LED小芯片封裝技術難點

　　近年來,，隨著LED芯片材料的發(fā)展,，以及取光結構、封裝技術的優(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品輕,、薄、短,、小的趨勢之外,，單一外延片所能切割的小芯片數量更多了，固定功率下所需使用的芯片數量更少了,，這些對于降低LED的生產支出有很大的幫助,，畢竟”成本”永遠都是個大問題。

　　在大功率照明領域,，采用多個小芯片串并聯(lián)的技術已經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,，在顯示屏應用的領域，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三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、設備投資等考慮,，短時間內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。

　　關于固晶的挑戰(zhàn)

　　固晶膠是固晶制程的關鍵耗材,，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,、玻璃轉移溫度、體積電阻率等等的特性參數,，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,、扭曲應力

　　5.內部組織結構均勻

　　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,、退火條件的不同，將產生不同的線材硬度,、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,、合金線等相關產品的使用,，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鍵,，如圖一所示,。

　　表一、純金線,、高金線,、合金線之相關特性比較表

　　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鍵

　　瓷嘴與焊線參數

　　瓷嘴方面的參數優(yōu)化也很關鍵，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驗來調整出適當的焊線參數如燒球電流、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，而小芯片封裝更是達到此目標的關鍵技術,。要打出好的焊線，除了適當的參數,、正確的瓷嘴外,，選用質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,，小芯片封裝的技術才會更好。