【LED知识】LED金线键合工艺的质量控制

    1、发光二极管LED芯片引线是采用金球热超声键合工艺，即利用热能、压力、超声将芯片电极和支架上的键合区利用AU线对应键合起来，完成产品内、外引线的连接工作。

    2、技术要求

    2.1键合位置及焊点形状要求

    (1)、键合第*焊点金球不能有1/4以上在芯片电极之外，不能触及P型层与N型层分界线，如图1所示为GaAs单电极芯片焊线金球合格与不合格对比图片。

图1第*键合点位置规范

    (2)、第二焊点不得超出支架键合小区范围，如图2所示。

图2第二键合点位置规范

    (3)、第*焊点球径A约是丝径Ф的3.5倍左右，球形变均匀良好，丝与球同心；第二焊点形状如楔形，其宽度D约是丝径Ф的4倍左右，球型厚度H为Ф的0.6-0.8倍。金球根部不能有明显的损伤或变细的现象，第二焊点楔形处不能有明显裂纹。

图3第*焊点形状

    （4）、键合后其他表观要求：无多余焊丝、无掉片、无损坏芯片、无压伤电极.芯片表面不能有因键合而造成的金属熔渣、断丝和其他不能排除的污染物。拱丝无短路，无塌丝，无勾丝。

图4第二焊点形状

    2.2拉力测试

    拉力测试被广泛用在热超声焊线中，它是一种破坏性的测试，能够测试出最薄弱的断点，测试点和拱丝的特点直接影响测量数值大小。LED行业键合金线拉力及断点位置要求一般为：拉线时第*点金球不能与电极之间脱开，第二点楔形不能与支架键合区脱开，即此时不论拉力F为何值都判定不合格；如从其它点断开，金丝直径Ф25um拉力值F>5g为合格，金丝直径Ф32um拉力值F>7g为合格。

    3、键合工艺条件

    3.1键合温度

    键合温度能够帮助移除表面污染物，如潮汽，油，水蒸汽等；增加分子的活跃程度有利于合金的形成。但是过高的温度不仅会产生过多的氧化物影响键合质量，并且由于热应力应变的影响，图像监测精度和器件的可靠性也随之下降。在实际工艺中，温控系统都会添加预热区、冷却区，提高控制的稳定性。目前LED芯片键合机台（以Eagle60型号为例）键合温度一般设置在180-250℃。

    3.2键合机台压力/功率

    超声功率使焊线和焊接面松软，产生热能，形成分子相互嵌合合金，改变球形尺寸。超声功率对键合质量和外观影响最大，因为它对键合球的变形起主导作用。过小的功率会导致过窄、未成形的键合或尾丝翘起；过大的功率导致根部断裂、键合塌陷或焊盘破裂。

    超声功率和键合压力是相互关联的参数，增大超声功率通常需要增大键合力使超声能量通过键合工具更多的传递到键合点处。因此在生产过程中设置键合机台压力和功率参数时，需要将两者密切综合考良，根据机台型号以及生产工艺中遇到的实际情况进行灵活设置，努力寻找到*佳的搭配组合。

    3.3键合时间

    键合时间是指控制超声能量作用的时间，通常LED芯片键合机台（以Eagle60型号为例）时间设置在8-20ms。一般来说，太短的焊线时间无法形成良好的合金，焊线时间过长是导致拉力不良或芯片电极损伤的原因。键合时间越长，引线球吸收的能量越多，键合点的直径就越大，界面强度增加而颈部强度降低，会使键合点超出焊盘边界并且导致空洞生成概率增大。因此设置合适的键合时间也显得尤为重要。

    4、键合工具与原材料

    4.1劈刀

    键合劈刀的选择和使用磨损状况对于焊点的质量有着重要影响，劈刀寿命一般为200万点。随着劈刀的使用焊点数的增加，劈刀磨损也越来越严重，图7为新劈刀从开始使用到3500K焊点的外观磨损变化对比图片。而随着劈刀的磨损，其焊点的质量也逐渐变差，图8为第*、二焊点外观状况随劈刀焊接点数增加的变化对比图片。

图6劈刀使用焊点数与焊点外观图

    4.2金丝

    金丝作为一个重要的原材料必须具备有几个重要的特性：良好的机械性能和导电性能，合适的破断力，选择正确的尺寸，表面清洁无污染无损伤。目前LED封装行业金线直径大多选择1mil或1.25mil，纯度为99.99%，延伸率一般为2%-8%，断裂负荷一般要求：1mil金丝大于10g，1.25mil金丝大于16g。

    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。

    4.3引线支架质量对焊点的影响

    （1）一般影响第二焊点；

    （2）表面不平整容易导致焊接过程中能量损失，焊点不对称；

    （3）电镀质量不良导致黏结性变差，直接体现在焊接后拉力不良等；

    （4）表面不良（洁净度、氧化），当焊线的几个参数无法破坏表面污染层将影响焊线质量。

    4.4芯片电极对焊点的影响

    （1）芯片电极本身蒸镀不牢靠，导致焊线后电极脱落或损伤。

    （2）芯片电极本身可焊性差，会导致焊球虚焊。

    （3）芯片电极表面脏污，如装架的胶，其他物体接触芯片表面；芯片存储不当导致电极表面氧化等等。由于金属熔球与焊盘的尺寸都很小，因此对键合表面的清洁状况非常敏感，键合表面的轻微污染都可能导致两者间的金属原子扩散不能进行，造成失效或虚焊。

    5、结束语

    键合工艺是LED封装业最重要最关键的工艺技术，影响到封装成品的电性能以及可靠性。本文介绍了键合焊线和焊球的质量管控标准，对影响键合质量的键合时间、压力、功率等参数做了介绍，另外还阐述了劈刀、金线等工具和原材料对键合质量的影响。

责编：小瀞