支架管脚和LED芯片电极进行焊接,这样才能完成LED芯片的电气连接,使之发光。

目前,LED封装市场中主要用到的键合线有金线、银线、银合金线、包金线、铜线和铝线。

2.1 金线

优势:导电性能高,难以氧化,导电率大,耐腐蚀,韧性好等优点,广泛应用于集成电路,相对于其他材质而言,其最大的优点是抗氧化性,特性稳定。

2.2 银线

优势:价格便宜,与同等线径的金丝相比,银线价格只有金线的1/5左右。反光性好,产品亮度增加10%左右,导电性好,在与镀银支架焊接时,可焊性比较好,不需要加N2保护,只要简单修改焊线系数即可。

2.3 包金线线

优势:良好的导电性能,在超声波作用下包金线极易与金、银、铜等介质相结合。

缺点:烧球不好,适用于压焊。

2.4 铜线

优势:可节约键合材料成本节约80%以上,可以在氮气气氛下封装,生产更安全,克服了金丝键合硬度高、易氧化、键合力大等缺点,互连强度比金丝还要好,单晶铜丝替代键合金丝无需更换生产设备。

缺点:

1)铜容易被氧化,键和工艺不稳定。

2)铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和银等。

3 总结

LED封装键合线的选用,金线综合条件较优异,LED产品性能比较高,但金线的价格较昂贵,适合高端市场。合金线或包金线封装是键合线选取的趋势。无线封装(倒装)是前沿,省去封装中的键合程序,但增加性能风险。简言之,合格的工艺能保证LED器件的质量,改进的工艺能降低LED器件的成本,先进的工艺能提高LED器件的性能。

参考文献:

[1] 斯芳虎.LED金线键合工艺的质量控制.电子质量,Electronics Quality,2010年03期.

[2] 阮育娇,张小英,陈松岩,李成,赖虹凯,汤丁亮.GaN基LED与Si键合技术的研究光电子.激光,Journal of Optoelectronics.Laser,2010年08期.

[3] 王垚浩,余彬海,李舜勉.功率LED芯片键合材料对器件热特性影响的分析与仿真,佛山科学技术学院学报(自然科学版), Journal of Foshan University(Natural Science Edition),2005年04期.

[4] 李晶.芯片键合层材料对功率型LED热阻的影响,闽西职业技术学院学报,Journal of Minxi Vocational and Technical College,2009年04期.

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