LED封装检测实习中常见问题的分析及解决方案

于雯雯

（大连职业技术学院 电气电子工程学院，辽宁 大连 116037）

LED封装检测实习中常见问题的分析及解决方案

于雯雯

（大连职业技术学院 电气电子工程学院，辽宁 大连 116037）

发光二极管（Light Emitting Diode,LED）封装品质对LED的光效有着重要影响，通过对LED封装工艺品质要求的分析，总结出LED封装检测实习过程中常见问题并提出相应解决方案，从而使学生对封装品质问题有明确地认识，使得学生在实习操作中更有针对性，提高学生LED封装检测的能力，降低实习过程中的废品率。

LED封装；检测；分析；解决方案

LED作为第四代光源相对于传统光源，具有效率高、光色纯、能耗低、寿命长、可靠耐用、应用灵活、安全、响应快、无污染、控制灵活等优点[1]。目前已广泛应用于室外照明、景观装饰、大面积室外显示屏、状态指示、标志照明、信号显示、液晶显示器的背光源、汽车组合尾灯及车内照明等。LED封装在LED产业链中有其重要的地位，LED封装工艺直接影响到LED灯具产品的各项性能指标，一直是改进LED性能的研究热点[2]。

LED封装技术是在分离器件封装技术的基础上发展和演变而来。随着LED芯片及材料技术研发的突破，LED封装技术也得到了突破性的提高。按LED产品市场划分，LED封装的发展主要经历了引脚式封装、表面贴装封装与功率型封装、COB模组封装4个阶段[3]。大连职业技术学院LED封装检测实训室主要进行的是引脚式LED的封装，本文针对学生进行引脚式LED封装检测实习过程中经常产生的问题做出分析并提出解决方案。通过LED封装相关实习能够让学生熟悉并掌握LED封装的生产技术和制作工艺流程，并在实践中运用所学理论知识解决实际问题。

1 LED基本原理

LED是将电能转化为光能的半导体材料。由P型半导体和N型半导体构成的PN结是LED的核心结构。由于在P型半导体和N型半导体中存在着两种不同的载流子：空穴和电子，在外界电极、电压的作用下，两种载流子在PN结复合。电子从高能级跃迁到低能级，辐射以光子形式放出。LED封装的作用是保护晶片，完成电气互连，增强晶片散热性能，以及完成光线的配光和输出。LED的封装技术直接影响到LED灯具的光、热、电综合性能。引脚式封装的封装结构包括金属支架、银胶/绝缘胶、金线、晶片和环氧树脂胶。

2 引脚式LED封装工艺流程

引脚式LED封装工艺流程有：芯片检验、扩晶、排支架、点胶、固晶、固化、焊线、配胶、灌胶、固化、离模、一切、初测、二切、分选、包装。在封装工艺中，芯片检验、扩晶、排支架、点胶、固晶和固化属于固晶工艺。焊线工艺只有焊线一个操作步骤，配胶、灌胶、固化、离模属于灌胶工艺；一切、初测、二切属于切筋初测工艺。由于学生实习对LED产品没有统一光色的要求，因此不包括分选包装工艺。

3 LED封装检测实习安排

LED封装检测实习共30个学时。具体实习内容和学时安排如表1所示。指导教师将学生按照3～4人一组进行分组，小组内分工合作，最终以小组为单位完成LED封装产品。每次实习课前，教师向学生提供本次课的操作前准备要求，包括需要阅读的与本次操作环节相关的文献资料、相关操作基本原理、操作规范说明等，并要求学生提前完成规定的思考题。每次实习前，教师首先组织每小组回顾上次实习工艺环节，讨论上次封装工艺遇到的问题和解决方案，并在组间进行讨论和分享。然后，教师介绍本次实习工艺所用设备的结构、操作和设备的日常维护方法、常见故障原因及解决方案，讲解本次实习工艺操作方法、品质及要求和操作要点。接着，教师示范规范操作，指导每个小组完成该次课实习环节操作。最后，在本次实验结束前，教师组织小组组内和组间评判各个小组产品是否合格，存在哪些品质问题及如何解决，讨论本次实习遇到的具体问题和可能的解决方案，讲解本次实习报告的写作要求。

