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等离子清洗在LED封装工艺中的应用有哪些?

发布时间:2019-05-31 点击次数:183

LED封装工艺

在LED产业链中,上游衬底晶片生产,中游为芯片设计及制造生产,下游为封装与测试。研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的必经之路,从某种意义上讲封装是连接产业与市场之间的纽带,只有封装好才能成为终端产品,从而投入实际应用。LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的,但却与一般分立器件不同,它具有很强的特殊性,不但完成输出电信号、保护管芯正常工作及输出可见光的功能,还要有电参数及光参数的设计及技术要求,所以无法简单地将分立器件的封装用于LED。经过多年来的不断研究与发展,LED封装工艺也发生了很大的变化。

等离子清洗在LED封装工艺中有哪些应用?

LED封装工艺直接影响LED产品的成品率,而封装工艺中出现问题的罪魁祸首99%来源于支架、芯片与基板上的颗粒污染物、氧化物及环氧树脂等污染物,如何去除这些污染物一直是人们关注的问题,等离子清洗作为最近几年发展起来的清洗工艺为这些问题提供了经济有效且无环境污染的解决方案。针对这些不同污染物并根据基板及芯片材料的不同,采用不同的清洗工艺可以得到理想的效果,但是错误的工艺使用则可能会导致产品报废,例如银材料的芯片采用氧等离子工艺则会被氧化发黑甚至报废。所以选择合适的等离子清洗工艺在LED封装中是非常重要的,而熟知等离子清洗原理更是重中之重。一般情况下,颗粒污染物及氧化物采用5%H2+95%Ar的混合气体进行等离子清洗,镀金材料芯片可以采用氧等离子体去除有机物,而银材料芯片则不可以。选择合适的等离子清洗工艺在LED封装中的应用大致分为以下几个方面:

Ø 点银胶前:基板上的污染物会导致银胶呈圆球状,不利于芯片粘贴,而且容易造成芯片手工刺片时损伤,使用等离子清洗可以使工件表面粗糙度及亲水性大大提高,有利于银胶平铺及芯片粘贴,同时可大大节省银胶的使用量,降低成本。
Ø 引线键合前:芯片粘贴到基板上后,经过高温固化,其上存在的污染物可能包含有微粒及氧化物等,这些污染物从物理和化学反应使引线与芯片及基板之间焊接不完全或粘附性差,造成键合强度不够。在引线键合前进行等离子清洗,会显著提高其表面活性,从而提高键合强度及键合引线的拉力均匀性。键合刀头的压力可以较低(有污染物时,键合头要穿透污染物,需要较大的压力),有些情况下,键合的温度也可以降低,因而提高产量,降低成本。 
Ø LED封胶前:在LED注环氧胶过程中,污染物会导致气泡的成泡率偏高,从而导致产品质量及使用寿命低下,所以,避免封胶过程中形成气泡同样是人们关注的问题。通过等离子清洗后,芯片与基板会更加紧密的和胶体相结合,气泡的形成将大大减少,同时也将显著提高散热率及光的出射率。 
通过以上几点可以看出材料表面活化、氧化物及微颗粒污染物的去除可以通过材料表面键合引线的拉力强度及侵润特性直接表现出来。 
某几家LED厂产品封装工艺中以上几点工艺前添加等离子清洗,测量键合引线的拉力强度与未进行等离子清洗相比,键合引线拉力强度有明显增加,但由于产品不同,所以增加的幅度也大小不等,有的只增加12%,有的却可以增加80%,也有的厂家测量的数据反映平均拉力没有明显增加,但是最小键合拉力却明显提高,对于确保产品可靠性来说,这仍然是十分有益的。图3为某LED厂家一批氧化的LED等离子清洗前后对比,图4为某LED厂家对一批LED在等离子清洗前后进行的键合引线拉力对比图。 


等离子清洗过后,检测芯片与基板清洗效果的另一指标为其表面的浸润特性,通过对几家产品进行实验检测表明未进行等离子清洗的样品接触角大约为40°~68°左右;表面进行化学反应机制等离子体清洗的样品接触角大约为10°~17°左右;表面进行物理反应机制等离子体清洗过的样品接触角为20°~28°左右。不同厂家、不同产品及不同清洗工艺的清洗效果是不同的,浸润特性的提高表明在上述几点封装工艺前进行等离子清洗是十分有益的。图5为等离子清洗前后在某种LED工件表面滴落7微升纯净水并利用ji进行检测的接触角对比。 

5 结束语 
近年来,由于半导体光电子技术的进步,LED的发光效率迅速提高,预示着一个新光源时代即将到来。就发光二极管的技术潜力和发展趋势来看,其发光效率将达到400lm/w以上,远远超过当前关效最高的高强度气体放电灯,成为世界上最亮的光源。因此,业界认为,半导体照明的创造照明产业的第四次革命。而有利于环保、清洗均匀性好、重复性好、可控性强、具有三维处理能力及方向性选择处理的等离子清洗工艺应用到LED封装工艺中,必将推动LED产业更加快速的发展。


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