高亮度矩陣式LED封裝挑戰和解決方案

圖2. 在引線(xiàn)鍵合前將290m LED矩陣黏附至AuSn上

　　脈沖回流

　　LED封裝工藝的關(guān)鍵，是避免在二極管及其基板的共晶焊料處生成孔洞，產(chǎn)生穩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，以保持器件的熱穩定性?？刂乒簿д澈瞎に囀谦@得高成品率和可靠性的關(guān)鍵。

　　精確的共晶部件粘合包括三點(diǎn)：二極管的拾放，利用可編程的x、y或z軸方向攪拌法對成型前或鍍錫前的器件進(jìn)行在位回流，以及可編程脈沖式加熱或穩態(tài)溫度。要獲得優(yōu)化的熱傳導焊接界面，粘合工藝的溫度曲線(xiàn)必須是可重復的，具有高溫上升速率的能力。當界面溫度升高至適當的共晶溫度時(shí)，加熱機制必須保持在設定好的溫度下，溫度過(guò)沖要盡可能小。經(jīng)過(guò)一定的回流時(shí)間后，系統將控制加熱機制冷卻下來(lái)，將二級管的損傷減至最小，這樣共晶材料就能達到冶金平衡。這種平衡是通過(guò)同時(shí)應用有源熱電脈沖加熱和冷卻氣體來(lái)實(shí)現的。

　　LED矩陣封裝是對溫度非常敏感的工藝，在封裝過(guò)程中需要謹慎控制。在設計在位共晶芯片粘合工藝的回流溫度曲線(xiàn)時(shí)，需要提供恒定的熔化和無(wú)孔洞粘合界面――這對于二極管的溫度平穩輸出以及在LED工作時(shí)保持溫度穩定是必要的。

　　本例采用了金屬線(xiàn)加固脈沖熱量回流。在脈沖加熱周期中，利用一個(gè)伺服系統控制的上升曲線(xiàn)使溫度從預熱溫度上升到回流溫度，與傳統的加熱器相比，這樣溫度過(guò)沖會(huì )很低。溫度曲線(xiàn)的可重復性對該工藝而言是很關(guān)鍵的，它可進(jìn)行適當的共晶浸潤，使孔洞極少且不會(huì )損傷LED。所需的溫度曲線(xiàn)取決于基板所使用的材料、基板的尺寸和焊料的成分。采用只需點(diǎn)擊操作的可編程曲線(xiàn)進(jìn)行浸潤，形成溫度命令曲線(xiàn)。該系統在引線(xiàn)鍵合過(guò)程中捕捉實(shí)際的溫度曲線(xiàn)，具有工藝可追溯性。脈沖式加熱曲線(xiàn)控制使得LED矩陣可進(jìn)行批回流，降低了整體周期時(shí)間并使高溫時(shí)間盡可能的短，可保護對溫度敏感的LED器件。

　　引線(xiàn)鍵合

　　一旦LED粘合后，采用鍵合線(xiàn)完成互連。高密度、高頻率的LED矩陣格式要求LED采用金屬線(xiàn)進(jìn)行互連。盡管有多種引線(xiàn)鍵合的方法，如球形焊和楔形焊，試驗數據表明采用球形焊接機進(jìn)行的鏈狀焊互連可獲得最好的結果。對于標準的球形/針腳焊，先形成球形，再將引線(xiàn)拉至針腳處鍵合，形成LED的互連。鏈形鍵合是球形/針腳焊的變體，針腳并不是終端，在它的上面又進(jìn)行了線(xiàn)圈-針腳復合，以完成鏈式引線(xiàn)鍵合組。圖3顯示了利用引線(xiàn)鍵合機進(jìn)行鏈式焊接，設置一個(gè)球-線(xiàn)弧-中間針腳-線(xiàn)弧-中間針腳-線(xiàn)弧。最后是一個(gè)線(xiàn)弧針腳，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)，但通過(guò)材料選擇和軟件工具對它做進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。鏈形焊使得產(chǎn)率更高，因為它形成標準球形焊不必要形成無(wú)空氣球體。此外由于鏈形焊針腳的形狀，它存在的光閉塞會(huì )較少；并且拉力測試結果也證明它具有更好的拉拔強度。

圖3. 具有安全連接的鏈狀焊

　　LED的矩陣式組裝可獲得更大發(fā)光強度、更高亮度的LED。由于熱的高濃度以及要求高頻引線(xiàn)鍵合連接，這種結構對封裝構成了挑戰。在LED密集的區域中必須精確放置鍵合線(xiàn)，這種連接擁有穩定的線(xiàn)弧形狀，由于熱擾動(dòng)幅度較大，連接強度還應足夠強，以承受機械沖擊和應力。封裝工藝中有三個(gè)步驟很關(guān)鍵。第一個(gè)步驟是高度精確地拾放芯片，能在LED的幾何公差范圍內實(shí)現矩陣式LED應用。第二，有必要使用脈沖式加熱控制批共晶回流芯片粘合工藝進(jìn)行組裝生產(chǎn)、LED保護并獲得較好的熱導性，以及低風(fēng)險、高質(zhì)量的產(chǎn)品性能。第三，鏈式連接為所有的LED提供極好的陣列電氣和機械連接。堅持采用這些封裝工藝可獲得高亮度以及較好的散熱效果，實(shí)現最大的出光效率。