于雯雯

（大連職業(yè)技術學院 電氣電子工程學院，遼寧 大連 116037）

LED封裝檢測實習中常見問題的分析及解決方案

于雯雯

（大連職業(yè)技術學院 電氣電子工程學院，遼寧 大連 116037）

發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,LED）封裝品質對LED的光效有著重要影響，通過對LED封裝工藝品質要求的分析，總結出LED封裝檢測實習過程中常見問題并提出相應解決方案，從而使學生對封裝品質問題有明確地認識，使得學生在實習操作中更有針對性，提高學生LED封裝檢測的能力，降低實習過程中的廢品率。

LED封裝；檢測；分析；解決方案

LED作為第四代光源相對于傳統(tǒng)光源，具有效率高、光色純、能耗低、壽命長、可靠耐用、應用靈活、安全、響應快、無污染、控制靈活等優(yōu)點[1]。目前已廣泛應用于室外照明、景觀裝飾、大面積室外顯示屏、狀態(tài)指示、標志照明、信號顯示、液晶顯示器的背光源、汽車組合尾燈及車內照明等。LED封裝在LED產業(yè)鏈中有其重要的地位，LED封裝工藝直接影響到LED燈具產品的各項性能指標，一直是改進LED性能的研究熱點[2]。

LED封裝技術是在分離器件封裝技術的基礎上發(fā)展和演變而來。隨著LED芯片及材料技術研發(fā)的突破，LED封裝技術也得到了突破性的提高。按LED產品市場劃分，LED封裝的發(fā)展主要經歷了引腳式封裝、表面貼裝封裝與功率型封裝、COB模組封裝4個階段[3]。大連職業(yè)技術學院LED封裝檢測實訓室主要進行的是引腳式LED的封裝，本文針對學生進行引腳式LED封裝檢測實習過程中經常產生的問題做出分析并提出解決方案。通過LED封裝相關實習能夠讓學生熟悉并掌握LED封裝的生產技術和制作工藝流程，并在實踐中運用所學理論知識解決實際問題。

1 LED基本原理

LED是將電能轉化為光能的半導體材料。由P型半導體和N型半導體構成的PN結是LED的核心結構。由于在P型半導體和N型半導體中存在著兩種不同的載流子：空穴和電子，在外界電極、電壓的作用下，兩種載流子在PN結復合。電子從高能級躍遷到低能級，輻射以光子形式放出。LED封裝的作用是保護晶片，完成電氣互連，增強晶片散熱性能，以及完成光線的配光和輸出。LED的封裝技術直接影響到LED燈具的光、熱、電綜合性能。引腳式封裝的封裝結構包括金屬支架、銀膠/絕緣膠、金線、晶片和環(huán)氧樹脂膠。

2 引腳式LED封裝工藝流程

引腳式LED封裝工藝流程有：芯片檢驗、擴晶、排支架、點膠、固晶、固化、焊線、配膠、灌膠、固化、離模、一切、初測、二切、分選、包裝。在封裝工藝中，芯片檢驗、擴晶、排支架、點膠、固晶和固化屬于固晶工藝。焊線工藝只有焊線一個操作步驟，配膠、灌膠、固化、離模屬于灌膠工藝；一切、初測、二切屬于切筋初測工藝。由于學生實習對LED產品沒有統(tǒng)一光色的要求，因此不包括分選包裝工藝。

3 LED封裝檢測實習安排

LED封裝檢測實習共30個學時。具體實習內容和學時安排如表1所示。指導教師將學生按照3～4人一組進行分組，小組內分工合作，最終以小組為單位完成LED封裝產品。每次實習課前，教師向學生提供本次課的操作前準備要求，包括需要閱讀的與本次操作環(huán)節(jié)相關的文獻資料、相關操作基本原理、操作規(guī)范說明等，并要求學生提前完成規(guī)定的思考題。每次實習前，教師首先組織每小組回顧上次實習工藝環(huán)節(jié)，討論上次封裝工藝遇到的問題和解決方案，并在組間進行討論和分享。然后，教師介紹本次實習工藝所用設備的結構、操作和設備的日常維護方法、常見故障原因及解決方案，講解本次實習工藝操作方法、品質及要求和操作要點。接著，教師示范規(guī)范操作，指導每個小組完成該次課實習環(huán)節(jié)操作。最后，在本次實驗結束前，教師組織小組組內和組間評判各個小組產品是否合格，存在哪些品質問題及如何解決，討論本次實習遇到的具體問題和可能的解決方案，講解本次實習報告的寫作要求。

