于雯雯

（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣電子工程學(xué)院，遼寧 大連 116037）

LED封裝檢測(cè)實(shí)習(xí)中常見問題的分析及解決方案

于雯雯

（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣電子工程學(xué)院，遼寧 大連 116037）

發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,LED）封裝品質(zhì)對(duì)LED的光效有著重要影響，通過(guò)對(duì)LED封裝工藝品質(zhì)要求的分析，總結(jié)出LED封裝檢測(cè)實(shí)習(xí)過(guò)程中常見問題并提出相應(yīng)解決方案，從而使學(xué)生對(duì)封裝品質(zhì)問題有明確地認(rèn)識(shí)，使得學(xué)生在實(shí)習(xí)操作中更有針對(duì)性，提高學(xué)生LED封裝檢測(cè)的能力，降低實(shí)習(xí)過(guò)程中的廢品率。

LED封裝；檢測(cè)；分析；解決方案

LED作為第四代光源相對(duì)于傳統(tǒng)光源，具有效率高、光色純、能耗低、壽命長(zhǎng)、可靠耐用、應(yīng)用靈活、安全、響應(yīng)快、無(wú)污染、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)[1]。目前已廣泛應(yīng)用于室外照明、景觀裝飾、大面積室外顯示屏、狀態(tài)指示、標(biāo)志照明、信號(hào)顯示、液晶顯示器的背光源、汽車組合尾燈及車內(nèi)照明等。LED封裝在LED產(chǎn)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(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)，一直是改進(jìn)LED性能的研究熱點(diǎn)[2]。

LED封裝技術(shù)是在分離器件封裝技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展和演變而來(lái)。隨著LED芯片及材料技術(shù)研發(fā)的突破，LED封裝技術(shù)也得到了突破性的提高。按LED產(chǎn)品市場(chǎng)劃分，LED封裝的發(fā)展主要經(jīng)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(gè)階段[3]。大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院LED封裝檢測(cè)實(shí)訓(xùn)室主要進(jìn)行的是引腳式LED的封裝，本文針對(duì)學(xué)生進(jìn)行引腳式LED封裝檢測(cè)實(shí)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常產(chǎn)生的問題做出分析并提出解決方案。通過(guò)LED封裝相關(guān)實(shí)習(xí)能夠讓學(xué)生熟悉并掌握LED封裝的生產(chǎn)技術(shù)和制作工藝流程，并在實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題。

1 LED基本原理

LED是將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體材料。由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體構(gòu)成的PN結(jié)是LED的核心結(jié)構(gòu)。由于在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)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(jié)復(fù)合。電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，輻射以光子形式放出。LED封裝的作用是保護(hù)晶片，完成電氣互連，增強(qiáng)晶片散熱性能，以及完成光線的配光和輸出。LED的封裝技術(shù)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(jié)構(gòu)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(yàn)、擴(kuò)晶、排支架、點(diǎn)膠、固晶、固化、焊線、配膠、灌膠、固化、離模、一切、初測(cè)、二切、分選、包裝。在封裝工藝中，芯片檢驗(yàn)、擴(kuò)晶、排支架、點(diǎn)膠、固晶和固化屬于固晶工藝。焊線工藝只有焊線一個(gè)操作步驟，配膠、灌膠、固化、離模屬于灌膠工藝；一切、初測(cè)、二切屬于切筋初測(cè)工藝。由于學(xué)生實(shí)習(xí)對(duì)LED產(chǎn)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(cè)實(shí)習(xí)安排

LED封裝檢測(cè)實(shí)習(xí)共30個(gè)學(xué)時(shí)。具體實(shí)習(xí)內(nèi)容和學(xué)時(shí)安排如表1所示。指導(dǎo)教師將學(xué)生按照3～4人一組進(jìn)行分組，小組內(nèi)分工合作，最終以小組為單位完成LED封裝產(chǎn)品。每次實(shí)習(xí)課前，教師向?qū)W生提供本次課的操作前準(zhǔn)備要求，包括需要閱讀的與本次操作環(huán)節(jié)相關(guān)的文獻(xiàn)資料、相關(guān)操作基本原理、操作規(guī)范說(shuō)明等，并要求學(xué)生提前完成規(guī)定的思考題。每次實(shí)習(xí)前，教師首先組織每小組回顧上次實(shí)習(xí)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(jìn)行討論和分享。然后，教師介紹本次實(shí)習(xí)工藝所用設(shè)備的結(jié)構(gòu)、操作和設(shè)備的日常維護(hù)方法、常見故障原因及解決方案，講解本次實(shí)習(xí)工藝操作方法、品質(zhì)及要求和操作要點(diǎn)。接著，教師示范規(guī)范操作，指導(dǎo)每個(gè)小組完成該次課實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)操作。最后，在本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束前，教師組織小組組內(nèi)和組間評(píng)判各個(gè)小組產(chǎn)品是否合格，存在哪些品質(zhì)問題及如何解決，討論本次實(shí)習(xí)遇到的具體問題和可能的解決方案，講解本次實(shí)習(xí)報(bào)告的寫作要求。

