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  猛犸小向 2011-06-16 00:00:00

  等離子清洗在LED封裝工藝中的應(yīng)用 來(lái)源：南京世鋒科技等離子研究ZX 2009-10-21 ________________________________________ （南京世鋒科技有限公司，南京 030026） 摘 要：LED封裝工藝過(guò)程中，支架、芯片表面的氧化物及顆粒污染物會(huì)降低產(chǎn)品質(zhì)量，如果在封裝工藝過(guò)程中的點(diǎn)膠前、引線鍵合前及封裝固化前進(jìn)行等離子清洗，則可有效去除這些污染物。介紹了等離子清洗原理及清洗設(shè)備，并對(duì)清洗前后的效果做了對(duì)比。 關(guān)鍵詞：等離子清洗；LED；封裝工藝 Application of Plasma Cleaning in LED Package Process Wang Da-wei，Jia Juan-fang，Miao Dai （The 2nd Research Institute of CETC，Taiyuan 030024，China） Abstract：In LED package process， oxide and particle contamination on chip surface can reduce quality， but RF plasma cleaning before dispensing、wire bonding or solidification could efficiently remove this contamination. This article introduces plasma cleaning theory and equipment， and compares the effect after cleaning with it before. Key words： Plasma Cleaning；LED；Package Process 0 引言 LED是可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的發(fā)光器件，它有著體積小、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、高亮度低熱量、環(huán)保、堅(jiān)固耐用及可控性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展突飛猛進(jìn)，現(xiàn)已能批量生產(chǎn)整個(gè)可見(jiàn)光譜段各種顏色的高亮度、高性能產(chǎn)品。近幾年，LED廣泛用于大面積圖文顯示屏，狀態(tài)指示、標(biāo)志照明、信號(hào)顯示、汽車(chē)組合尾燈及車(chē)內(nèi)照明等方面，被譽(yù)為21世紀(jì)新光源，然而在其封裝工藝中存在的污染物一直是其快速發(fā)展道路上的一只攔路虎，如何能夠簡(jiǎn)單快速及無(wú)污染的解決掉這個(gè)問(wèn)題一直困擾著人們。等離子體清洗，一種無(wú)任何環(huán)境污染的新型清洗方式，將為人們解決這一問(wèn)題。 1 LED的發(fā)光原理及基本結(jié)構(gòu) 發(fā)光原理：LED（light emitting diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體發(fā)光器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，其核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為p-n結(jié)，因此它具有一般pn結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?、反向截至及擊穿特性，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。正向電壓下，這些半導(dǎo)體材料的pn結(jié)中，電流從LED陽(yáng)極流向陰極，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)。半導(dǎo)體晶體可以發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線， 其波長(zhǎng)和顏色由組成pn結(jié)的半導(dǎo)體物料的禁帶能量所決定，而光的強(qiáng)弱則與電流有關(guān)。 基本結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，LED可以看作是將一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料芯片，通過(guò)引線鍵合后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封。