LED小芯片封裝技術(shù)難點解析

　　近年來，隨著LED芯片材料的發(fā)展，以及取光結(jié)構(gòu)、封裝技術(shù)的優(yōu)化，單芯片尺寸的功率（W）越做越高，芯片的光效（lm/W）、性價比（lm/$）也越來越好，在這樣的背景支持之下，LED芯片的微小化已成趨勢。芯片尺寸微小化背后的含意，除了發(fā)光組件的總體尺寸能更佳符合未來產(chǎn)品輕、薄、短、小的趨勢之外，單一外延片所能切割的小芯片數(shù)量更多了，固定功率下所需使用的芯片數(shù)量更少了，這些對于降低LED的生產(chǎn)支出有很大的幫助，畢竟”成本”永遠都是個大問題。

　　在大功率照明領(lǐng)域，采用多個小芯片串并聯(lián)的技術(shù)已經(jīng)使用的很成熟也很廣泛。和單一大功率芯片比起來，此工藝的芯片成本較低，整體的散熱性也更好、光效更高、光衰更慢，可同時達到高效率及高功率的目標，雖然有工序較復(fù)雜、信賴性較低等隱憂，但也難以動搖它的地位。其次，在顯示屏應(yīng)用的領(lǐng)域，RGB多芯片封裝是一個主流的工藝，隨著象素的密度越高（即分辨率越高），單位面積下單個象素點的尺寸就必須越來越小，在逐漸朝著”小間距化”方向發(fā)展的同時，所能使用的R、G、B叁色芯片的尺寸也必須越來越小，藉此滿足市場上高分辨率的要求。從上述趨勢看來，如何做好小尺寸芯片的封裝，就成為一個重要的課題。

　　在LED封裝的技術(shù)中，目前仍是以傳統(tǒng)固晶、打線的制程為主，至于時下當紅的覆晶封裝（Flip Chip）或是芯片級封裝（Chip Scale Package，CSP）等其他新制程，礙于當前良率、成本、設(shè)備投資等考慮，短時間內(nèi)還是很難取代塬有制程。隨著芯片尺寸的縮小，最直接影響到的就是固晶制程的難易度；同時芯片上的電極必須跟著變小，使用的鍵合線的線徑也必須減小，所搭配的瓷嘴也必須同步優(yōu)化。因此，進入了”小芯片封裝”的領(lǐng)域之后，首先要克服的難點就是固晶、打線制程會用到的固晶膠、鍵合線、瓷嘴。

　　關(guān)于固晶的挑戰(zhàn)

　　固晶膠是固晶制程的關(guān)鍵耗材，它的作用包含了固定芯片、（導電）及散熱，其主要成分由高分子或是銀粉加高分子材料所組成。藉由成分配比的不同，形成了不同的剪切強度、觸變指數(shù)、玻璃轉(zhuǎn)移溫度、體積電阻率等等的特性參數(shù)，進而達到了不同的固晶效果及信賴性。此外，隨著芯片尺寸的縮小，固晶膠的使用量也必須減小，如果膠量過多容易產(chǎn)生芯片滑動，若是過少又可能導致芯片因粘不緊而掉落，這其中該如何拿捏也是一門藝術(shù)了。

　　如何選用鍵合線材

　　所謂好的鍵合線材，必須具備以下要求：

　　1.滿足客戶規(guī)范的機械及電氣性能（如融斷電流、弧長弧高、球形尺寸等）

　　2.精確的直徑

　　3.表面無劃痕、清潔無污染

　　4.無彎曲、扭曲應(yīng)力

　　5.內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均勻

　　除了上述要求之外，小線徑線材又可能面臨多芯片間串并聯(lián)，或是植球型焊線如BSOB（Bond Stick On Ball）、BBOS（Bond Ball On Stitch）等特殊打線手法的需求，更是制線工藝上的挑戰(zhàn)，舉例來說，芯片串聯(lián)的過程會涉及到芯片間Pad to Pad的打線，若是使用銅線或純銀線來進行焊接會有作業(yè)性不好及良率不高的問題，遠遠不及純金及高金、合金線的表現(xiàn)，這些都是要納入考慮的。

　　此外，隨著線徑變小，鍵合線的荷重（Breaking load，BL）會跟著下降，將影響到焊線的拉力與信賴性；再來，隨著各種線材的成分配比、合金的均勻控制，以及拉絲、煺火條件的不同，將產(chǎn)生不同的線材硬度、荷重、延伸率（Elongation，EL）、熱影響區(qū)（Heat Affection Zone，HAZ）及電阻等特性，在焊線變細的同時如何能抵抗模流等外力而不至于塌線、拉出來的線弧形態(tài)如何能穩(wěn)定不損傷、需要的焊線推拉力數(shù)值如何能達成、怎樣控管好小線徑的尺寸、如何在不影響主要特性的情況下替客戶降低成本，并且維持線材的抗硫化性等等，都是鍵合線供貨商可以努力的方向。關(guān)于不同的鍵合線特性的不同可參考下方比較表，從表中我們可以很清楚地發(fā)現(xiàn)，藉由高金線、合金線等相關(guān)產(chǎn)品的使用，不僅能降低20%-40%成本，同時可滿足與純金線不相上下的性能，目前也已通過許多世界級客戶的認可，受到業(yè)界廣泛的使用了。也就是說，選用好的高金線或合金線，是降低成本，且同時做好小芯片封裝的關(guān)鍵，如圖一所示。

　　表一、純金線、高金線、合金線之相關(guān)特性比較表

　　圖一、選用好的高金線或合金線，是降低成本，且同時做好小芯片封裝的關(guān)鍵

　　瓷嘴與焊線參數(shù)

　　瓷嘴方面的參數(shù)優(yōu)化也很關(guān)鍵，在鍵合線徑必須減小以符合電極焊盤尺寸的前提下，可選用單倒角形態(tài)配合針頭表面粗糙化的瓷嘴來達到更好的第一焊點強度；此外，使用較大的針頭直徑（T）、表面角度（FA）搭配較小的外弧半徑（OR）可達到更好的第二焊點強度及魚尾的穩(wěn)定度。當然，透過實際的狀況配合經(jīng)驗來調(diào)整出適當?shù)暮妇€參數(shù)如燒球電流、焊線時間、焊線功率…等也是非常重要的。

　　總的來說，由于優(yōu)勢明顯，小芯片的應(yīng)用是未來LED的趨勢之一，無論是大功率照明或是小間距顯示屏的發(fā)展都與此息息相關(guān)，而小芯片封裝更是達到此目標的關(guān)鍵技術(shù)。要打出好的焊線，除了適當?shù)膮?shù)、正確的瓷嘴外，選用質(zhì)量好的鍵合線也是非常重要的，這叁者缺一不可，也唯有這叁者都完善了，小芯片封裝的技術(shù)才會更好。（作者：廖藝澤（1985-），臺灣臺北人，從事LED封裝方面的相關(guān)研究）

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