深度講解高亮度矩陣式LED封裝技術(shù)和解決方案
近幾年發(fā)光二極管(LED)的應(yīng)用在不斷增長(zhǎng)不折不扣,其市場(chǎng)覆蓋范圍很廣各方面,包括像指示燈、聚光燈和頭燈這樣的汽車照明應(yīng)用至關重要,像顯示背光和照相機(jī)閃光燈這樣的照相功能達到,像LED顯示器背光和投射系統(tǒng)這樣的消費(fèi)產(chǎn)品智能設備,像建筑物的特色照明和標(biāo)志這樣的建筑應(yīng),以及許多其他方面的應(yīng)用蓬勃發展。LED亮度高特點、發(fā)光效率高且反應(yīng)速度快提高鍛煉。由于耗能低,使用壽命長(zhǎng)凝聚力量,放熱少且可發(fā)出彩色光的特點(diǎn)有所提升,已經(jīng)在很多方面替代了白熾燈。
隨著LED效率的不斷提高新的力量,產(chǎn)生的每瓦特流明量不斷增大先進水平,利用LED進(jìn)行通用照明變得越來(lái)越接近實(shí)際。比如在2003年去創新,一個(gè)相當(dāng)于3000流明的熒光燈管需要采用超過(guò)1300個(gè)效率為30流明/瓦的LED才能獲得相當(dāng)?shù)男Ч銐虻膶嵙。但?005年,獲得同樣的熒光燈管發(fā)光效果所需的LED數(shù)目減少了20倍結構,只需50個(gè)左右更適合,每個(gè)LED的發(fā)光效率為50流明/瓦或者更高,發(fā)光強(qiáng)度為60流明溝通協調。
LED照明水平
LED生產(chǎn)有四個(gè)環(huán)節(jié)要素配置改革,或著說(shuō)涉及四個(gè)領(lǐng)域。第一個(gè)環(huán)節(jié)稱作產(chǎn)品環(huán)節(jié)0保障性,指生產(chǎn)器件本身帶動產業發展。第二個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)品環(huán)節(jié)1是一級(jí)封裝,這指通過(guò)芯片黏附和引線鍵合的方法將器件連接至電源上十分落實,形成表面安裝封裝倍增效應。第三個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)品環(huán)節(jié)2指二級(jí)封裝。將多個(gè)一級(jí)封裝放在一起製造業,形成像外部信號(hào)或室外照明燈應(yīng)用所需的光輸出優化服務策略。第四個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)品環(huán)節(jié)3是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或解決方案進(jìn)行系統(tǒng)封裝。
一級(jí)LED 封裝包括單個(gè)LED和復(fù)雜的LED矩陣的封裝發展基礎。在標(biāo)準(zhǔn)的LED陣列中兩個角度入手,每個(gè)LED被連接至基板電極上。LED可分開(kāi)處理或連接在一起同期。這種類型的封裝多數(shù)是利用環(huán)氧樹(shù)脂粘黏芯片生產效率。對(duì)于高亮度LED應(yīng)用,如室外照明或尾部投射屏幕照明效果,需要采用矩陣結(jié)構(gòu)的LED使用。在這種結(jié)構(gòu)里,將LED進(jìn)行緊密的行與列的排列密度增加,以獲得盡可能多的光主要抓手。圖1是LED矩陣圖,它們一起可發(fā)出巨大的流明量全過程。LED的數(shù)目和排列緊密程度要求芯片黏附材料的導(dǎo)熱性能良好集成應用,以保持LED盡可能低溫。
圖1 LED矩陣圖
矩陣式LED封裝是生產(chǎn)中許多系統(tǒng)的基礎(chǔ)不負眾望。它們的新近流行是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)能獲得更多的流明每瓦功率高效流通。不過(guò)與單芯片封裝相比,矩陣式LED封裝對(duì)于芯片粘合劑和引線鍵合帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)精準調控。高亮度LED應(yīng)用要求熱傳輸最大功能,才能滿足性能要求。
封裝高亮度LED
矩陣式LED工藝步驟包括材料準(zhǔn)備解決、芯片的取放預期、脈沖回流、清潔幅度、引線鍵合及測(cè)試結構。下面的討論將主要集中在脈沖回流(低溫共晶鍵合)和引線鍵合步驟。示例為9 8的290祄LED矩陣貢獻,采用AuSn粘合法規模最大。LED在列方向被電氣連接在一起。目的是利用冶金共晶互連將LED和基板連在一起統籌,根據(jù)部件容差(約 1mil的空隙)將LED盡可能緊密地布置最深厚的底氣。圖2所示為該290祄LED矩陣。
圖2 引線鍵合前將290微米LED黏附至AuSn上
脈沖回流
LED封裝工藝的關(guān)鍵振奮起來,是避免在二極管和其基板的共晶焊料處產(chǎn)生孔洞品質,產(chǎn)生穩(wěn)定光傳輸所需的熱連接和電連接由焊料完成。共晶芯片粘合劑將二極管產(chǎn)生的巨大熱能傳輸出去深入各系統,以保持器件的熱穩(wěn)定性解決問題。控制共晶粘合工藝是獲得高成品率和可靠性的關(guān)鍵規定。
