焊线工艺对LED封装光源性能的影响及分析

焊线工艺对LED封装光源性能的影响及分析

王忆1，*关华生1,2黄旭升2龙陈2

（1五邑大学应用物理与材料学院广东江门529020，2广州光为照明科技有限公司广州番禺511400）

一、引言

LED由于体积小、耗电量低、使用寿命长、环保、坚固耐用等特点，开启了第三次照明革命的新时代。环保和节能成为市场热点，LED照明将迎来快速发展时期。现阶段，LED照明行业亟待解决的核心技术难题主要包括外延片、芯片的研发技术以及封装工艺技术。而封装技术的重要性不亚于芯片生产，LED产品中很多问题诸如死灯、电压偏高、波长偏移、亮度降低都有可能是由于对封装工艺问题的认识不足而导致的。

LED封装工艺流程中，焊线是指将金线末端采用电子打火棒打火烧结成金球，再利用焊针经由超声波振荡能量在一定的焊接压力下让金球与焊垫产生相对的摩擦运动，并借由快速摩擦产生的能量使金球与焊垫达到离子程度的熔接。焊线工艺是将芯片跟支架连接起来将电能转化为光能最直接的体现。在焊线工艺里，必须选取好质量较好的相关材料、性能稳定的设备、调节好各项程序参数以及技术员熟练的操作，这样才能保证生产出高品质的半成品，同时也为后续工序稳固了基础。

目前，解决LED死灯和较大光衰等问题是行业内亟待解决的重大技术难题。LED 死灯是影响产品质量、可靠性的主要因素，如何减少和杜绝死灯，提高产品质量和可靠性，是封装及照明应用企业需要解决的关键问题。本论文旨在从LED封装流程中焊线工艺出发，探究由于不正确的焊线操作而导致产品不良的原因，以及分析由此而对产品性能产生的影响。通过修正和改善，从而减少和杜绝产品在焊线工艺出现不良，从而为生产高品质、可靠性高的产品打下了稳固的基础。

本论文将从焊线材料、焊线设备、以及焊线程序以及其参数入手来研究LED内部连线的情况，进而从内部保证产品有良好的电性导通，做到裸晶测试的数据跟所给芯片相关参数相差不大。针对于常见的几种焊线不良的产品，通过修改焊线设备参数以及焊线程序参数来得到合格的产品，并给出初步解决方案。

二、焊线工艺需注意的关键技术

全自动焊线机是由多个系统集成的一种复杂设备。它的控制系统包括计算机系统、运动系统、通信系统、图像系统，各个系统都相互依存，由此组成光机电一体化设备。设备不仅具有高响应、低振动、高效率的特性，而且还有稳定的超声输出、打火系统和高精准的图像捕捉，焊接材料可以由全自动进出料系统来进行全自动循环焊接。超声波焊线机是利用超声波的振动能量，将相同金属或不同金属连接起来的一种方法。焊接时，设备没有给金属输送电流，也没有给予高温，只是将振动的能量通过转换而变成为工作件间的摩擦，使金属焊接面温度有一定的升高，从而发生塑性变形。在焊接初时，在一定静压力作用下，两种金属在焊接接头通过瞬时的熔合和凝结便可实现良好连接。焊接过程不会产生飞溅和氧化等现象。金、银、铜、铝等金属的细丝都能通过超声波焊线机进行单点焊接或者多点焊接。

图1. 常用全自动焊线机

根据焊线工艺的要求，焊线前的准备工作尤为重要，比如1W的单颗大功率碗杯型支架、普瑞45mil的芯片、直径1.2mil的金线等等。软件初始化完毕后，载入的程序如无意外应该是上次关机前保存的焊线程序。如果要做与上次不同的产品，就是把当前的程序删掉，删掉的程序包括工作区域的设置、进出料盒和进料轨道的参数、支架和芯片电极对点及其PR光、金线连接的程序。除此之外，还需要进行以下几个方面的认真检查：（1）完成固晶的半成品要确保支架没有弯曲变形，否则会引起支架掉落或者造成机台卡料从而致使产品不良或降低生产效率；（2）芯片、支架表面无杂物，若有杂物可能导致自动焊接过程中PR光搜索不到点而导致机台显示警告信号，若可以搜索到则瓷嘴直接焊接在杂物上而导致漏焊或者虚焊，严重的可能会使金球焊接不上导致金线断开，更严重的则直接导致瓷嘴阻塞或者撞坏瓷嘴，所以这一步检查非常

有必要；（3）金线的地线必须良好接地，因为焊接本身就是一个回路，回路中有电流通过，若金线地线没有接好，则在焊接过程中会经常出现断线的情况；（4）确保金线线夹里面无杂质，因为焊接过程拉动金线的是靠气体，若有杂物卡住金线，则会导致金球滑球，即是焊接时金球滑离电极中心；（5）焊接温度必须要调节好，包括焊前预热温度、焊接温度和焊后温度，因为温度在焊接过程中有相当重要的作用，而温度随不同的产品而不尽相同，比如某机台的的预热温度是180℃，焊接温度是180℃，焊后温度是100℃。

设置焊球组和焊线组，相对于一些COB产品或者集成产品十分必要，以下几个方面需要认真考虑：（1）一焊线接触时间、接触功率、接触压力：一焊是指焊接在芯片上的金球与电极之间的焊接，时间是先决因素，若没有接触时间，接触功率和接触压力则没有任何意义，此三者将决定金球与电极是否焊接得上；（2）一焊球、二焊线接触时间、接触功率、接触压力：两者都是控制金球与支架之间的焊接，时间是先决因素，若没有接触时间，接触功率和接触压力则没有任何意义，此三者将决定金球与支架是否焊接得上；（3）一焊线时间、功率、压力：时间和功率会同时影响烧出金球的大小，功率和压力会决定金球的大小和厚度，功率过小会致使烧出的金球比较小而厚，功率过大会使金球比较大而扁；压力过小会使拉力测试达不到标准，拉力过大在拉力测试时电极脱落或者压坏芯片；（4）一焊球时间、功率、压力：时间和功率会同时影响烧出金球的大小，功率过小或压力过小都会导致金球太小，也有可能会拉力测试达不到标准，还可能会断E点；功率过大或者压力过大都有可能导致焊不上；（5）二焊线时间、功率、压力：时间就是指鱼尾与支架上金球的键合时间，功率过小会导致鱼尾焊不上，功率过大会导致鱼尾与金球键合中心偏移；压力过小会导致拉力测试达不到标准，压力过大会导致支架上的金球被压得太扁或者鱼尾跟金球焊不上，直接翘线；（6）线弧：常见的线弧模式有三种：第一种是STD-QA，只用一个折点，适合于焊点在芯片边缘时；第二种是STD-SQ，具有平台弧，适用于跨芯片比例小于50%时；第三种是BGA-LAST，具有长平台弧，适用于跨芯片比例大于50%时。

焊线完成后需要进行几项重点检测。一是焊线弧线的的检验，如图2.所示。