其芯片及典型產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1（芯片與透鏡間為灌封膠）。 2 LED封裝工藝 在LED產(chǎn)業(yè)鏈中，上游為襯底晶片生產(chǎn)，中游為芯片設(shè)計(jì)及制造生產(chǎn)，下游為封裝與測(cè)試。研發(fā)低熱阻、優(yōu)異光學(xué)特性、高可靠的封裝技術(shù)是新型LED走向?qū)嵱?、走向市?chǎng)的必經(jīng)之路，從某種意義上講封裝是連接產(chǎn)業(yè)與市場(chǎng)之間的紐帶，只有封裝好才能成為終端產(chǎn)品，從而投入實(shí)際應(yīng)用。LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來(lái)的，但卻與一般分立器件不同，它具有很強(qiáng)的特殊性，不但完成輸出電信號(hào)、保護(hù)管芯正常工作及輸出可見(jiàn)光的功能，還要有電參數(shù)及光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求，所以無(wú)法簡(jiǎn)單地將分立器件的封裝用于LED。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的不斷研究與發(fā)展，LED封裝工藝也發(fā)生了很大的變化，但其大致可分為以下幾個(gè)個(gè)步驟： Ø 芯片檢驗(yàn)：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)麻坑； Ø LED擴(kuò)片：采用擴(kuò)片機(jī)對(duì)黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張，將芯片由排列緊密約0.1mm的間距拉伸至約0.6mm，便于后工序的操作； Ø 點(diǎn)膠：在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠； Ø 手工刺片：在顯微鏡下用針將LED芯片刺到相應(yīng)的位置； Ø 自動(dòng)裝架：結(jié)合點(diǎn)膠和安裝芯片兩大步驟，先在LED支架上點(diǎn)上銀膠（絕緣膠），然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動(dòng)位置，再安置在相應(yīng)的支架位置上； Ø LED燒結(jié)：燒結(jié)的目的是使銀膠固化，燒結(jié)要求對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，防止批次性不良； Ø LED壓焊：將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作； Ø LED封膠：主要有點(diǎn)膠、灌封、模壓三種，工藝控制的難點(diǎn)是氣泡、多缺料、黑點(diǎn)； Ø LED固化及后固化：固化即封裝環(huán)氧的固化，后固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時(shí)對(duì)LED進(jìn)行熱老化，后固化對(duì)于提高環(huán)氧與支架（PCB）的粘接強(qiáng)度非常重要； Ø 切筋劃片：LED在生產(chǎn)中是連在一起的，后期需要切筋或劃片將其分離； Ø 測(cè)試包裝：測(cè)試LED的光電參數(shù)、檢驗(yàn)外形尺寸，根據(jù)客戶要求對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行分選，將成品進(jìn)行計(jì)數(shù)包裝。 3 等離子清洗原理及設(shè)備 3.1 概述：是正離子和電子密度大致相等的電離氣體。由離子、電子、自由激進(jìn)分子、光子以及中性粒子組成，是物質(zhì)的第四態(tài)。人們普遍認(rèn)為的物質(zhì)有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。區(qū)分這三種狀態(tài)是靠物質(zhì)中所含能量的多少。給氣態(tài)物質(zhì)更多的能量，比如加熱，將會(huì)形成等離子體，在宇宙中99.99％的物質(zhì)處于等離子狀態(tài)。 3.2清洗原理：通過(guò)化學(xué)或物理作用對(duì)工件表面進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)分子水平的污染物去除（一般厚度為3～30nm），從而提高工件表面活性。被清除的污染物可能為有機(jī)物、環(huán)氧樹(shù)脂、光刻膠、氧化物、微顆粒污染物等。