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SMD顯示屏

簡介

SMD-LED顯示屏 應(yīng)用領(lǐng)域 應(yīng)用于應(yīng)急指揮、地鐵、交通、部隊、公安、交警、武警、消防、電力、水利、VR等多行業(yè)及領(lǐng)域,滿足用戶的對高清晰顯示屏的需求。

LED器件占LED 顯示屏成本約 40%70%LED顯示屏成本的大幅下降得益于LED器件的成本降低。LED封裝質(zhì)量的好壞對 LED顯示屏的質(zhì)量影響較大。封裝可靠性的關(guān)鍵包括芯片材料的選擇、封裝材料的選擇及工藝管控。另外,嚴(yán)格的可靠性標(biāo)準(zhǔn)也是檢驗高品質(zhì)LED器件的關(guān)鍵。



隨著LED顯示屏逐漸向著高端市場的滲透,對LED顯示屏器件的品質(zhì)要求也越來越高。本文就高品質(zhì)LED顯示屏器件封裝實際經(jīng)驗,探討實現(xiàn)高品質(zhì)LED顯示屏器件的關(guān)鍵技術(shù)。



LED顯示屏器件封裝的現(xiàn)狀



SMD(Surface Mounted Devices) 指表面貼裝型封裝結(jié)構(gòu)LED,主要有PCB板結(jié)構(gòu)的 LED(ChipLED)PLCC 結(jié)構(gòu)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 LEDLED顯示屏器件封裝所用的主要材料組成包括支架、芯片、固晶膠、鍵合線和封裝膠等。下面從封裝材料方面來介紹目前國內(nèi)的一些基本發(fā)展現(xiàn)狀。



1LED支架



(1) 支架的作用。PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)支架是 SMD LED 器件的載體,對 LED 的可靠性、出光等性能起到關(guān)鍵作用。



(2) 支架的生產(chǎn)工藝。PLCC 支架生產(chǎn)工藝主要包括金屬料帶沖切、電鍍、PPA(聚鄰苯二酰胺)注塑、折彎、五面立體噴墨等工序。其中,電鍍、金屬基板、塑膠材料等占據(jù)了支架的主要成本。



(3) 支架的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計。PLCC 支架由于 PPA 和金屬結(jié)合是物理結(jié)合,在過高溫回流爐后縫隙會變大,從而導(dǎo)致水汽很容易沿著金屬通道進(jìn)入器件內(nèi)部從而影響可靠性。



為提高產(chǎn)品可靠性以滿足高端市場需求的高品質(zhì)的LED顯示器件,部分封裝成廠改進(jìn)了支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,如佛山市國星光電股份有限公司采用先進(jìn)的防水結(jié)構(gòu)設(shè)計、折彎拉伸等方法來延長支架的水汽進(jìn)入路徑,同時在支架內(nèi)部增加防水槽、防水臺階、放水孔等多重防水的措施,如圖 1 所示。該設(shè)計不僅節(jié)省了封裝成本,還提高了產(chǎn)品可靠性,目前已經(jīng)大范圍應(yīng)用于戶外 LED 顯示屏產(chǎn)品中。通過SAM(Scanning Acoustic Microscope)測試折彎結(jié)構(gòu)設(shè)計的LED支架封裝后和正常支架的氣密性,結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)采用折彎結(jié)構(gòu)設(shè)計的產(chǎn)品氣密性更好,如圖2所示。











2、芯片



LED芯片是LED器件的核心,其可靠性決定了LED器件乃至LED顯示屏的壽命、發(fā)光性能等。LED芯片的成本占LED器件總成本也是最大的。隨著成本的降低,LED芯片尺寸切割越來越小,同時也帶來了一系列的可靠性問題。LED藍(lán)綠芯片的結(jié)構(gòu)如圖3所示。







由圖3可知,隨著尺寸的縮小,P電極和N電極的pad也隨之縮小,電極pad的縮小直接影響焊線質(zhì)量,容易在封裝過程和使用過程中導(dǎo)致金球脫離甚至電極自身脫離,最終失效。同時,兩個 pad 間的距離a也會縮小,這樣會使得電極處電流密度的過度增大,電流在電極處局部聚集,而分布不均勻的電流嚴(yán)重影響了芯片的性能,使得芯片出現(xiàn)局部溫度過高、亮度不均勻、容易漏電、掉電極、甚至發(fā)光效率低等問題,最終導(dǎo)致LED顯示屏可靠性降低。



3、鍵合線



鍵合線是LED封裝的關(guān)鍵材料之一,它的功能是實現(xiàn)芯片與引腳的電連接,起著芯片與外界的電流導(dǎo)入和導(dǎo)出的作用。LED器件封裝常用鍵合線包括金線、銅線、鍍鈀銅線以及合金線等。



(1) 金線。金線應(yīng)用最廣泛,工藝最成熟,但價格昂貴,導(dǎo)致LED的封裝成本過高。



(2) 銅線。銅線代替金絲具有廉價、散熱效果好,焊線過程中金屬間化合物生長數(shù)度慢等優(yōu)點 。缺點是銅存在易氧化、硬度高及應(yīng)變強(qiáng)度高等。尤其在鍵合銅燒球工藝的加熱環(huán)境下,銅表面極易氧化,形成的氧化膜降低了銅線的鍵合性能,這對實際生產(chǎn)過程中的工藝控制提出更高的要求。



(3) 鍍鈀銅線。為了防止銅線氧化,鍍鈀鍵合銅絲逐漸受到封裝界的關(guān)注。鍍鈀鍵合銅絲具有機(jī)械強(qiáng)度高、硬度適中、焊接成球性好等優(yōu)點非常適用于高密度、多引腳集成電路封裝。



4、膠水



目前,LED顯示屏器件封裝的膠水主要包括環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅兩類。



(1) 環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂易老化、易受濕、耐熱性能差,且短波光照和高溫下容易變色,在膠質(zhì)狀態(tài)時有一定的毒性,熱應(yīng)力與LED不十分匹配,會影響LED的可靠性及壽命。所以通常會對環(huán)氧樹脂進(jìn)行攻性。



(2) 有機(jī)硅。有機(jī)硅相比環(huán)氧樹脂具有較高的性價比、優(yōu)良的絕緣性、介電性和密著性。但缺點是氣密性較差,易吸潮。所以很少被使用在 LED 顯示屏器件的封裝應(yīng)用中。



另外,高品質(zhì)LED顯示屏對顯示效果也提出特別的要求。有些封裝廠采用添加劑的方式來改善膠水的應(yīng)力,同時達(dá)到啞光霧面的效果。

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