表1 LED封装测试实习内容及学时安排

整个实习课程的成绩考核方案包括学生出勤情况和日常表现成绩、实习操作成绩和实习报告成绩几方面，按一定权值确定出实习成绩。

4 引脚式LED封装检测实习过程中常见品质问题及解决办法

LED封装过程中各个工艺环节都有着较高的品质要求，固晶制作流程和焊线制作流程的容易出现固晶位置不标准、焊线幅度不标准、一焊点和二焊点容易剥落等问题。而在粘胶制作流程中，不规范的操作容易在封装中引起气泡。这些问题对产品最后的热、电、光性能影响明显。下面针对各个工艺环节，具体分析其存在的品质问题。

4.1 固晶工艺品质问题及解决办法

固晶工艺需要检查支架、晶片型号是否正确。将扩好的晶片环固定在刺晶座上，固定支架的夹具放在固晶手座下方，调准显微镜。支架放在夹具上时支架大边向右，小边向左。调整刺晶座至合适高度。用固晶笔将晶片固至支架碗杯中央位置，晶片正负极和支架碗杯正负极方向对应。使用晶片的顺序为从上到下，从左到右。依次固完一组支架后，检查固晶品质，如有没有达到标准的用固晶笔将晶片固平、扶正。

固晶制程的品质要求：晶片固在支架碗杯底部中央位置，胶水没到晶片高度的1/3～1/2位置，胶水没有污染晶片上表面，晶片上表面水平，晶片P极向上N极向下通过银胶与LED支架大头端相连。

4.1.1 实习过程中常见的工艺问题

（1）点胶量过多，固晶时胶水没过晶片上表面或污染上表面。对LED封装工艺的影响是焊线时第一焊点连接不牢靠；芯片P极通过银胶与负极引脚导通。

（2）点胶量过少。在后续封装工艺中，芯片可能从碗杯中脱落。

（3）所固晶片偏离支架碗杯中心。可能的后果是导致LED光斑不良，影响LED的配光。

（4）芯片倾倒。可能的后果是影响LED的配光。（5）支架错位。影响焊线工艺。

4.1.2 固晶品质问题的解决方案及对策

（1）对于点胶量过多或过少影响固晶制程品质的工艺问题，解决办法是调整和控制好点胶量，使固晶后胶水没到晶片高度的1/3～1/2。

（2）对于所固晶片偏离支架碗杯中心的工艺问题，解决办法是用固晶笔将晶片调整到支架碗杯中央。

（3）对于芯片工艺问题，解决办法是用固晶笔将晶片扶正。

（4）对于支架错位问题，解决的办法是用镊子将错位支架纠正过来。

4.2 焊线制作流程、问题分析及解决办法

焊线工艺需要打开超声波金丝球焊线机，工作台温度设定为200～250℃，将支架插入工作台夹具，调节显微镜。设定一焊及二焊高度、拱丝位置高度、瓷嘴初始高度、焊接跨度等，保证焊线具有良好的弧形。穿好金线，烧好金球。设定焊接超声功率、焊接压力、焊接时间。设定烧球电流、烧球时间，使金球直径约为线径的3倍。按下操作盒上的焊接按钮，瓷嘴下降到芯片表面电极上形成第一焊点，松开焊接按钮，瓷嘴抬起，并按照设定好的高度停在拱丝设定点，此时再按下焊接按钮，瓷嘴按照设定的跨度运动到第二焊点位置并形成第二焊点，最后瓷嘴上升，截断尾丝，打火杆放电烧球，焊线完成[4]。

焊线制程的品质要求：第一焊点、第二焊点牢靠；焊线弧度合适，焊线最高点应比第二焊点高3/2～2倍晶片高度；焊线不接触支架碗杯杯沿，不出现焊线倾倒。

4.2.1 实习过程中常见的工艺问题

（1）拱丝弧度不符合要求，幅度过高或者过低。在拱丝高度调节时，参数设定不合适。

（2）第一焊点容易剥落。可能存在的工艺问题是芯片表面焊垫被氧化，烧球不完全或者烧球太小，工作台温度没有达到标准。

（3）第二焊点容易剥落。可能存在的工艺问题是第二焊点处存在污染，劈刀口损坏，工作台温度没有达到标准，第二焊焊接时间、功率、压力参数设置不合适。

（4）第一焊点金球形状不合适。可能是焊接压力设置过大或过小。

（5）尾丝长度过短或过长。尾丝参数调节不合适。

4.2.2焊线品质问题的解决方案及对策

（1）对于拱丝弧度不符合要求，解决的办法是重新进行拱丝高度调节，调整好焊线制程中劈刀运动的高度和跨度，保证焊线幅度合适，焊线最高点比第二焊点高3/2～2倍晶片高度。