對(duì)應(yīng)不同的污染物，應(yīng)采用不同的清洗工藝，根據(jù)選擇的工藝氣體不同，等離子清洗分為化學(xué)清洗、物理清洗及物理化學(xué)清洗。 化學(xué)清洗:表面反應(yīng)以化學(xué)反應(yīng)為主的等離子體清洗，又稱PE。 例1：O2＋e－→ 2O※ +e－ O※＋有機(jī)物→CO2+H2O 從反應(yīng)式可見(jiàn)，氧等離子體通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可使非揮發(fā)性有機(jī)物變成易揮發(fā)的H2O和CO2。 例2：H2+e-→2H※+e- H※+非揮發(fā)性金屬氧化物→金屬＋H2O 從反應(yīng)式可見(jiàn)，氫等離子體通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以去除金屬表面氧化層，清潔金屬表面。 物理清洗：表面反應(yīng)以物理反應(yīng)為主的等離子體清洗，也叫濺射腐蝕（SPE）。 例：Ar＋e-→Ar++2e- Ar++沾污→揮發(fā)性沾污 Ar+在自偏壓或外加偏壓作用下被加速產(chǎn)生動(dòng)能，然后轟擊在放在負(fù)電極上的被清洗工件表面，一般用于去除氧化物、環(huán)氧樹(shù)脂溢出或是微顆粒污染物，同時(shí)進(jìn)行表面能活化。 物理化學(xué)清洗：表面反應(yīng)中物理反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)均起重要作用。 3.3等離子清洗設(shè)備 等離子清洗設(shè)備的原理是在真空狀態(tài)下，壓力越來(lái)越小，分子間間距越來(lái)越大，分子間力越來(lái)越小，利用射頻源產(chǎn)生的高壓交變電場(chǎng)將氧、氬、氫等工藝氣體震蕩成具有高反應(yīng)活性或高能量的離子，然后與有機(jī)污染物及微顆粒污染物反應(yīng)或碰撞形成揮發(fā)性物質(zhì)，然后由工作氣體流及真空泵將這些揮發(fā)性物質(zhì)清除出去，從而達(dá)到表面清潔活化的目的。是清洗方法中Z為徹底的剝離式清洗，其Z大優(yōu)勢(shì)在于清洗后無(wú)廢液，Z大特點(diǎn)是對(duì)金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子材料等都能很好地處理，可實(shí)現(xiàn)整體和局部以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的清洗。 4 等離子清洗在LED封裝工藝中的應(yīng)用 LED封裝工藝直接影響LED產(chǎn)品的成品率，而封裝工藝中出現(xiàn)問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)?9%來(lái)源于支架、芯片與基板上的顆粒污染物、氧化物及環(huán)氧樹(shù)脂等污染物，如何去除這些污染物一直是人們關(guān)注的問(wèn)題，等離子清洗作為Z近幾年發(fā)展起來(lái)的清洗工藝為這些問(wèn)題提供了經(jīng)濟(jì)有效且無(wú)環(huán)境污染的解決方案。針對(duì)這些不同污染物并根據(jù)基板及芯片材料的不同，采用不同的清洗工藝可以得到理想的效果，但是錯(cuò)誤的工藝使用則可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，例如銀材料的芯片采用氧等離子工藝則會(huì)被氧化發(fā)黑甚至報(bào)廢。所以選擇合適的等離子清洗工藝在LED封裝中是非常重要的，而熟知等離子清洗原理更是重中之重。一般情況下，顆粒污染物及氧化物采用5％H2+95%Ar的混合氣體進(jìn)行等離子清洗，鍍金材料芯片可以采用氧等離子體去除有機(jī)物，而銀材料芯片則不可以。選擇合適的等離子清洗工藝在LED封裝中的應(yīng)用大致分為以下幾個(gè)方面： Ø 點(diǎn)銀膠前：基板上的污染物會(huì)導(dǎo)致銀膠呈圓球狀，不利于芯片粘貼，而且容易造成芯片手工刺片時(shí)損傷，使用等離子清洗可以使工件表面粗糙度及親水性大大提高，有利于銀膠平鋪及芯片粘貼，同時(shí)可大大節(jié)省銀膠的使用量，降低成本。 Ø 引線鍵合前：芯片粘貼到基板上后，經(jīng)過(guò)高溫固化，其上存在的污染物可能包含有微顆粒及氧化物等，這些污染物從物理和化學(xué)反應(yīng)使引線與芯片及基板之間焊接不完全或粘附性差，造成鍵合強(qiáng)度不夠。在引線鍵合前進(jìn)行等離子清洗，會(huì)顯著提高其表面活性，從而提高鍵合強(qiáng)度及鍵合引線的拉力均勻性。鍵合刀頭的壓力可以較低（有污染物時(shí)，鍵合頭要穿透污染物，需要較大的壓力），有些情況下，鍵合的溫度也可以降低，因而提高產(chǎn)量，降低成本。 