表1 LED封裝測(cè)試實(shí)習(xí)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排

整個(gè)實(shí)習(xí)課程的成績(jī)考核方案包括學(xué)生出勤情況和日常表現(xiàn)成績(jī)、實(shí)習(xí)操作成績(jī)和實(shí)習(xí)報(bào)告成績(jī)幾方面，按一定權(quán)值確定出實(shí)習(xí)成績(jī)。

4 引腳式LED封裝檢測(cè)實(shí)習(xí)過(guò)程中常見品質(zhì)問題及解決辦法

LED封裝過(guò)程中各個(gè)工藝環(huán)節(jié)都有著較高的品質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)、焊線幅度不標(biāo)準(zhǔn)、一焊點(diǎn)和二焊點(diǎn)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(duì)產(chǎn)品最后的熱、電、光性能影響明顯。下面針對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)，具體分析其存在的品質(zhì)問題。

4.1 固晶工藝品質(zhì)問題及解決辦法

固晶工藝需要檢查支架、晶片型號(hào)是否正確。將擴(kuò)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(diào)準(zhǔn)顯微鏡。支架放在夾具上時(shí)支架大邊向右，小邊向左。調(diào)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(fù)極和支架碗杯正負(fù)極方向?qū)?yīng)。使用晶片的順序?yàn)閺纳系较?，從左到右。依次固完一組支架后，檢查固晶品質(zhì)，如有沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的用固晶筆將晶片固平、扶正。

固晶制程的品質(zhì)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(guò)銀膠與LED支架大頭端相連。

4.1.1 實(shí)習(xí)過(guò)程中常見的工藝問題

（1）點(diǎn)膠量過(guò)多，固晶時(shí)膠水沒過(guò)晶片上表面或污染上表面。對(duì)LED封裝工藝的影響是焊線時(shí)第一焊點(diǎn)連接不牢靠；芯片P極通過(guò)銀膠與負(fù)極引腳導(dǎo)通。

（2）點(diǎn)膠量過(guò)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?dǎo)致LED光斑不良，影響LED的配光。

（4）芯片傾倒?？赡艿暮蠊怯绊慙ED的配光。（5）支架錯(cuò)位。影響焊線工藝。

4.1.2 固晶品質(zhì)問題的解決方案及對(duì)策

（1）對(duì)于點(diǎn)膠量過(guò)多或過(guò)少影響固晶制程品質(zhì)的工藝問題，解決辦法是調(diào)整和控制好點(diǎn)膠量，使固晶后膠水沒到晶片高度的1/3～1/2。

（2）對(duì)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(diào)整到支架碗杯中央。

（3）對(duì)于芯片工藝問題，解決辦法是用固晶筆將晶片扶正。

（4）對(duì)于支架錯(cuò)位問題，解決的辦法是用鑷子將錯(cuò)位支架糾正過(guò)來(lái)。

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(jī)，工作臺(tái)溫度設(shè)定為200～250℃，將支架插入工作臺(tái)夾具，調(diào)節(jié)顯微鏡。設(shè)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(shè)定焊接超聲功率、焊接壓力、焊接時(shí)間。設(shè)定燒球電流、燒球時(shí)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(diǎn)，松開焊接按鈕，瓷嘴抬起，并按照設(shè)定好的高度停在拱絲設(shè)定點(diǎn)，此時(shí)再按下焊接按鈕，瓷嘴按照設(shè)定的跨度運(yùn)動(dòng)到第二焊點(diǎn)位置并形成第二焊點(diǎn)，最后瓷嘴上升，截?cái)辔步z，打火桿放電燒球，焊線完成[4]。

焊線制程的品質(zhì)要求：第一焊點(diǎn)、第二焊點(diǎn)牢靠；焊線弧度合適，焊線最高點(diǎn)應(yīng)比第二焊點(diǎn)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(shí)習(xí)過(guò)程中常見的工藝問題

（1）拱絲弧度不符合要求，幅度過(guò)高或者過(guò)低。在拱絲高度調(diào)節(jié)時(shí)，參數(shù)設(shè)定不合適。

（2）第一焊點(diǎn)容易剝落?？赡艽嬖诘墓に噯栴}是芯片表面焊墊被氧化，燒球不完全或者燒球太小，工作臺(tái)溫度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

