LED芯片封装工艺中焊接缺陷研究

LED芯片封装工艺中焊接缺陷研究

２００９年第２８卷第ｌＯ期传感器与微绦统（ＴｒａｎＳｄｕｃｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）

５５

ＬＥＤ芯片封装工艺中焊接缺陷研究冰

余大海，文矗梅，李乎，蔡有海

（重庆大学巍毫王疆学院爱毫皴拳及系统教骞部耄赢实验室，耋痰４０００４４）

摘要：介绍了发光二极管（ＬＥＤ）封装工艺中常见焊接缺陷与Ｗ能存在的危害。对污染物造成的焊接缺陷作了具体研究，理论分析了因缺陷引入的接触电阻和隧道电阻，测量了正常情况和缺陷焊接时ＬＥＤ的

光谱和光生电流，并提出了存在缺陷焊接的ＬＥＤ的等效电路，对实验结果进行了分柝。结果表明：ＬＥＤ发生焊接块陵澈戆发光强度、宠生电浚臻显院蓬鬻淆况枣，霹泼遥过蒺ｌ试ＬＥＤ芯片黪发毙强度或惫燕邀漉

达到检测ＬＥＤ焊接缺陷的精的。该研究对提离ＬＥＤ封装的可靠性和提出检测ＬＥＤ焊接缺陷的方法舆有

重要意义。

关键词：ＬＥＤ封装；焊接缺陷；接触电阻；隧邋电阻中图分类鼍：ＴＮ３１２

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００－９７８７（２００９）１０－００５５－０３

Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

ｗｅｌｄｉｎｇｆａｕｌｔｄｕｒｉｎｇＬＥＤｃｈｉｐｓｐａｃｋａｇｉｎｇ宰

ＹＵＤａ—ｈａｉ，ＷＥＮＹｕ—ｍｅｉ，ＬＩＰｉｎｇ，ＣＡＩＹｏｕ—ｈａｉ

（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｐｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｙｓｔｅｍｓ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｅｑｕｅｎｔｗｅｌｄｉｎｇｆａｕｌｔｓ

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Ｏ引言

接、重复焊接、焊点损伤变形、焊接引线弓丝角度不合适最

发光二极管（１ｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）是一种半导体

为常见∽】。它们主要是肉生产工艺控制不严格，焊点未焊发光元件。ＬＥＤ具有使用寿命长、功耗低、环保等诸多优

接在有效区域内，生产环境洁净度不高等原因引起的。这煮，在指示程显示领域葶嚣翻了广泛的应用。隧羞大功率鑫些焊接缺鹅霹能会导致接舷邀阻增攘，爆接率鋈度下降，甚光ＬＥＤ出光率的不断提高，ＬＥＤ照骥成为可能，因此，ＬＥＤ至还会造成正负电极短路。从而降低元件的可靠性。本文亦被誉为“第四代照明光源”…。现阶段ＬＥＤ的质量检测针对污染物位于ＬＥＤ正电极的焊接缺陷作了具体研究，分主娶可分为封装前外延片的检测和封装后成品的筛选，尚析了该缺陷的危害及其对ＬＥＤ光电特性的影响。