Ø LED封膠前：在LED注環(huán)氧膠過(guò)程中，污染物會(huì)導(dǎo)致氣泡的成泡率偏高，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量及使用壽命低下，所以，避免封膠過(guò)程中形成氣泡同樣是人們關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)等離子清洗后，芯片與基板會(huì)更加緊密的和膠體相結(jié)合，氣泡的形成將大大減少，同時(shí)也將顯著提高散熱率及光的出射率。 通過(guò)以上幾點(diǎn)可以看出材料表面活化、氧化物及微顆粒污染物的去除可以通過(guò)材料表面鍵合引線的拉力強(qiáng)度及侵潤(rùn)特性直接表現(xiàn)出來(lái)。 某幾家LED廠產(chǎn)品封裝工藝中以上幾點(diǎn)工藝前添加等離子清洗，測(cè)量鍵合引線的拉力強(qiáng)度與未進(jìn)行等離子清洗相比，鍵合引線拉力強(qiáng)度有明顯增加，但由于產(chǎn)品不同，所以增加的幅度也大小不等，有的只增加12％，有的卻可以增加80％，也有的廠家測(cè)量的數(shù)據(jù)反映平均拉力沒(méi)有明顯增加，但是Z小鍵合拉力卻明顯提高，對(duì)于確保產(chǎn)品可靠性來(lái)說(shuō)，這仍然是十分有益的。圖3為某LED廠家一批氧化的LED等離子清洗前后對(duì)比，圖4為某LED廠家對(duì)一批LED在等離子清洗前后進(jìn)行的鍵合引線拉力對(duì)比圖。 等離子清洗過(guò)后，檢測(cè)芯片與基板清洗效果的另一指標(biāo)為其表面的浸潤(rùn)特性，通過(guò)對(duì)幾家產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)表明未進(jìn)行等離子清洗的樣品接觸角大約為40°~68°左右;表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)機(jī)制等離子體清洗的樣品接觸角大約為10°～17°左右；表面進(jìn)行物理反應(yīng)機(jī)制等離子體清洗過(guò)的樣品接觸角為20°～28°左右。不同廠家、不同產(chǎn)品及不同清洗工藝的清洗效果是不同的，浸潤(rùn)特性的提高表明在上述幾點(diǎn)封裝工藝前進(jìn)行等離子清洗是十分有益的。圖5為等離子清洗前后在某種LED工件表面滴落7微升純凈水并利用接觸角檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)的接觸角對(duì)比。 5 結(jié)束語(yǔ) 近年來(lái)，由于半導(dǎo)體光電子技術(shù)的進(jìn)步，LED的發(fā)光效率迅速提高，預(yù)示著一個(gè)新光源時(shí)代即將到來(lái)。就發(fā)光二極管的技術(shù)潛力和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，其發(fā)光效率將達(dá)到400lm/w以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)前光效Z高的高強(qiáng)度氣體放電燈，成為世界上Z亮的光源。因此，業(yè)界認(rèn)為，半導(dǎo)體照明將創(chuàng)造照明產(chǎn)業(yè)的第四次革命。而有利于環(huán)保、清洗均勻性好、重復(fù)性好、可控性強(qiáng)、具有三維處理能力及方向性選擇處理的等離子清洗工藝應(yīng)用到LED封裝工藝中，必將推動(dòng)LED產(chǎn)業(yè)更加快速的發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： [1]Polack，et al， Plasma Chemistry[M]. 1998 [2]T.J.M.Boyd and J.J.Sanderson，The Physics Of Plasmas[M].CAMBRIDGE.2004 [3]陳元燈，LED制造技術(shù)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社.2007 [4]楊麗敏，如何有效的提高功率型LED封裝工藝[J].現(xiàn)代顯示.2007年04期 [5]孫卓，真空等離子體裝備技術(shù)及應(yīng)用[OL].ZG真空網(wǎng).2005.2 [6]張國(guó)柱 杜海文等，等離子清洗技術(shù)[J].機(jī)電元件 2000.12 [7]梁治齊，實(shí)用清洗技術(shù)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2000.1 聯(lián)系人：百度關(guān)鍵詞搜索 馮濤等離子清洗在LED封裝工藝中的應(yīng)用

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