LED设备约占成本的40%~70%,LED显示屏成本的大幅降低得益于LED设备成本的低廉。产品的质量很大程度上影响着产品的质量。封装可靠性的关键包括芯片材料选择、封装材料选择和工艺控制。随着LED显示屏逐渐渗透高端市场,对LED显示屏的品质要求也在不断提高。
用于封装LED显示器件的主要材料成分包括支架、芯片、芯片粘合剂、连接线和密封胶。表面贴装器件(SMD)是指表面贴装封装LED,主要是PCB结构LED和PLCC结构LED。本文重点介绍TOPLED和下面提到的SMDLED代表TOPLED。下面简单介绍一下我国包装材料的一些基本发展情况。
(1)支架的作用。 PLCC(Plastic Lead Chip Carrier)支架是片式元件的载体,对LED的可靠性和光输出起着重要作用。
(2)支架生产工艺。 PLCC支架的生产工艺主要包括金属带材冲压、电镀、PPA(聚邻苯二甲酰胺)注塑、折弯、3D和3D喷墨等工艺。其中电镀、金属底座、塑料材料构成了脚手架的主要成本。
(3)改进了支架的结构设计。由于PLCC支架与PPA和金属物理结合,过热回流焊炉后的间隙变大,容易使水蒸气沿着金属通道进入设备,影响其可靠性。
为了满足市场对高品质LED显示设备的先进需求,提高产品可靠性,一些封装厂改进了脚手架的结构设计(例如佛山光电有限公司)。设计和弯曲。除了通过拉伸等方法延长展位的蒸汽漏斗外,展位内部还增加了一些防水措施,如防水天沟、防水台阶、排水孔等。这种设计不仅节省了封装成本,还提高了产品可靠性,已在户外得到广泛应用。设计好弧形结构后,利用扫描声学显微镜(SAM)对LED灯头封装与普通灯头的气密性进行测试。因此,采用弧形结构设计的产品具有更高的密封性。
它是LED器件的核心,其可靠性决定了LED器件乃至LED显示屏的寿命和发光性能。从LED安装总成本来看,LED芯片的成本也是最大的。随着成本下降,LED 芯片变得越来越小,并且存在许多可靠性问题。
由于P、N电极焊盘尺寸减小,直接影响焊线质量,因此在封装和使用过程中很容易将支架或电极本身分离。同时,两个焊盘之间的距离A也减小,导致电极电流密度过度增大。电极中的局部积累和电流分布不均匀严重影响芯片的性能,导致芯片局部温度升高。亮度过度和不均匀、漏电、电极脱落以及发光效率低等问题最终降低了LED显示屏的可靠性。
键合线是LED封装的关键材料之一。它是芯片与引脚之间的电气连接,也是芯片与外界之间产生电流和感应的功能。 LED器件封装中常见的连接线有金线、铜线、镀钯铜线和合金线。
(1)黄金。金线是应用最广泛、成熟的工艺,但价格昂贵,导致LED封装成本较高。
(2) 铜线。铜线代替金线具有成本低、散热好、打线时金属间化合物生长缓慢等优点。缺点是铜易氧化,硬度高,变形强度大。特别是在键合铜球烧制过程中的加热环境下,铜表面容易氧化,形成的氧化膜降低了铜线的键合性能。因此,在实际生产过程中对过程控制的要求非常高。
(3) 镀钯铜线。为了防止铜线氧化,铜线与钯的结合越来越受到包装行业的关注。钯键合铜线具有机械强度高、硬度适中、可焊性和球焊性良好等优点,是高密度、多引脚集成电路封装的理想材料。
目前,用于LED显示器件封装的胶粘剂主要有环氧树脂和硅树脂。
(1)环氧树脂。环氧树脂存在老化、润湿性差、耐热性差等问题。在短波照明和高温下很容易变色。它在胶体状态下具有一定的毒性,不适合热应力LED,从而影响LED的可靠性和寿命。因此,环氧树脂经常会腐蚀。
(2)硅。与环氧树脂相比,有机硅具有较高的性价比,良好的绝缘、介电性能和附着力。但缺点是气密性较差,容易吸水。因此,很少用于LED显示器件的封装应用。
另外,高品质的LED显示屏对显示效果有特殊要求。一些包装厂使用添加剂来增加粘合应力,同时实现哑光效果。