淺談LED封裝鍵合線的選用及趨勢(shì)

任會(huì)會(huì) 聶叢偉 崔東輝

摘 要：LED封裝技術(shù)主要涉及到封裝設(shè)計(jì)、封裝材料、封裝設(shè)備、封裝過程、封裝工藝五大方面。其中，封裝材料的選擇會(huì)影響LED封裝產(chǎn)品的合格率、可靠性、熱學(xué)特性及光學(xué)特性等。因此，如何提高光效、降低成本是目前LED封裝市場(chǎng)遇到的技術(shù)瓶頸之一，而解決這一問題的重要原因在于鍵合線的選取。文章中對(duì)封裝市場(chǎng)中所用鍵合線的主要種類進(jìn)行調(diào)研，詳細(xì)分析了焊線過程中影響鍵合的主要原因，對(duì)比生產(chǎn)焊線過程中各類鍵合線的利弊，總結(jié)出鍵合線的應(yīng)用范圍，并對(duì)焊接線選取的發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞：LED封裝；鍵合線；趨勢(shì)

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

發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的電子器件，并具有二極管的特性。不同的發(fā)光二極管可以發(fā)出從紅外到紫外不同波長(zhǎng)的光線。這些芯片與能被激發(fā)的熒光粉之間的不同組合可以制造出全色系的發(fā)光二極管。隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，LED封裝的具體過程大致可分為固晶、焊線、灌膠、測(cè)試、分光五個(gè)階段。LED封裝技術(shù)主要涉及到封裝設(shè)計(jì)、封裝材料、封裝設(shè)備、封裝過程、封裝工藝五大方面。封裝設(shè)計(jì)是先導(dǎo)，封裝材料是基礎(chǔ)，封裝設(shè)備是關(guān)鍵，封裝過程是支柱，封裝工藝是核心。

1 技術(shù)要求

目前，大多數(shù)LED封裝產(chǎn)品的焊接是采用固態(tài)焊接。所謂固態(tài)焊接就是金屬在未達(dá)溶解溫度下之焊接。固態(tài)焊接時(shí)決定要素主要有：1）壓力（bond force）；2）振動(dòng)功率（bond power）；3）焊接時(shí)間（bond time）；4）焊接溫度（temperature）。

然而對(duì)于不同種類得合金線而言，合金線的材質(zhì)不同，焊接時(shí)與電極和支架間鍵合的能力差異甚大。

超聲波金絲球焊線機(jī)的基本原理是超聲能量、溫度、壓力的共同作用下形成焊點(diǎn)，其工藝過程可簡(jiǎn)單表示為：燒球—— 一焊

——拉絲——二焊——斷絲——燒球。

1.1 焊接

所謂的焊接是指端子與端子之間結(jié)合的一種方法。與半導(dǎo)體指有關(guān)的結(jié)合方法。線材焊接的方法可以分為：球到壓環(huán)，壓環(huán)到壓環(huán)，球與球之間的焊接方式。球到壓環(huán)的方式、球到球的方式使用的線材都是金線。壓環(huán)到壓環(huán)方式使用的線材是鋁或銅線。如圖1。

1.2 焊接四要素：功率；壓力；時(shí)間；溫度

所焊線的焊點(diǎn)應(yīng)滿足：第一焊點(diǎn)呈圓形且邊沿有一定厚度、大小一致；第二焊點(diǎn)呈魚尾形、有一定厚度；并且焊線無傷痕，弧形一致。

1.3 鍵合線的檢驗(yàn)

鍵合線進(jìn)料檢驗(yàn)主要是金線外觀和拉力的檢測(cè)，外觀要求金線干凈無塵和整潔，拉力測(cè)試對(duì)進(jìn)料卷數(shù)抽取30%座拉力測(cè)試，取每卷的5～10cm做拉力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果：1.0mil金線拉力必須大于7g，小于或等于7g為不合格；1.2mil金線拉力必須大于15g，小于或者等于15g為不合格。

1.4 工藝要求

焊點(diǎn)要正、焊球光滑一致；無多余焊絲、無掉片、無損傷芯片、無壓傷電極；不同外觀的雙電極芯片焊接要正確的走線方向，雙線不交叉、重疊。

鍵和過程中，鍵合線與芯片電極或鍍銀層之間的粘接力是否達(dá)到生產(chǎn)要求，兩種材質(zhì)的匹配度是否達(dá)到最佳，需考慮如下幾個(gè)因素，鍵合面如圖2。

1）鍵合線材質(zhì)與電極或鍍銀層之間的晶格匹配度，鍵合線的材質(zhì)不同，其膨脹系數(shù)不同，與電極或鍍銀層的晶格匹配度影響其形成共價(jià)鍵的幾率，并且形成的共價(jià)鍵鍵能也不同，因此鍵合線的材質(zhì)最終會(huì)直接影響鍵合拉力值。

2）兩種材質(zhì)鍵合后，熱阻系數(shù)對(duì)其影響。材質(zhì)不同，熱阻不同，產(chǎn)品工作過程中造成的熱能損失及產(chǎn)生的熱效應(yīng)后果不同。

2 對(duì)比分析

焊線是LED生產(chǎn)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是通過焊線機(jī)用鍵合線將LED的支架管腳和LED芯片電極進(jìn)行焊接，這樣才能完成LED芯片的電氣連接，使之發(fā)光。

目前，LED封裝市場(chǎng)中主要用到的鍵合線有金線、銀線、銀合金線、包金線、銅線和鋁線。

2.1 金線

優(yōu)勢(shì)：導(dǎo)電性能高，難以氧化，導(dǎo)電率大，耐腐蝕，韌性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于集成電路，相對(duì)于其他材質(zhì)而言，其最大的優(yōu)點(diǎn)是抗氧化性，特性穩(wěn)定。

2.2 銀線

優(yōu)勢(shì)：價(jià)格便宜，與同等線徑的金絲相比，銀線價(jià)格只有金線的1/5左右。反光性好，產(chǎn)品亮度增加10%左右，導(dǎo)電性好，在與鍍銀支架焊接時(shí)，可焊性比較好，不需要加N2保護(hù)，只要簡(jiǎn)單修改焊線系數(shù)即可。

2.3 包金線線

優(yōu)勢(shì)：良好的導(dǎo)電性能，在超聲波作用下包金線極易與金、銀、銅等介質(zhì)相結(jié)合。

缺點(diǎn)：燒球不好，適用于壓焊。

2.4 銅線

優(yōu)勢(shì)：可節(jié)約鍵合材料成本節(jié)約80%以上，可以在氮?dú)鈿夥障路庋b，生產(chǎn)更安全，克服了金絲鍵合硬度高、易氧化、鍵合力大等缺點(diǎn)，互連強(qiáng)度比金絲還要好，單晶銅絲替代鍵合金絲無需更換生產(chǎn)設(shè)備。

缺點(diǎn)：

1）銅容易被氧化，鍵和工藝不穩(wěn)定。

2）銅的硬度、屈服強(qiáng)度等物理參數(shù)高于金和銀等。

3 總結(jié)

LED封裝鍵合線的選用，金線綜合條件較優(yōu)異，LED產(chǎn)品性能比較高，但金線的價(jià)格較昂貴，適合高端市場(chǎng)。合金線或包金線封裝是鍵合線選取的趨勢(shì)。無線封裝（倒裝）是前沿，省去封裝中的鍵合程序，但增加性能風(fēng)險(xiǎn)。簡(jiǎn)言之，合格的工藝能保證LED器件的質(zhì)量，改進(jìn)的工藝能降低LED器件的成本，先進(jìn)的工藝能提高LED器件的性能。

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