RGB全彩LED封裝工藝常見異常狀況的分析

喬燕飛

（山西晉煤集團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)保等諸多特點得到了廣泛應用。隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品背光顯示屏采用LED光源，通過控制LED光源發(fā)光的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息。其中，LED光源作為LED顯示屏的最關鍵器件，對其的選擇決定了整個顯示屏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燈芯，而且還要能夠透光。

目前常見的背光顯示屏參差不齊，簡單點的是采用白光LED，工藝方法是用藍光LED芯片上激發(fā)YAG熒光粉，其所發(fā)出的黃綠光與藍光合成白光LED；質(zhì)量要求高的采用RGB全彩LED，采用紅、綠、藍多個芯片發(fā)光混色成白光,與白光LED其彩色空間要豐富的多。對于高質(zhì)量RGB顯示屏，由于其由紅、綠、藍三種LED的像素點組成，任一顏色LED的失效均會影響顯示屏整體視覺效果。目前，行業(yè)一般要求在LED顯示屏開始裝配至老化72小時出貨前的失效率應低于萬分之三。這就提高了LED封裝廠商對RGB全彩LED光源產(chǎn)品穩(wěn)定性能的要求。

2 RGB全彩LED封裝工藝常見異常狀況分析

LED的理論壽命非常高，但事實上它的使用時間遠達不到理論值，因為有很多因素會影響LED的壽命，包括LED芯片、自然應力、封裝技術等因素。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性能劣化、暗燈等）和機械失效（如引線斷裂、脫焊、虛焊等），而這些因素都與封裝結(jié)構和工藝有關。本文將從RGB全彩LED封裝生產(chǎn)工藝的主要環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)中常見異常引起的LED光源電、光、機械失效進行簡單分析。

2.1 固晶、焊線不良引起的電失效

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

圖1 芯片粘膠不良品

圖2 偏焊不良品

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

2.2 點膠不良引起的光失效

RGB全彩LED封裝的點膠工藝，是將環(huán)氧樹脂膠注入支架碗杯，膠面成微凹形狀，經(jīng)烤箱烘烤固化。主要作用是保護芯片和導線，同時提高出光率。由于封裝所用的環(huán)氧樹脂材料，會因為光照以及溫升而引起其光透過率的劣化，在光源長時間使用中，表現(xiàn)出原本透明的環(huán)氧樹脂材料發(fā)生褐變，或出現(xiàn)暗燈等。因此，在進行RGB全彩LED封裝的點膠工藝中，要嚴格控制膠體的固化的條件，避免在封裝時就已經(jīng)成了環(huán)氧樹脂的提前老化。

2.3 熱膨脹、濕氣引起的機械失效

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)長時間點亮或經(jīng)高溫焊接后，各物質(zhì)不可能回復到它們最初的接觸狀態(tài)，相互間存在一定應力，這個應力嚴重的會壓壞芯片，拉斷金線等，從而造成LED光源死燈或嚴重漏電。例如，如果點膠時，膠體硬化速度過快，膠體內(nèi)應力過大，燈珠經(jīng)長時間點亮或經(jīng)高溫焊接后，由于膠體的膨脹，會導致膠體中有裂化發(fā)生，且膠體與支架之間蓄積的拉力會拉動金線，引起死燈或嚴重漏電。

濕氣也是影響LED壽命的重要因素。由于對LED的靜電防護，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，整個封裝生產(chǎn)過程要求濕度在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電離子駐留在芯片表面，引起漏電，嚴重的甚至影響LED的光學效果，出現(xiàn)暗燈等現(xiàn)象。因此，在RGB全彩封裝工藝中，要求對原材料進行防潮工藝處理，固晶前要嚴格對支架除濕。除此之外，對于半成品、成品材料的除濕也是非常必要的。

結(jié)語

目前，由于RGB全彩燈珠多用于顯示屏、室外裝飾等，在實際使用過程中，受外界環(huán)境因素影響，壽命遠遠不能達到所預期的理論值。為了確實提高LED的壽命，需要對LED封裝制造工藝進行更進一步的研究、探索和實踐。只有掌握LED失效的根本原因，并在生產(chǎn)實踐中加強監(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光源推廣到應用領域。

[1]謝勇.LED封裝工藝常見異常淺析[J].現(xiàn)代顯示，2009.

[2]陳建偉，王海龍.SMTLED封裝用固晶膠的失效分析[J].中國膠粘劑，2009.

[3]斯芳虎.LED燈失效的幾種原因[J].量子質(zhì)量，2009.