（2）对于第一焊点容易剥落的工艺问题，首先检查芯片表面电极是否被氧化，如果是焊点问题则必须更换芯片；如果是由于烧球不完全或者太小引起，解决的办法是调整金线尾丝长度、烧球电流和烧球时间；如果是由于工作台温度没有达到标准引起，解决的办法是调高温度使工作台温度在200℃～250℃之间。

（3）对于第二焊点容易剥落的工艺问题，如果是由于劈刀口损坏引起，解决办法是更换劈刀。如果是由于第二焊焊接时间、功率、压力参数设置不合适，解决的办法是重新调整参数。

（4）第一焊点金球形状不合适，则需要调节第一焊点的焊接压力、时间及功率。

（5）尾丝长度过短或过长，需要重新对机器的尾丝长度参数进行调节。

4.3 灌胶操作、问题分析及解决办法

在教学过程中，由于用胶量极少，所以通常采用手动灌胶工艺，其工艺过程为：将A胶和B胶按1:1的比例进行配胶，为了避免气泡问题，配胶后要进行抽真空操作，去除胶体中的气泡。用注射器抽取环氧树脂胶，将针头靠在模条碗杯壁上将胶体注入到模条中。将焊线后的LED支架倾斜45度靠近模条，使模条中的胶水爬满支架碗杯，以避免在碗杯中形成大气泡。将粘胶后的支架拿起，垂直插入模条之中，完成插支架。最后将灌胶后的LED进行固化离模。

粘胶制程的品质要求：碗杯中无气泡，胶量合适，支架插入深度合适且一致。

4.3.1 可能存在的工艺问题

（1）封装胶体内存在气泡。产生这一问题的原因是胶水抽真空不够完全；没有粘胶或粘胶不完全。

（2）灌胶量过多或过少。灌胶后胶体液面高度要与支架座下表面水平，灌胶时可能忽略或估计错误支架的体积而导致插支架后胶量过多或过少。

（3）插支架深度过深或过浅。由于插支架时压力过大或过小，以及压力不均匀，导致支架插入深度过深或者过浅问题。

4.3.2 灌胶品质问题的解决方案及对策

（1）对于气泡问题，如果是抽真空不够，则重新调节抽真空的时间温度参数，尽量避免胶体中的气泡。如果是忘记粘胶或粘胶不充分，则增加粘胶环节，并且粘胶时尽量保持支架和胶体之间有良好的接触，且接触时间合适。

（2）对于灌胶量过多或过少问题，灌胶时要计算支架体积对灌胶液面的影响，胶体液面要接近模条表面，但要比表面略低，插支架后要再次检查胶体高度，胶量过度的用针头将多余部分挑去，胶量过少的需要进行补胶。

（3）对于插支架深度过深或过浅问题，在差支架时压力要合适且均匀，使得支架座下表面与模条表面水平，支架上部连接筋与模条上各个卡点卡紧。插支架后要进行检查，保证20个支架插入深度合适。

5 结束语

LED封装检测实习能提高学生封装检测的能力，为学生从事LED封装相关工作打好基础，更快适应企业实际生产需要。将LED封装过程中常见品质问题进行分类总结并提出相应解决方案，能使实习操作更具有针对性，学生可以参照这些品质要求及问题对自己的实习产品进行品质分析，发现自己在操作中存在的错误及不规范的操作，并按照方案解决这些问题，从而提高学生发现问题解决问题的能力，提高他们的操作水平，减少实习过程中因操作不当而造成的废品。

[1]陈才佳，李少鹏.LED封装历程[J].电子工业专用设备，2013(216):1-4.

[2]周凯宁，李登峰，周贤菊.LED封装实验课程设计及问题研究[J].重庆与世界，2012，29(6):56-59.

[3]吴云铨.大功率LED封装工艺技术[J].湖南农机，2013，40(1):61-62.

[4]乔燕飞.RGB全彩LED封装工艺常见异常状况的分析[J].中国新技术新产品，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，辽宁大连人，硕士，助教，主要研究半导体制造与封装技术。