精確的共晶部件粘合包括二極管的取放環境、利用可編程的x、y或z軸方向攪拌對(duì)成型前或鍍錫前的器件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)回流高質量,以及可編程脈沖加熱或穩(wěn)態(tài)溫度相對簡便。要獲得優(yōu)化的熱傳導(dǎo)焊接界面,粘合工藝的溫度曲線必須是可重復(fù)的流程,具有高溫上升速率的能力表現。當(dāng)界面溫度升高至適當(dāng)?shù)墓簿囟葧r(shí),加熱機(jī)制必須保持在設(shè)定好的溫度下深刻變革,溫度過(guò)沖要盡可能小結論。經(jīng)過(guò)一段必須的回流時(shí)間后,加熱機(jī)制必須能夠控制冷卻質生產力,使對(duì)二極管的損傷盡可能小適應性強,使得共晶材料能達(dá)到冶金學(xué)平衡技術交流。這種平衡是通過(guò)同時(shí)應(yīng)用有源熱電脈沖加熱和冷卻氣體實(shí)現(xiàn)的。
LED矩陣封裝是對(duì)溫度非常敏感的工藝拓展,在封裝過(guò)程中需要謹(jǐn)慎控制撛旄,F(xiàn)場(chǎng)共晶芯片粘合工藝的回流溫度曲線的設(shè)計(jì)要提供恒定的熔化和無(wú)孔洞粘合界面。這對(duì)于將熱量從二極管穩(wěn)定傳出和在LED工作時(shí)保持溫度穩(wěn)定是必須的不斷進步。
本例采用了金屬線加固脈沖熱量回流工藝技術。在脈沖加熱周期中,利用一個(gè)伺服系統(tǒng)控制的上升曲線使溫度從預(yù)熱溫度上升到回流溫度規模,與傳統(tǒng)的加熱系統(tǒng)相比近年來,這樣溫度過(guò)沖會(huì)很低。溫度曲線的可重復(fù)性對(duì)于該工藝是很關(guān)鍵的發展目標奮鬥,它可進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓簿Ы䴘?rùn)技術先進,使孔洞極少且不會(huì)損傷LED。所需的溫度曲線取決于基板所使用的材料作用、基板的尺寸和焊料的成分情況正常。采用只需點(diǎn)擊的可編程曲線進(jìn)行浸潤(rùn),形成溫度命令曲線技術特點。該系統(tǒng)在引線鍵合過(guò)程中抓取實(shí)際的溫度曲線提高鍛煉,具有工藝可追溯性。脈沖加熱曲線控制使得LED矩陣可進(jìn)行批回流凝聚力量,降低了整體周期時(shí)間和使高溫時(shí)間盡可能低有所提升,可保護(hù)對(duì)溫度敏感的LED器件。
引線鍵合
將LED粘合后新的力量,采用鍵合線完成互連先進水平。高密度、高頻率的LED矩陣格式要求LED采用金屬線進(jìn)行互連全面展示。盡管有多種引線鍵合方法重要平臺,如球形焊和楔形焊,試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明采用球形焊接機(jī)進(jìn)行的鏈狀焊互連可獲得最好結(jié)果共同學習。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的球形/針腳焊順滑地配合,先形成球形,再將引線拉至針腳處鍵合效高,形成LED的互連前沿技術。鏈形鍵合是球形 /針腳焊的變體,針腳并不是終端性能,在其上又進(jìn)行了線圈-針腳復(fù)合多種方式,以完成鏈?zhǔn)揭鍵合組。圖3顯示了利用引線鍵合機(jī)進(jìn)行鏈?zhǔn)胶附樱O(shè)置一個(gè)球-線弧-中間針腳-線弧-中間針腳-線弧深入交流研討。最后是一個(gè)線弧針腳資料,隨后在每個(gè)終端針腳上形成一個(gè)球形針腳保證連接。這并不是全新的技術(shù)關註度,但通過(guò)材料選擇和軟件工具對(duì)其做出了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)堅定不移。鏈形焊使得產(chǎn)率更高,因?yàn)樗纬蓸?biāo)準(zhǔn)球形焊不必要形成無(wú)空氣球體更讓我明白了。此外由于鏈形焊針腳圖形,存在的光閉塞會(huì)較少積極,并且拉力測(cè)試結(jié)果證明它具有更好的拉拔強(qiáng)度探索。
圖3 具有安全連接的鏈狀焊
結(jié)論
將LED進(jìn)行矩陣式組裝可獲得更高密度、更高亮度的LED產業。由于熱的高濃度以及要求高頻引線鍵合連接滿意度,這種結(jié)構(gòu)對(duì)封裝構(gòu)成了挑戰(zhàn)。在LED密集的區(qū)域中必須精確放置鍵合線可持續,這種連接擁有穩(wěn)定的線弧形狀主要抓手,由于較大的熱擾動(dòng),連接強(qiáng)度還應(yīng)足夠強(qiáng)構建,以承受機(jī)械沖擊和應(yīng)力創新科技。封裝工藝中有三個(gè)步驟很關(guān)鍵。第一個(gè)步驟是高度精確地取放芯片共創輝煌,以在LED的幾何公差范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)矩陣式LED應(yīng)用具有重要意義。第二,有必要應(yīng)用脈沖加熱控制批共晶回流芯片粘合工藝進(jìn)行組裝生產(chǎn)大部分、LED保護(hù)以及較好的熱導(dǎo)性強大的功能,同時(shí)提供高質(zhì)量和低風(fēng)險(xiǎn)性能。第三機構,鏈?zhǔn)竭B接為所有的LED提供極好的的陣列電氣和機(jī)械連接的特性。采用這些封裝工藝可獲得高亮度效果,同時(shí)還實(shí)現(xiàn)散熱和最大的出光效率基礎。