任會會 聶叢偉 崔東輝

摘 要：LED封裝技術主要涉及到封裝設計、封裝材料、封裝設備、封裝過程、封裝工藝五大方面。其中，封裝材料的選擇會影響LED封裝產(chǎn)品的合格率、可靠性、熱學特性及光學特性等。因此，如何提高光效、降低成本是目前LED封裝市場遇到的技術瓶頸之一，而解決這一問題的重要原因在于鍵合線的選取。文章中對封裝市場中所用鍵合線的主要種類進行調(diào)研，詳細分析了焊線過程中影響鍵合的主要原因，對比生產(chǎn)焊線過程中各類鍵合線的利弊，總結出鍵合線的應用范圍，并對焊接線選取的發(fā)展趨勢簡單分析。

關鍵詞：LED封裝；鍵合線；趨勢

Abstract：LED packaging technology are mainly involves packaging design， packaging materials， packaging equipment， packaging process， packaging craft the five aspects. With the improvement of the light efficiency， reducing cost is one of the technical bottlenecks encountered in the LED packaging market.The key element to solve this problem is to decided by the selection of the welding line. This paper gives research on the packaging market in major types of welding line， analysis the main factors affecting the bonding wire process in detail， contrasts the advantages and disadvantages of all kinds of alloy line wire bonding process， gives summary the scope of application alloy wire， and briefly analysis the development trend of the selection of the welding line.

Key words：LED packaging；bonding line；development trend

發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）是一種可以將電能轉化為光能的電子器件，并具有二極管的特性。不同的發(fā)光二極管可以發(fā)出從紅外到紫外不同波長的光線。這些芯片與能被激發(fā)的熒光粉之間的不同組合可以制造出全色系的發(fā)光二極管。隨著LED技術的不斷發(fā)展，LED封裝的具體過程大致可分為固晶、焊線、灌膠、測試、分光五個階段。LED封裝技術主要涉及到封裝設計、封裝材料、封裝設備、封裝過程、封裝工藝五大方面。封裝設計是先導，封裝材料是基礎，封裝設備是關鍵，封裝過程是支柱，封裝工藝是核心。

1 技術要求

目前，大多數(shù)LED封裝產(chǎn)品的焊接是采用固態(tài)焊接。所謂固態(tài)焊接就是金屬在未達溶解溫度下之焊接。固態(tài)焊接時決定要素主要有：1）壓力（bond force）；2）振動功率（bond power）；3）焊接時間（bond time）；4）焊接溫度（temperature）。

然而對于不同種類得合金線而言，合金線的材質不同，焊接時與電極和支架間鍵合的能力差異甚大。

超聲波金絲球焊線機的基本原理是超聲能量、溫度、壓力的共同作用下形成焊點，其工藝過程可簡單表示為：燒球—— 一焊

——拉絲——二焊——斷絲——燒球。

1.1 焊接

所謂的焊接是指端子與端子之間結合的一種方法。與半導體指有關的結合方法。線材焊接的方法可以分為：球到壓環(huán)，壓環(huán)到壓環(huán)，球與球之間的焊接方式。球到壓環(huán)的方式、球到球的方式使用的線材都是金線。壓環(huán)到壓環(huán)方式使用的線材是鋁或銅線。如圖1。

1.2 焊接四要素：功率；壓力；時間；溫度

所焊線的焊點應滿足：第一焊點呈圓形且邊沿有一定厚度、大小一致；第二焊點呈魚尾形、有一定厚度；并且焊線無傷痕，弧形一致。

1.3 鍵合線的檢驗

鍵合線進料檢驗主要是金線外觀和拉力的檢測，外觀要求金線干凈無塵和整潔，拉力測試對進料卷數(shù)抽取30%座拉力測試，取每卷的5～10cm做拉力測試，測試結果：1.0mil金線拉力必須大于7g，小于或等于7g為不合格；1.2mil金線拉力必須大于15g，小于或者等于15g為不合格。

1.4 工藝要求

焊點要正、焊球光滑一致；無多余焊絲、無掉片、無損傷芯片、無壓傷電極；不同外觀的雙電極芯片焊接要正確的走線方向，雙線不交叉、重疊。

鍵和過程中，鍵合線與芯片電極或鍍銀層之間的粘接力是否達到生產(chǎn)要求，兩種材質的匹配度是否達到最佳，需考慮如下幾個因素，鍵合面如圖2。

1）鍵合線材質與電極或鍍銀層之間的晶格匹配度，鍵合線的材質不同，其膨脹系數(shù)不同，與電極或鍍銀層的晶格匹配度影響其形成共價鍵的幾率，并且形成的共價鍵鍵能也不同，因此鍵合線的材質最終會直接影響鍵合拉力值。

2）兩種材質鍵合后，熱阻系數(shù)對其影響。材質不同，熱阻不同，產(chǎn)品工作過程中造成的熱能損失及產(chǎn)生的熱效應后果不同。

2 對比分析

焊線是LED生產(chǎn)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，它是通過焊線機用鍵合線將LED的支架管腳和LED芯片電極進行焊接，這樣才能完成LED芯片的電氣連接，使之發(fā)光。

目前，LED封裝市場中主要用到的鍵合線有金線、銀線、銀合金線、包金線、銅線和鋁線。

2.1 金線

優(yōu)勢：導電性能高，難以氧化，導電率大，耐腐蝕，韌性好等優(yōu)點，廣泛應用于集成電路，相對于其他材質而言，其最大的優(yōu)點是抗氧化性，特性穩(wěn)定。

2.2 銀線

優(yōu)勢：價格便宜，與同等線徑的金絲相比，銀線價格只有金線的1/5左右。反光性好，產(chǎn)品亮度增加10%左右，導電性好，在與鍍銀支架焊接時，可焊性比較好，不需要加N2保護，只要簡單修改焊線系數(shù)即可。

2.3 包金線線

優(yōu)勢：良好的導電性能，在超聲波作用下包金線極易與金、銀、銅等介質相結合。

缺點：燒球不好，適用于壓焊。

2.4 銅線

優(yōu)勢：可節(jié)約鍵合材料成本節(jié)約80%以上，可以在氮氣氣氛下封裝，生產(chǎn)更安全，克服了金絲鍵合硬度高、易氧化、鍵合力大等缺點，互連強度比金絲還要好，單晶銅絲替代鍵合金絲無需更換生產(chǎn)設備。

缺點：

1）銅容易被氧化，鍵和工藝不穩(wěn)定。

2）銅的硬度、屈服強度等物理參數(shù)高于金和銀等。

3 總結

LED封裝鍵合線的選用，金線綜合條件較優(yōu)異，LED產(chǎn)品性能比較高，但金線的價格較昂貴，適合高端市場。合金線或包金線封裝是鍵合線選取的趨勢。無線封裝（倒裝）是前沿，省去封裝中的鍵合程序，但增加性能風險。簡言之，合格的工藝能保證LED器件的質量，改進的工藝能降低LED器件的成本，先進的工藝能提高LED器件的性能。

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