LED小芯片封裝技術(shù)難點(diǎn)解析

　　近年來(lái)，隨著(zhù)LED芯片材料的發(fā)展，以及取光結構、封裝技術(shù)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?xún)r(jià)比（lm/$）也越來(lái)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(lái)產(chǎn)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(chǎn)支出有很大的幫助，畢竟”成本”永遠都是個(gè)大問(wèn)題。

　　在大功率照明領(lǐng)域，采用多個(gè)小芯片串并聯(lián)的技術(shù)已經(jīng)使用的很成熟也很廣泛。和單一大功率芯片比起來(lái)，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(shí)達到高效率及高功率的目標，雖然有工序較復雜、信賴(lài)性較低等隱憂(yōu)，但也難以動(dòng)搖它的地位。其次，在顯示屏應用的領(lǐng)域，RGB多芯片封裝是一個(gè)主流的工藝，隨著(zhù)象素的密度越高（即分辨率越高），單位面積下單個(gè)象素點(diǎn)的尺寸就必須越來(lái)越小，在逐漸朝著(zhù)”小間距化”方向發(fā)展的同時(shí)，所能使用的R、G、B叁色芯片的尺寸也必須越來(lái)越小，藉此滿(mǎn)足市場(chǎng)上高分辨率的要求。從上述趨勢看來(lái)，如何做好小尺寸芯片的封裝，就成為一個(gè)重要的課題。

　　在LED封裝的技術(shù)中，目前仍是以傳統固晶、打線(xiàn)的制程為主，至于時(shí)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(shí)間內還是很難取代塬有制程。隨著(zhù)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(shí)芯片上的電極必須跟著(zhù)變小，使用的鍵合線(xiàn)的線(xiàn)徑也必須減小，所搭配的瓷嘴也必須同步優(yōu)化。因此，進(jìn)入了”小芯片封裝”的領(lǐng)域之后，首先要克服的難點(diǎn)就是固晶、打線(xiàn)制程會(huì )用到的固晶膠、鍵合線(xiàn)、瓷嘴。

　　關(guān)于固晶的挑戰

　　固晶膠是固晶制程的關(guān)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(jìn)而達到了不同的固晶效果及信賴(lài)性。此外，隨著(zhù)芯片尺寸的縮小，固晶膠的使用量也必須減小，如果膠量過(guò)多容易產(chǎn)生芯片滑動(dòng)，若是過(guò)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(mén)藝術(shù)了。

　　如何選用鍵合線(xiàn)材

　　所謂好的鍵合線(xiàn)材，必須具備以下要求：

　　1.滿(mǎn)足客戶(hù)規范的機械及電氣性能（如融斷電流、弧長(cháng)弧高、球形尺寸等）

　　2.精確的直徑

　　3.表面無(wú)劃痕、清潔無(wú)污染

　　4.無(wú)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(xiàn)徑線(xiàn)材又可能面臨多芯片間串并聯(lián)，或是植球型焊線(xiàn)如BSOB（Bond Stick On Ball）、BBOS（Bond Ball On Stitch）等特殊打線(xiàn)手法的需求，更是制線(xiàn)工藝上的挑戰，舉例來(lái)說(shuō)，芯片串聯(lián)的過(guò)程會(huì )涉及到芯片間Pad to Pad的打線(xiàn)，若是使用銅線(xiàn)或純銀線(xiàn)來(lái)進(jìn)行焊接會(huì )有作業(yè)性不好及良率不高的問(wèn)題，遠遠不及純金及高金、合金線(xiàn)的表現，這些都是要納入考慮的。

　　此外，隨著(zhù)線(xiàn)徑變小，鍵合線(xiàn)的荷重（Breaking load，BL）會(huì )跟著(zhù)下降，將影響到焊線(xiàn)的拉力與信賴(lài)性；再來(lái)，隨著(zhù)各種線(xiàn)材的成分配比、合金的均勻控制，以及拉絲、煺火條件的不同，將產(chǎn)生不同的線(xiàn)材硬度、荷重、延伸率（Elongation，EL）、熱影響區（Heat Affection Zone，HAZ）及電阻等特性，在焊線(xiàn)變細的同時(shí)如何能抵抗模流等外力而不至于塌線(xiàn)、拉出來(lái)的線(xiàn)弧形態(tài)如何能穩定不損傷、需要的焊線(xiàn)推拉力數值如何能達成、怎樣控管好小線(xiàn)徑的尺寸、如何在不影響主要特性的情況下替客戶(hù)降低成本，并且維持線(xiàn)材的抗硫化性等等，都是鍵合線(xiàn)供貨商可以努力的方向。關(guān)于不同的鍵合線(xiàn)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，藉由高金線(xiàn)、合金線(xiàn)等相關(guān)產(chǎn)品的使用，不僅能降低20%-40%成本，同時(shí)可滿(mǎn)足與純金線(xiàn)不相上下的性能，目前也已通過(guò)許多世界級客戶(hù)的認可，受到業(yè)界廣泛的使用了。也就是說(shuō)，選用好的高金線(xiàn)或合金線(xiàn)，是降低成本，且同時(shí)做好小芯片封裝的關(guān)鍵，如圖一所示。

　　表一、純金線(xiàn)、高金線(xiàn)、合金線(xiàn)之相關(guān)特性比較表

　　圖一、選用好的高金線(xiàn)或合金線(xiàn)，是降低成本，且同時(shí)做好小芯片封裝的關(guān)鍵

　　瓷嘴與焊線(xiàn)參數

　　瓷嘴方面的參數優(yōu)化也很關(guān)鍵，在鍵合線(xiàn)徑必須減小以符合電極焊盤(pán)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(lái)達到更好的第一焊點(diǎn)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(diǎn)強度及魚(yú)尾的穩定度。當然，透過(guò)實(shí)際的狀況配合經(jīng)驗來(lái)調整出適當的焊線(xiàn)參數如燒球電流、焊線(xiàn)時(shí)間、焊線(xiàn)功率…等也是非常重要的。

　　總的來(lái)說(shuō)，由于優(yōu)勢明顯，小芯片的應用是未來(lái)LED的趨勢之一，無(wú)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(guān)，而小芯片封裝更是達到此目標的關(guān)鍵技術(shù)。要打出好的焊線(xiàn)，除了適當的參數、正確的瓷嘴外，選用質(zhì)量好的鍵合線(xiàn)也是非常重要的，這叁者缺一不可，也唯有這叁者都完善了，小芯片封裝的技術(shù)才會(huì )更好。（作者：廖藝澤（1985-），臺灣臺北人，從事LED封裝方面的相關(guān)研究）

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