（3）第二焊點(diǎn)容易剝落。可能存在的工藝問題是第二焊點(diǎn)處存在污染，劈刀口損壞，工作臺(tái)溫度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，第二焊焊接時(shí)間、功率、壓力參數(shù)設(shè)置不合適。

（4）第一焊點(diǎn)金球形狀不合適。可能是焊接壓力設(shè)置過(guò)大或過(guò)小。

（5）尾絲長(zhǎng)度過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)。尾絲參數(shù)調(diào)節(jié)不合適。

4.2.2焊線品質(zhì)問題的解決方案及對(duì)策

（1）對(duì)于拱絲弧度不符合要求，解決的辦法是重新進(jìn)行拱絲高度調(diào)節(jié)，調(diào)整好焊線制程中劈刀運(yùn)動(dòng)的高度和跨度，保證焊線幅度合適，焊線最高點(diǎn)比第二焊點(diǎn)高3/2～2倍晶片高度。

（2）對(duì)于第一焊點(diǎn)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(diǎn)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(diào)整金線尾絲長(zhǎng)度、燒球電流和燒球時(shí)間；如果是由于工作臺(tái)溫度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)引起，解決的辦法是調(diào)高溫度使工作臺(tái)溫度在200℃～250℃之間。

（3）對(duì)于第二焊點(diǎn)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(shí)間、功率、壓力參數(shù)設(shè)置不合適，解決的辦法是重新調(diào)整參數(shù)。

（4）第一焊點(diǎn)金球形狀不合適，則需要調(diào)節(jié)第一焊點(diǎn)的焊接壓力、時(shí)間及功率。

（5）尾絲長(zhǎng)度過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)，需要重新對(duì)機(jī)器的尾絲長(zhǎng)度參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.3 灌膠操作、問題分析及解決辦法

在教學(xué)過(guò)程中，由于用膠量極少，所以通常采用手動(dòng)灌膠工藝，其工藝過(guò)程為：將A膠和B膠按1:1的比例進(jìn)行配膠，為了避免氣泡問題，配膠后要進(jìn)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(jìn)行固化離模。

粘膠制程的品質(zhì)要求：碗杯中無(wú)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(nèi)存在氣泡。產(chǎn)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(guò)多或過(guò)少。灌膠后膠體液面高度要與支架座下表面水平，灌膠時(shí)可能忽略或估計(jì)錯(cuò)誤支架的體積而導(dǎo)致插支架后膠量過(guò)多或過(guò)少。

（3）插支架深度過(guò)深或過(guò)淺。由于插支架時(shí)壓力過(guò)大或過(guò)小，以及壓力不均勻，導(dǎo)致支架插入深度過(guò)深或者過(guò)淺問題。

4.3.2 灌膠品質(zhì)問題的解決方案及對(duì)策

（1）對(duì)于氣泡問題，如果是抽真空不夠，則重新調(diào)節(jié)抽真空的時(shí)間溫度參數(shù)，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(shí)盡量保持支架和膠體之間有良好的接觸，且接觸時(shí)間合適。

（2）對(duì)于灌膠量過(guò)多或過(guò)少問題，灌膠時(shí)要計(jì)算支架體積對(duì)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(guò)度的用針頭將多余部分挑去，膠量過(guò)少的需要進(jìn)行補(bǔ)膠。

（3）對(duì)于插支架深度過(guò)深或過(guò)淺問題，在差支架時(shí)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(gè)卡點(diǎn)卡緊。插支架后要進(jìn)行檢查，保證20個(gè)支架插入深度合適。

5 結(jié)束語(yǔ)

LED封裝檢測(cè)實(shí)習(xí)能提高學(xué)生封裝檢測(cè)的能力，為學(xué)生從事LED封裝相關(guān)工作打好基礎(chǔ)，更快適應(yīng)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要。將LED封裝過(guò)程中常見品質(zhì)問題進(jìn)行分類總結(jié)并提出相應(yīng)解決方案，能使實(shí)習(xí)操作更具有針對(duì)性，學(xué)生可以參照這些品質(zhì)要求及問題對(duì)自己的實(shí)習(xí)產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)自己在操作中存在的錯(cuò)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(xué)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(shí)習(xí)過(guò)程中因操作不當(dāng)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(shè)備，2013(216):1-4.

[2]周凱寧，李登峰，周賢菊.LED封裝實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)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(shù)[J].湖南農(nóng)機(jī)，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(guó)新技術(shù)新產(chǎn)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(dǎo)體制造與封裝技術(shù)。