LED芯片微小化趨勢(shì)下 小芯片封裝技術(shù)難點(diǎn)解析

近年來(lái)，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(jià)比(lm/$)也越來(lái)越好，在這樣的背景支持之下，LED芯片的微小化已成趨勢(shì)。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(lái)產(chǎn)品輕、薄、短、小的趨勢(shì)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(duì)于降低LED的生產(chǎn)支出有很大的幫助，畢竟”成本”永遠(yuǎn)都是個(gè)大問(wèn)題。

在大功率照明領(lǐng)域，采用多個(gè)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(lái)，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(shí)達(dá)到高效率及高功率的目標(biāo)，雖然有工序較復(fù)雜、信賴性較低等隱憂，但也難以動(dòng)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(gè)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(gè)象素點(diǎn)的尺寸就必須越來(lái)越小，在逐漸朝著”小間距化”方向發(fā)展的同時(shí)，所能使用的R、G、B三色芯片的尺寸也必須越來(lái)越小，藉此滿足市場(chǎng)上高分辨率的要求。從上述趨勢(shì)看來(lái)，如何做好小尺寸芯片的封裝，就成為一個(gè)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(shí)下當(dāng)紅的覆晶封裝(Flip Chip)或是芯片級(jí)封裝(Chip Scale Package，CSP)等其他新制程，礙于當(dāng)前良率、成本、設(shè)備投資等考慮，短時(shí)間內(nèi)還是很難取代原有制程。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(shí)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(jìn)入了”小芯片封裝”的領(lǐng)域之后，首先要克服的難點(diǎn)就是固晶、打線制程會(huì)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(dǎo)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(qiáng)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(jìn)而達(dá)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(guò)多容易產(chǎn)生芯片滑動(dòng)，若是過(guò)少又可能導(dǎo)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(jī)械及電氣性能(如融斷電流、弧長(zhǎng)弧高、球形尺寸等)

2.精確的直徑

3.表面無(wú)劃痕、清潔無(wú)污染

4.無(wú)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(lái)說(shuō)，芯片串聯(lián)的過(guò)程會(huì)涉及到芯片間PadtoPad的打線，若是使用銅線或純銀線來(lái)進(jìn)行焊接會(huì)有作業(yè)性不好及良率不高的問(wèn)題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(huì)跟著下降，將影響到焊線的拉力與信賴性;再來(lái)，隨著各種線材的成分配比、合金的均勻控制，以及拉絲、退火條件的不同，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(xì)的同時(shí)如何能抵抗模流等外力而不至于塌線、拉出來(lái)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(dá)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(shí)可滿足與純金線不相上下的性能，目前也已通過(guò)許多世界級(jí)客戶的認(rèn)可，受到業(yè)界廣泛的使用了。也就是說(shuō)，選用好的高金線或合金線，是降低成本，且同時(shí)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(shí)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(lái)達(dá)到更好的第一焊點(diǎn)強(qiáng)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(dá)到更好的第二焊點(diǎn)強(qiáng)度及魚尾的穩(wěn)定度。當(dāng)然，透過(guò)實(shí)際的狀況配合經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)整出適當(dāng)?shù)暮妇€參數(shù)如燒球電流、焊線時(shí)間、焊線功率…等也是非常重要的。

總的來(lái)說(shuō)，由于優(yōu)勢(shì)明顯，小芯片的應(yīng)用是未來(lái)LED的趨勢(shì)之一，無(wú)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(dá)到此目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。要打出好的焊線，除了適當(dāng)?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，這三者缺一不可，也唯有這三者都完善了，小芯片封裝的技術(shù)才會(huì)更好。