LED显示屏SMD封装不可不说的二三事

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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。

1 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。

1.1 LED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1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2所示。 

1.2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3所示。

由图3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。

1.3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。

1.4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。