无针对ＬＥＤ封装过程孛质量检测的方法。在国内，出予受１

ＬＥＤ污染物焊接缺陷分耩

到设备和产量的双燕限翩，多数生产Ｊｒ家采用入工焊接的１．１缺陷特征

方法，封装过程中因焊接系统不合格而导致次品的比例占污染物焊接是危害最大的ＬＥＤ焊接缺陷之一。它是

４０％以上‘２ｊ。因此，对ＬＥＤ封装过程巾焊接质量进行检测指在ＬＥＤ封装过程中，芯片正电极上引入了液滴、油污、纤是ｊ基常必要的。

维、粉尘、导电物等，使烊点郝分或全部位于污染物上丽导ＬＥＤ芯片封装避耩孛簿接缺貉多种多样，泼污染物焊

致静缺陷，如蚕１。该缺陷主要是壶予生产工艺控麓不严

收稿日期：２００９－０５－２４

＋纂众项目：国家自然科学基金资助项目（６０６７６０３１）；重庆市科技攻关计划资助项网

LED芯片封装工艺中焊接缺陷研究

传感器与微系统

穰，生产昂境涪净凌不高等弓｜起的。

第２８卷

滔

染物主銎正电极

袅

熙投

ＬＥＤ正电极污染物焊接缺陷

ＢｌｏｔｗｅｌｄｉｎｇｆａｕｌｔｏｆＬＥＤｃｈｉｐ

弓｜趣薅点与ＬＥＤ芯婷菠电极之阕电函的增热，从覆影响ＬＥＤ的工作性能。通常情况下，如不考虑导体表露的戴纯

和腐蚀，金属污染物弓Ｉ入的接触电阻很微小，对ＬＥＤ光电

特性的影响不大。因此，本文仅对非金属污染物焊接缺陷的ＬＥＤ芯片进行光电特性实验与分橱。

壅子各个ＬＥＤ芯麓叁身特往存在较大差异，盛须瘸溺

一个ＬＥＤ芯片进行正常焊接和缺陷焊接的测量才具有可比性。选用未经环氧树脂封装的１４ｍｉｌ级光引脚式ＬＥＤ芯片，辫以机油作为污染物模拟焊接缺陷进行测量与分析。

圈１

Ｆｉｇ１

１．２理论分析

妇污染物势金瀵导诲，簇设该静体表瑟粳糙，与簿煮、正电极表面都形成多点式接触。校据电器学中的魄接触瑾论。３Ｊ，金属污染物与ＬＥＤ芯片正电极的接触电阻Ｒ为

Ｒ。＝Ｒ。＋露。，

首先，采震翻维星ＷＬ－２０４６越声渡篷辫视对ＬＥＤ芯冀委常

焊接詹测量；然后，在１００倍显微镜下，妊除焊丝，清洁ＬＥＤ芯片藏电极，用一根崴径大约Ｏ．５ｍｍ众属丝末端涂抹机油

（１）

在ＬＥＤ芯片正电极上，等待３０ｒａｉｎ后，对该ＬＥＤ芯片进行簿接嚣溺量。

斌孛霁。为收缩电阻，指电流默太截嚣漉入小截覆警俸时产生的附加电溅；霞。秀表露膜电隰，指壶予污染或化学反应在电接触面上生成的一层薄膜附加电阻。

假设导体与ＬＥＤ芯片正电极材料相同，它们之间有孢个摆同的接触点，那么，收缩电阻为Ｈ

３

２．２光谱测量与分析

采用ＯｃｅａｎＯｐｔｉｃｓＵＳＢ４０００便携式光谱分析仪，积分常数设置为５０＋／ｍｓ，入射窗口距ＬＥＤ芯片出光面５０ｍｍ，用

３

Ｖ的篷漉电源激藏ＬＥＤ蕊背，强路孛零接一只１２００

Ｑ的

Ｒ。＝＿ｐ２＿＿～／磊－６玮ＦＨＢ’，

（２）限流电阻器，分析了征常情况稻缺陷爝拔时ＬＥＤ芯冀的光谱，实验结果如图２所永。该缺陷焊接ＬＥＤ芯片发光的中心波长并无变化，但峰值波长处的发光强度约为正常情况的６０％。

式中Ｐ为材料的电阻率；８为材料的形变系数；ｌｉｂ为材料的布氏硬度；Ｆ为接触面的正向膳力；ｎ为接触点的个数。

焊点与导体污染魏之阀也窍在类熬的接触电黻，麴苓考虑材料表哥抟戴讫，金属导体蒋染物弓ｌ入的总电阻霆可近似表示为

豢

肛２¨训却（√警＋ｎｄ），

式孛ｄ茭金】｜嚣黪俸位子簿点与爱泡羧之闯懿厚度。

（３）

似鬟ｂ

乏

强

鬟

如污染物为ｊ扛金属，根据欧姆接触理论汹１，流过ｊ｝金属膜层的电流主瓣是隧道电流。此时，隧道电阻Ｒ。表示为

嗣２

波长／ｎｍ

ＬＥＤ芯片光谱图

Ｒ。＝÷，

（４）

Ｆｉｇ２ＳｐｅｃｔｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＬＥＤｃｈｉｐ

式孛ｙ菇貘屡偏箧；Ｊ为隧遵电流密度。豆，歹霹表示为‘６］

分耩菲金震污染物对ＬＥＤ芯片竞瞧特性的影响，霹恕污染物等效成ＲＣ并联电路，相当于在ＬＥＤ正电极与焊点

Ｊ。ｃｅｘｐ（一４ｗ以ｍ９ｄ／ｈ），

貘层辱度；矗势蕊麓壳常数。

由式（４），式（５）知，当偏压矿一定时，有

（５）

之间接入了一个阻抗为ｚ的元件，等效电路如图３。图巾，Ｒｊ，姣分别为ＰＮ结的结电阻和结电容，震。为串联电阻（举导镕鹃接囊蠹电阻与体溆阻等）。

式中ｍ隽电子的有效质量；妒为界嚣层的势垒高波；ｄ为

Ｒ。ｏｃｅｘｐ（４＂ａ＂以ｍ妒ｄ／ｈ）．

（６）

由式（６）可知，霞。随ｄ呈指数增加。当ｄ增厚ｌ倍，置。将增大１０个数夔级泼主‘引。蘩暴膜瑟淳凌及１ｒｉｍ增热婺

２２

Ｒ。

ｎｍ，隧道电阻将从ｌＤ．／ｃｍ２增大到１０１。ｌ＇１／ｅｍ２以上。ＬＥＤ光电特性实验与分析

图３烽撩缺陷ＬＥＤ电致发光等效电路豳

Ｆｉｇ３

Ｅｉｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ

ｗｅｌｄｉｎｇｆａｕｌｔＬＥＤ

ｃｉｒｃｕｉｔ

ｏｆ

２．１

实物建模

壶上述理论分橱霹超，金属、≤誊衾震污染物的分入都会

凌子ＬＥＤ发光对囊漉正囊导通，臻逡跑耀结的蓬翘

LED芯片封装工艺中焊接缺陷研究

第１０期余大海，等：ＬＥＤ芯片封装工艺中焊接缺陷研究

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导通电阻Ｒ，。大，因此，图中电容ｃ，ｃｉ和Ｒｉ均可略去。