表1 LED封裝測試實習內容及學時安排

整個實習課程的成績考核方案包括學生出勤情況和日常表現(xiàn)成績、實習操作成績和實習報告成績幾方面，按一定權值確定出實習成績。

4 引腳式LED封裝檢測實習過程中常見品質問題及解決辦法

LED封裝過程中各個工藝環(huán)節(jié)都有著較高的品質要求，固晶制作流程和焊線制作流程的容易出現(xiàn)固晶位置不標準、焊線幅度不標準、一焊點和二焊點容易剝落等問題。而在粘膠制作流程中，不規(guī)范的操作容易在封裝中引起氣泡。這些問題對產品最后的熱、電、光性能影響明顯。下面針對各個工藝環(huán)節(jié)，具體分析其存在的品質問題。

4.1 固晶工藝品質問題及解決辦法

固晶工藝需要檢查支架、晶片型號是否正確。將擴好的晶片環(huán)固定在刺晶座上，固定支架的夾具放在固晶手座下方，調準顯微鏡。支架放在夾具上時支架大邊向右，小邊向左。調整刺晶座至合適高度。用固晶筆將晶片固至支架碗杯中央位置，晶片正負極和支架碗杯正負極方向對應。使用晶片的順序為從上到下，從左到右。依次固完一組支架后，檢查固晶品質，如有沒有達到標準的用固晶筆將晶片固平、扶正。

固晶制程的品質要求：晶片固在支架碗杯底部中央位置，膠水沒到晶片高度的1/3～1/2位置，膠水沒有污染晶片上表面，晶片上表面水平，晶片P極向上N極向下通過銀膠與LED支架大頭端相連。

4.1.1 實習過程中常見的工藝問題

（1）點膠量過多，固晶時膠水沒過晶片上表面或污染上表面。對LED封裝工藝的影響是焊線時第一焊點連接不牢靠；芯片P極通過銀膠與負極引腳導通。

（2）點膠量過少。在后續(xù)封裝工藝中，芯片可能從碗杯中脫落。

（3）所固晶片偏離支架碗杯中心?？赡艿暮蠊菍е翷ED光斑不良，影響LED的配光。

（4）芯片傾倒。可能的后果是影響LED的配光。（5）支架錯位。影響焊線工藝。

4.1.2 固晶品質問題的解決方案及對策

（1）對于點膠量過多或過少影響固晶制程品質的工藝問題，解決辦法是調整和控制好點膠量，使固晶后膠水沒到晶片高度的1/3～1/2。

（2）對于所固晶片偏離支架碗杯中心的工藝問題，解決辦法是用固晶筆將晶片調整到支架碗杯中央。

（3）對于芯片工藝問題，解決辦法是用固晶筆將晶片扶正。

（4）對于支架錯位問題，解決的辦法是用鑷子將錯位支架糾正過來。

4.2 焊線制作流程、問題分析及解決辦法

焊線工藝需要打開超聲波金絲球焊線機，工作臺溫度設定為200～250℃，將支架插入工作臺夾具，調節(jié)顯微鏡。設定一焊及二焊高度、拱絲位置高度、瓷嘴初始高度、焊接跨度等，保證焊線具有良好的弧形。穿好金線，燒好金球。設定焊接超聲功率、焊接壓力、焊接時間。設定燒球電流、燒球時間，使金球直徑約為線徑的3倍。按下操作盒上的焊接按鈕，瓷嘴下降到芯片表面電極上形成第一焊點，松開焊接按鈕，瓷嘴抬起，并按照設定好的高度停在拱絲設定點，此時再按下焊接按鈕，瓷嘴按照設定的跨度運動到第二焊點位置并形成第二焊點，最后瓷嘴上升，截斷尾絲，打火桿放電燒球，焊線完成[4]。

焊線制程的品質要求：第一焊點、第二焊點牢靠；焊線弧度合適，焊線最高點應比第二焊點高3/2～2倍晶片高度；焊線不接觸支架碗杯杯沿，不出現(xiàn)焊線傾倒。

4.2.1 實習過程中常見的工藝問題

（1）拱絲弧度不符合要求，幅度過高或者過低。在拱絲高度調節(jié)時，參數設定不合適。

（2）第一焊點容易剝落。可能存在的工藝問題是芯片表面焊墊被氧化，燒球不完全或者燒球太小，工作臺溫度沒有達到標準。

（3）第二焊點容易剝落?？赡艽嬖诘墓に噯栴}是第二焊點處存在污染，劈刀口損壞，工作臺溫度沒有達到標準，第二焊焊接時間、功率、壓力參數設置不合適。

（4）第一焊點金球形狀不合適?？赡苁呛附訅毫υO置過大或過小。

（5）尾絲長度過短或過長。尾絲參數調節(jié)不合適。

4.2.2焊線品質問題的解決方案及對策

（1）對于拱絲弧度不符合要求，解決的辦法是重新進行拱絲高度調節(jié)，調整好焊線制程中劈刀運動的高度和跨度，保證焊線幅度合適，焊線最高點比第二焊點高3/2～2倍晶片高度。

