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教你火眼金睛辨是非,慧眼识LED显示屏灯珠
发布日期:2018-03-29 16:30:00   浏览量:

LED器件占led显示屏成本约40%~70%,led显示屏 成本的大幅下降得益于LED器件的成本降低。LED封装质量的好坏对led显示屏 的质量影响较大。封装可 靠性的关键包括芯片材料的选择、封装材 料的选择及工艺管控。另外,严格的 可靠性标准也是检验高品质LED器件的关键。

随着led显示屏 逐渐向着高端市场的渗透,对led显示屏 器件的品质要求也越来越高。本文就高品质led显示屏 器件封装实际经验,探讨实现高品质led显示屏 器件的关键技术。



 


led显示屏 器件封装的现状

SMD(Surface Mounted Devices)指表面 贴装型封装结构LED,主要有PCB板结构的LED(ChipLED)和PLCC结构的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显示屏 器件封装所用的主要材料组成包括支架、芯片、固晶胶、键合线和封装胶等。下面从 封装材料方面来介绍目前国内的一些基本发展现状。 


 

1LED支架

(1)支架的作用。PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)支架是SMD LED器件的载体,对LED的可靠性、出光等 性能起到关键作用。

(2)支架的生产工艺。PLCC支架生 产工艺主要包括金属料带冲切、电镀、PPA(聚邻苯二酰胺)注塑、折弯、五面立体喷墨等工序。其中,电镀、金属基板、塑胶材 料等占据了支架的主要成本。

(3)支架的结构改进设计。PLCC支架由于PPA和金属 结合是物理结合,在过高 温回流炉后缝隙会变大,从而导 致水汽很容易沿着金属通道进入器件内部从而影响可靠性。

为提高 产品可靠性以满足高端市场需求的高品质的LED显示器件,部分封 装成厂改进了支架的结构设计,如佛山 市国星光电股份有限公司采用先进的防水结构设计、折弯拉 伸等方法来延长支架的水汽进入路径,同时在 支架内部增加防水槽、防水台阶、放水孔 等多重防水的措施,如图所示。该设计 不仅节省了封装成本,还提高了产品可靠性,目前已 经大范围应用于户外led显示屏产品中。通过SAM(Scanning Acoustic Microscope)测试折弯结构设计的LED支架封 装后和正常支架的气密性,结果可 以发现采用折弯结构设计的产品气密性更好,如图所示。


 


2芯片

LED芯片是LED器件的核心,其可靠性决定了LED器件乃至led显示屏的寿命、发光性能等。LED芯片的成本占LED器件总 成本也是最大的。随着成本的降低,LED芯片尺 寸切割越来越小,同时也 带来了一系列的可靠性问题。LED蓝绿芯 片的结构如图所示。
 

由上图可知,随着尺寸的缩小,P电极和N电极的pad也随之缩小,电极pad的缩小 直接影响焊线质量,容易在 封装过程和使用过程中导致金球脱离甚至电极自身脱离,最终失效。同时,两个pad间的距离a也会缩小,这样会 使得电极处电流密度的过度增大,电流在 电极处局部聚集,而分布 不均匀的电流严重影响了芯片的性能,使得芯 片出现局部温度过高、亮度不均匀、容易漏电、掉电极、甚至发 光效率低等问题,最终导致led显示屏可靠性降低。


 

3键合线

键合线是LED封装的关键材料之一,它的功 能是实现芯片与引脚的电连接,起着芯 片与外界的电流导入和导出的作用。LED器件封 装常用键合线包括金线、铜线、镀钯铜 线以及合金线等。

(1)金线。金线应用最广泛,工艺最成熟,但价格昂贵,导致LED的封装成本过高。

(2)铜线。铜线代 替金丝具有廉价、散热效果好,焊线过 程中金属间化合物生长数度慢等优点。缺点是铜存在易氧化、硬度高 及应变强度高等。尤其在 键合铜烧球工艺的加热环境下,铜表面极易氧化,形成的 氧化膜降低了铜线的键合性能,这对实 际生产过程中的工艺控制提出更高的要求。

(3)镀钯铜线。为了防止铜线氧化,镀钯键 合铜丝逐渐受到封装界的关注。镀钯键 合铜丝具有机械强度高、硬度适中、焊接成 球性好等优点非常适用于高密度、多引脚集成电路封装。

 

4胶水

目前,led显示屏 器件封装的胶水主要包括环氧树脂和有机硅两类。

(1)环氧树脂。环氧树脂易老化、易受湿、耐热性能差,且短波 光照和高温下容易变色,在胶质 状态时有一定的毒性,热应力与LED不十分匹配,会影响LED的可靠性及寿命。所以通 常会对环氧树脂进行攻性。

(2)有机硅。有机硅 相比环氧树脂具有较高的性价比、优良的绝缘性、介电性和密着性。但缺点是气密性较差,易吸潮。所以很少被使用在led显示屏 器件的封装应用中。

另外,高品质led显示屏 对显示效果也提出特别的要求。有些封 装厂采用添加剂的方式来改善胶水的应力,同时达 到哑光雾面的效果。


 

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