LED显示屏SMD器件封装技术研究

章结伟

摘要：LED显示屏在商场、车站、集中与建筑物中都会得到利用，是一种更为美观的广告宣传途径，而LED显示屏制作技术的进步也在更多应用领域得到了应用，并且市场竞争日趋激烈。LED显示屏器件的封装作为LED产业链发展的关键，生产厂家为了降低成本需要利用质优价廉的材料，但是使用PLCC铁支架或者铜线替代金线的过程中也会导致产品的可靠性下降，需要继续开发高端LED器件，SMD器件的出现受到广泛关注，对其封装技术研究也越来越多。基于此，本文就LED显示屏器SMD件封装技术的应用进行分析，希望对相关研究带来帮助。

关键词：LED显示屏;SMD器件;封装技术

一、户外全彩显示屏对LED光源的要求

LED器件在LED显示屏总成本中占接近50%，而LED器件对LED显示屏参数性能的影响更大，主要体现在波长、亮度、功耗、抗静电性、配光特性、耐候性、失效率、尺寸及重量等参数方面。户外的高防护等级SMD器件需要具有一定的耐高温、耐高湿和耐紫外线能力，所以需要详细研究封装技术问题。当前主要是分析产品防水防潮结构设计、金属支架和PPA材料的粘合性能、芯片和金线的键合性能、PPA和外封胶水的渗透性能、外封胶水与PPA的粘合性能、PPA材料抗UV性能、外封胶水的抗UV性能，检测的途径包括了选材、试验和工艺管控。

LED光源用在户外全彩显示屏时要满足如下要求：其一，借助光学设计技术提升LED红绿蓝配光效果;其二，在散热设计中对结构与布置芯片合理设计，最大程度的降低热阻;其三，要求LED光源的封装材料具有低渗透率、低吸湿性、抗UV、抗高温等能力;其四，增强工艺可靠性，降低失效率;其五，确保不断改善芯片性能与器件参数。LED芯片性能不断进步，可用于户外，并且LED器件封装厂商和显示屏制造厂商在亮度、配光和生产工艺上积累了丰富的经验。整体来看，LED器件能否用于户外关键在于封装材料与器件是否具有良好的耐湿、耐温和抗UV性能。

二、LED显示屏SMD器件封装技术研究

（一）LED支架

其一，支架的作用。PLCC支架是作为SMDLED器件的载体，直接影响着LED的出光与可靠性;其二，支架的生产技术。PLCC支架生产工艺和工序主要包括：料带冲切、电镀、PPA注塑、折弯以及五面立体喷墨，而电镀、金属基板和塑胶材料是支架主要的成本支出部分;其三，支架的结构改进与优化。PLCC支架中的PPA采取物理方式结合金属，受高温回流炉作用缝隙逐渐变大，金属通道也会由于水汽入器件内部导致可靠性不足。要想提升支架产品的质量以及满足高端市场需求，一些封装成厂在封装成厂生产的过程中对支架的结构设计加以改进，比如采取了防水结构设计和折弯、拉伸等方式让支架中水汽进入路径得到延长，还可以在支架内设置防水台阶、防水槽和防水孔等防水措施。通过这种处理方式不仅可以提升产品可靠性，还可以节约封装成本，这也是被广泛用于户外LED显示屏的重要因素之一。通过SAM对LED支架封装加以测试，然后比对正常支架的气密性，证实折弯结构产品气密性得到了进一步提升[1]。

（二）芯片

LED芯片在LED器件中是核心部分，直接对LED显示屏的发光性能、寿命产生影响。LED芯片还是LED器件中成本最高的器件，随着LED芯片技术的进步尺寸切割更小、质量更轻，不过也存在使用可靠性下降问题。随着尺寸缩小导致了P电极和N电极的pad缩小，进而影响了焊线质量，比如在封装和使用过程中出现金球脱离，进而对正常使用造成影响。此外，两个pad的间距也会更近，增大了电极处电流密度，随着电流在电极部位的局部聚集，电流不均匀分布开始影响芯片的性能，造成芯片局部出现高温情况，还会表现为亮度不均情况，甚至容易漏电、发光效率低，影响其运行的可靠性[2]。

（三）键合线

这也是LED封装过程中的主要材料，主要作用在于电连接芯片和引脚，还具有满足芯片向外界传输电流的作用，LED器件封装将金线、铜线、镀钯铜线、合金线作为主要的键合线。具体说来：其一，金线。这种键合线应用范围广，并且制作工艺成熟，然而造价昂贵，使得LED的封装整體成本也会增加;其二，铜线。部分生产商开始利用价格更为低廉的铜线当做键合丝，主要用于中低端LED显示屏器件。将铜线替代金丝降低成本的同时，还具有更好的散热效果，不足之处是铜硬度更大，存在应变强度高以及易氧化问题，对工艺控制提出了更高的要求;其三，镀钯铜线。其主要的作用在于防止铜线氧化，这是由于铜丝具有硬度适中、机械强度高、焊接成球性好的特点，所以可以在高密度、多引脚集成电路封装中应用。

（四）胶水

其一是环氧树脂。这种材料具有容易受湿和老化、耐热性能差，并且在短波光照于高温条件下容易变色，不利于保证响LED的可靠性;其二是有机硅。相较于环氧树脂，有机硅介电性、绝缘性、性价比更好，不过气密性较差，并且容易吸潮。此外，高性能的LED显示屏对显示效果有着更高要求，为此部分封装厂借助添加剂改善胶水应力并达到哑光雾面效果。有研究发现，经过哑光处理可以实现表面无镜面反射，并且显示更为柔和，比如胶水中添加散射粉可以达到面出光效果[3]。

结束语：

综上所述，LED器件的运行可靠性与LED显示屏的使用寿命关系密切，当前的行业竞争尤为激烈，在控制生产成本的同时也需要重视技术创新，SMD器件封装技术就可以让产品的性能得到提升，这样才能在市场中立足。

参考文献：

[1]赵强，郭恒，秦快.LED显示"屏"到"器"的封装技术演进[J].中国照明电器，2021，23（2）：1-5.

[2]刘传标，刘晓锋，赵强.高可靠性LED显示屏SMD器件封装关键技术[J].佛山科学技术学院学报（自然科学版），2019，35（4）：67-70.