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LED封装中的金线关键参数监控

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【摘要】:
金线对LED产品来说可谓是极为重要的物料,在LED光源中起到将芯片电极和支架导线连接的作用。作为一个LED灯珠的重要原材料,必须具备以下几个重要的特性:(1)99.99%以上纯度;(2)选择正确的尺寸;(3)表面清洁无污染无损伤;(4)具有规定的拉断负荷和延伸率。这些性能将严重影响LED光源的可靠性,所以对金线的评估工作也尤为重要。 1. 化学成分检验方法一:EDS成分检测鉴定来料种类:金线、银线

金线对LED产品来说可谓是极为重要的物料,在LED光源中起到将芯片电极和支架导线连接的作用。作为一个LED灯珠的重要原材料,必须具备以下几个重要的特性:(1)99.99%以上纯度;(2)选择正确的尺寸;(3)表面清洁无污染无损伤;(4)具有规定的拉断负荷和延伸率。这些性能将严重影响LED光源的可靠性,所以对金线的评估工作也尤为重要。

 

1. 化学成分检验

方法一:EDS成分检测

鉴定来料种类:金线、银线、金包银合金线、铜线、铝线。

金线具有电导率大、导热性好、耐腐蚀、韧性好、化学稳定性极好等优点,但金线的价格昂贵,导致封装成本过高。在元素周期表中,过渡组金属元素中金、银、铜和铝四种金属元素具有较高的导电性能。很多LED厂商试图开发诸如铜合金、金包银合金线、银合金线材来代替昂贵的金线。虽然这些替代方案在某些特性上优于金线,但是在化学稳定性方面却差很多,比如银线和金包银合金线容易受到硫//溴化腐蚀,铜线容易氧化。在类似于吸水透气海绵的封装硅胶来说,这些替代方案使键合丝易受到化学腐蚀,光源的可靠性降低,使用时间长了,LED灯珠容易断线死灯。

方法二:ICP纯度检测

鉴定金线纯度等级,确定添加的合金元素。

LED键合金线是由金纯度为99.99%以上的材质拉丝而成,其中包含了微量的Ag/Cu/Si/Ca/Mg等微量元素。通过设计合理的合金组分,使金丝具有拉力和键合强度足够高、成球性好、振动断裂率低的优点。键合金丝大部分应为纯度99.99%以上的高纯合金丝,微量元素总量保持在0.01%以下,以保持金的特性。

 

2. 直径偏差

1克金,可以拉制出长度26.37m、直径50μm(2 mil)的金线,也可以拉制长度105.49m、直径25μm(1 mil)的金线。如果打金线长度都是固定的,如果来料金线的直径为原来的一半,那么对打的金线所测电阻为正常的四分之一。

对于供应商来说,金线直径越细,成本越低,在售价不变的情况下,利润越高。而对于使用金线的LED客户来说,采购直径上偷工减料的金线,会存在金线电阻升高,熔断电流降低的风险,会大大降低LED光源的寿命。1.0 mil的金线寿命,必然比1.2 mil的金线要短。

 

3. 表面质量检验

(1)丝材表面应无超过线径5%的刻痕、凹坑、划伤、裂纹、凸起、打折和其他降低器件使用寿命的缺陷。金线在拉制过程,丝材表面出现的表面缺陷,会导致电流密度加大,使损伤部位易被烧毁,同时抗机械应力的能力降低,造成内引线损伤处断裂。

(2)金线表面应无油污、锈蚀、尘埃及其他粘附物,这些会降低金线与LED芯片之间、金线与支架之间的键合强度。

 

4. 力学性能检测(拉断负荷和延伸率)

能承受树脂封装时所产生的冲击的良好金线必须具有规定的拉断负荷和延伸率。同时,金线的破断力和延伸率对引线键合的质量起关键作用,具有高的破断率和延伸率的键合丝更利于键合。太软的金丝会导致以下不良:

(1)拱丝下垂;

(2)球形不稳定;

(3)球颈部容易收缩;

(4)金线易断裂。

太硬的金丝会导致以下不良:

(1)将芯片电极或外延打出坑洞;

(2)金球颈部断裂;

(3)形成合金困难;

(4)拱丝弧线控制困难。

 

5. 案例分析:

某封装厂出货的灯珠出现大量死灯现象,分析失效原因。鉴发现死灯灯珠金线直径为27.0±1.0μm,与客户反馈的金线规格30μm不一致,同时,金线有刮伤的痕迹,金线大电流熔断。不合格的金线来料是导致此次事故的主因,金线直径过小会存在金线电阻升高,熔断电流降低的风险,会大大降低LED光源的寿命。


 

不良样品开封后,扫描电镜下观察金线断口呈球形,金线电流熔断,同时我们发现熔断处附近的金线有刮伤的痕迹,金线的损伤使引线损伤部位截面积变小,将导致:电流密度加大,使损伤部位易被烧毁;抗机械应力的能力降低,会造成内引线损伤处断裂。

 

 

转载自:半导体封装工程师之家

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