处存在污染物时，引入了附加电阻ｚ，由式（１０）知，附加电

此时，ＬＥＤ注入电流，可以表示为隅］

阻ｚ使得短路电流，。小于光生电流，，，从而导致测得的缺

，＿Ｌｅｘｐ馨，

（７）

陷焊接ＬＥＤ芯片的光生电流比正常焊接时明显减小。

２而蕞玑，

从实验结果和等效电路分析可以看出：ＬＥＤ正电极的

Ｕｐｎ

（８）

油污焊接会使其发光强度和测得的光生电流均小于正常情况，严重影响ＬＥＤ性能。因此，在ＬＥＤ封装工艺中对其焊式中Ｌ为与ＰＮ结材料相关的电流常数；Ｕｐ。为施加在ＰＮ接缺陷进行检测和消除是十分必要的。结上的电压；ｇ为电子电量；ｋ为玻耳兹曼常数；Ｔ为热力学

３结束语

温度；ｎ为１－２之间随电流，增加而减小的值。

本文分析了ＬＥＤ封装工艺中污染物焊接缺陷的成因由式（７）可知，，ｏｃｅｘｐ（玑。／ｎ），其中，１≤ｎ≤２。由于与危害，测量了以油污焊接缺陷为实例的ＬＥＤ光电特性，ＬＥＤ发光强度￡ｏｃｒ（ｎ为正整数），由式（８）和上述分析可并利用缺陷ＬＥＤ等效电路对实验结果进行了分析，理论与得，Ｌ随污染物电阻月增加而减小，从而导致缺陷焊接比正

实验吻合较好。研究ＬＥＤ封装工艺中的焊接缺陷，分析其

常焊接时的ＬＥＤ发光强度有所下降。与正常情况下光电特性的差异，对提出ＬＥＤ在线检测方法２．３光生电流测量与分析

利用０．５Ｗ引脚式白光ＬＥＤ作为激励源，接入３Ｖ直

具有指导作用，从而可提高ＬＥＤ的封装成品率和元件的可

靠性。流电源和５０Ｑ限流电阻器，光线经孔径２０ｍｍ短焦距透镜聚焦后照射待测ＬＥＤ芯片，采用ＥＳＴｌ２２微电流计测量参考文献：

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短路电流丘可表示为

［４］

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（９）

，，

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ＤＡ，ＴａｕｒＹ，ｅｔ

ａ１．Ｑｕａｎｔｕｍ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅ－

ｌｉｎｇｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｔｕｎｎｅｌｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ

ｆｒｏｍｔｈｅ

ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ

ｌａｙｅｒ

ｏｆｕｌｔｒａ—

图４焊接缺陷ＬＥＤ光伏效应等效电路图

ｔｈｉｎ．ｏｘｉｄｅ

Ｆｉｇ

４

ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｅｆｆｅｃｔｅｑｌｌｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｗｅｌｄｉｎｇｆａｕｌｔＬＥＤ

ｎＭＯＳＦＥＴ’Ｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＥｌｅｃ

Ｄｅｖ

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通常情况，％。不足以导通ＰＮ结，，Ｐ》，Ｄ，，ｏ可略去。２０９－－２１１．

一般Ｒ。《互，由式（９）可得

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（１０）

作者简介：

在实验中，正常焊接时，由于无附加电阻ｚ的引入，此余大海（１９８２一），男，重庆人，硕士研究生，主要研究方向为信时，可以认为测得的短路电流，。就是光生电流‘。而焊点

号获取与处理和精密仪器。

℃Ｐ它尹ｑ≯＋屯Ｐ屯Ｐ吨Ｐ屯尹它Ｐ℃）ｐｕ）ｐｕ；ｐ℃）ｐｑＰ峙Ｐ吣Ｐ℃Ｐ℃；ｐ吣Ｐ峙Ｐ℃≯‘ｑ；ｐｋ；一ＹｊＰ吨Ｐ℃；一ｔ；一ｑｊ一℃Ｐ吨Ｐ℃ＰｕＰ乜Ｐ乜Ｐ吣Ｐ吨Ｐ吨Ｐ吨Ｐ毡Ｐ吣Ｐｔ）ｐ℃Ｐ峙ＰｕＰｑＰ℃，峙，

（上接第５４页）

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作者简介：

Ｅ５］

卫

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张振洪（１９６４一），男，山东诸城人，硕士，讲师，研究方向为电器［Ｊ］．传感器技术，２００３，２２（１２）：６０—６２．

气设备故障诊断与处理等。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/opb4.html