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LED 器件占 LED 顯示屏成本約 40%～70%，LED 顯示屏成本的大幅下降得益于 LED 器件的成本降低。LED 封裝質量的好壞對 LED 顯示屏的質量影響較大。封裝可靠性的關鍵包括芯片材料的選擇、封裝材料的選擇及工藝管控。另外，嚴格的可靠性標準也是檢驗高品質 LED 器件的關鍵。
隨著 LED 顯示屏逐漸向著高端市場的滲透，對 LED 顯示屏器件的品質要求也越來越高。本文就高品質 LED 顯示屏器件封裝實際經驗，探討實現高品質 LED 顯示屏器件的關鍵技術。
1 LED 顯示屏器件封裝的現狀
SMD（Surface Mounted Devices） 指表面貼裝型封裝結構 LED，主要有 PCB 板結構的 LED（ChipLED）和 PLCC 結構的 LED（TOP LED）。本文主要研究 TOP LED，下面文中所提及的 SMD LED 均指的是 TOP LED。
LED 顯示屏器件封裝所用的主要材料組成包括支架、芯片、固晶膠、鍵合線和封裝膠等。下面從封裝材料方面來介紹目前國內的一些基本發展現狀。
1.1 LED 支架
（1）支架的作用。PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）支架是 SMD LED 器件的載體，對 LED 的可靠性、出光等性能起到關鍵作用。
（2）支架的生產工藝。PLCC 支架生產工藝主要包括金屬料帶沖切、電鍍、PPA（聚鄰苯二酰胺）注塑、折彎、五面立體噴墨等工序。其中，電鍍、金屬基板、塑膠材料等占據了支架的主要成本。
（3）支架的結構改進設計。PLCC 支架由于 PPA 和金屬結合是物理結合，在過高溫回流爐后縫隙會變大，從而導致水汽很容易沿著金屬通道進入器件內部從而影響可靠性 。
為提高產品可靠性以滿足高端市場需求的高品質的 LED 顯示器件，部分封裝成廠改進了支架的結構設計，如佛山市國星光電股份有限公司采用先進的防水結構設計、折彎拉伸等方法來延長支架的水汽進入路徑，同時在支架內部增加防水槽、防水臺階、放水孔等多重防水的措施 ，如圖 1 所示。該設計不僅節省了封裝成本，還提高了產品可靠性，目前已經大范圍應用于戶外 LED 顯示屏產品中。通過SAM（Scanning Acoustic Microscope）測試折彎結構設計的 LED 支架封裝后和正常支架的氣密性，結果可以發現采用折彎結構設計的產品氣密性更好，如圖 2 所示。
1.2 芯片
LED 芯片是 LED 器件的核心，其可靠性決定了 LED 器件乃至 LED 顯示屏的壽命、發光性能等。LED 芯片的成本占LED 器件總成本也是最大的。隨著成本的降低，LED 芯片尺寸切割越來越小，同時也帶來了一系列的可靠性問題。LED藍綠芯片的結構如圖 3 所示。
由圖 3 可知，隨著尺寸的縮小，P 電極和 N 電極的 pad也隨之縮小，電極 pad 的縮小直接影響焊線質量，容易在封裝過程和使用過程中導致金球脫離甚至電極自身脫離，最終失效。同時，兩個 pad 間的距離 a 也會縮小，這樣會使得電極處電流密度的過度增大，電流在電極處局部聚集，而分布不均勻的電流嚴重影響了芯片的性能，使得芯片出現局部溫度過高、亮度不均勻、容易漏電、掉電極、甚至發光效率低等問題，最終導致 LED 顯示屏可靠性降低。
1.3 鍵合線
鍵合線是 LED 封裝的關鍵材料之一，它的功能是實現芯片與引腳的電連接，起著芯片與外界的電流導入和導出的作用。LED 器件封裝常用鍵合線包括金線、銅線、鍍鈀銅線以及合金線等。
（1）金線。金線應用最廣泛，工藝最成熟，但價格昂貴，導致 LED 的封裝成本過高。
（2）銅線。銅線代替金絲具有廉價、散熱效果好，焊線過程中金屬間化合物生長數度慢等優點 。缺點是銅存在易氧化、硬度高及應變強度高等。尤其在鍵合銅燒球工藝的加熱環境下，銅表面極易氧化，形成的氧化膜降低了銅線的鍵合性能，這對實際生產過程中的工藝控制提出更高的要求。
（3）鍍鈀銅線。為了防止銅線氧化，鍍鈀鍵合銅絲逐漸受到封裝界的關注。鍍鈀鍵合銅絲具有機械強度高、硬度適中、焊接成球性好等優點非常適用于高密度、多引腳集成電路封裝 。
1.4 膠水
目前，LED 顯示屏器件封裝的膠水主要包括環氧樹脂和有機硅兩類。
（1）環氧樹脂。環氧樹脂易老化、易受濕、耐熱性能差，且短波光照和高溫下容易變色，在膠質狀態時有一定的毒性，熱應力與 LED 不十分匹配，會影響 LED 的可靠性及壽命。所以通常會對環氧樹脂進行攻性。
（2）有機硅。有機硅相比環氧樹脂具有較高的性價比、優良的絕緣性、介電性和密著性。但缺點是氣密性較差，易吸潮。所以很少被使用在 LED 顯示屏器件的封裝應用中。
另外，高品質 LED 顯示屏對顯示效果也提出特別的要求。有些封裝廠采用添加劑的方式來改善膠水的應力，同時達到啞光霧面的效果。
（作者：佛山市國星光電股份有限公司 劉傳標，劉曉鋒，趙 強）