（2）對于第一焊點容易剝落的工藝問題，首先檢查芯片表面電極是否被氧化，如果是焊點問題則必須更換芯片；如果是由于燒球不完全或者太小引起，解決的辦法是調整金線尾絲長度、燒球電流和燒球時間；如果是由于工作臺溫度沒有達到標準引起，解決的辦法是調高溫度使工作臺溫度在200℃～250℃之間。

（3）對于第二焊點容易剝落的工藝問題，如果是由于劈刀口損壞引起，解決辦法是更換劈刀。如果是由于第二焊焊接時間、功率、壓力參數設置不合適，解決的辦法是重新調整參數。

（4）第一焊點金球形狀不合適，則需要調節(jié)第一焊點的焊接壓力、時間及功率。

（5）尾絲長度過短或過長，需要重新對機器的尾絲長度參數進行調節(jié)。

4.3 灌膠操作、問題分析及解決辦法

在教學過程中，由于用膠量極少，所以通常采用手動灌膠工藝，其工藝過程為：將A膠和B膠按1:1的比例進行配膠，為了避免氣泡問題，配膠后要進行抽真空操作，去除膠體中的氣泡。用注射器抽取環(huán)氧樹脂膠，將針頭靠在模條碗杯壁上將膠體注入到模條中。將焊線后的LED支架傾斜45度靠近模條，使模條中的膠水爬滿支架碗杯，以避免在碗杯中形成大氣泡。將粘膠后的支架拿起，垂直插入模條之中，完成插支架。最后將灌膠后的LED進行固化離模。

粘膠制程的品質要求：碗杯中無氣泡，膠量合適，支架插入深度合適且一致。

4.3.1 可能存在的工藝問題

（1）封裝膠體內存在氣泡。產生這一問題的原因是膠水抽真空不夠完全；沒有粘膠或粘膠不完全。

（2）灌膠量過多或過少。灌膠后膠體液面高度要與支架座下表面水平，灌膠時可能忽略或估計錯誤支架的體積而導致插支架后膠量過多或過少。

（3）插支架深度過深或過淺。由于插支架時壓力過大或過小，以及壓力不均勻，導致支架插入深度過深或者過淺問題。

4.3.2 灌膠品質問題的解決方案及對策

（1）對于氣泡問題，如果是抽真空不夠，則重新調節(jié)抽真空的時間溫度參數，盡量避免膠體中的氣泡。如果是忘記粘膠或粘膠不充分，則增加粘膠環(huán)節(jié)，并且粘膠時盡量保持支架和膠體之間有良好的接觸，且接觸時間合適。

（2）對于灌膠量過多或過少問題，灌膠時要計算支架體積對灌膠液面的影響，膠體液面要接近模條表面，但要比表面略低，插支架后要再次檢查膠體高度，膠量過度的用針頭將多余部分挑去，膠量過少的需要進行補膠。

（3）對于插支架深度過深或過淺問題，在差支架時壓力要合適且均勻，使得支架座下表面與模條表面水平，支架上部連接筋與模條上各個卡點卡緊。插支架后要進行檢查，保證20個支架插入深度合適。

5 結束語

LED封裝檢測實習能提高學生封裝檢測的能力，為學生從事LED封裝相關工作打好基礎，更快適應企業(yè)實際生產需要。將LED封裝過程中常見品質問題進行分類總結并提出相應解決方案，能使實習操作更具有針對性，學生可以參照這些品質要求及問題對自己的實習產品進行品質分析，發(fā)現(xiàn)自己在操作中存在的錯誤及不規(guī)范的操作，并按照方案解決這些問題，從而提高學生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，提高他們的操作水平，減少實習過程中因操作不當而造成的廢品。

[1]陳才佳，李少鵬.LED封裝歷程[J].電子工業(yè)專用設備，2013(216):1-4.

[2]周凱寧，李登峰，周賢菊.LED封裝實驗課程設計及問題研究[J].重慶與世界，2012，29(6):56-59.

[3]吳云銓.大功率LED封裝工藝技術[J].湖南農機，2013，40(1):61-62.

[4]喬燕飛.RGB全彩LED封裝工藝常見異常狀況的分析[J].中國新技術新產品，2013(9)：128.

LED Package Detection Internship Analysis and Solutions to Common Problem s

YUWen-wen

(Dalian Institute of Electricaland Electronic Engineering Vocationaland TechnicalCollege，Dalian 116037，China)

LED package quality affects the LED luminous efficiency.The common issues occurred in practical teaching were summarized by analyzing the requirements of package quality.The solution was given at the same time.Students would have a clear understanding of package quality.The students'ability of LED package and detection was improved.The rejection rate in the processofpractical teachingwas reduced.

LED package；detection；analysis；solution

TN312.8；G642.1

B

1672-545X（2014）04-0107-03

2014-01-06

于雯雯（1986—），女，遼寧大連人，碩士，助教，主要研究半導體制造與封裝技術。