led灯珠非气密性封装可靠性与失效分析

来源:本站原创  作者:佚名  日期:2019年10月28日

  led灯珠非气密性封装分为传递模注塑封型、液态树脂封装型、树脂块封装型等。其中传递模注塑封法价格便宜,便于大批量生产,目前采用最为普遍。

led灯珠非气密性封装可靠性与失效分析

a. 模注树脂成分及特性

  led灯珠树脂封装通常是指受热后有软化或熔融范围,软化时在外力作用下有流动倾向,常温下是固态、半固态,有时也可以是液态的有机聚合物。广义地讲,可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。(广义的封装是指将半导体和电子元器件所具有的电子的、物理的功能,转变为适用于设备或系统的形式,并使之能够为人类社会服务的科学技术。)

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  树脂有天然树脂和合成树脂之分。天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的有机物质,如松香、琥珀、虫胶等。合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。 

按树脂分子主链组成分类:

  按此方法可将树脂分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。 

  碳链聚合物是指主链全由碳原子构成的聚合物,如聚乙烯、聚苯乙烯等。 

  杂链聚合物是指主链由碳和氧、氮、硫等两种以上元素的原子所构成的聚合物,如聚甲醛、聚酰胺、聚醚等。 

  元素有机聚合物是指主链上不一定含有碳原子,主要由硅、氧、铝、钛、硼、硫、磷等元素的原子构成,如有机硅。

  ex:led灯珠环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征,环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团,使它们可交联反应而形成不溶、不熔的具有网状结构的高聚物。 

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  led灯珠传递模注树脂封装的可靠性取决于模注树脂的可靠性。标准模注树脂的组成,按其配比质量分数,从高到低依次为填充料(filler)(约70%),环氧树脂(约18%以下),固化剂(约9%以下)等。

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填充料的主要成分是二氧化硅。

  晶态二氧化硅有利于提高模注树脂的导热性,熔凝态(非晶)二氧化硅有利于降低模注树脂的热膨胀系数及吸湿性。图中可见随熔凝二氧化硅含量的增加,led灯珠封装树脂热膨胀系数降低最多,从而对模注塑封中的热应力缓和更为有效。

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  环氧树脂的组成,一般都采用甲酚-酚醛系([C6H3OHCH2]n)。环氧树脂具有保护芯片、使其于外部气体隔绝,确保成形时的流动性外,还对模注树脂的机械、电气、热等基本特性起决定性作用。

  固化剂的主要成分为苯酚-酚醛系树脂,其与环氧树脂一起对成形时的流动性及树脂特性起作用。

  此外,模注树脂中还含有如下成分:促进固化反应的固化促进剂(触媒);树脂在注模内固化后,为使其便于取出的脱模剂;为阻止燃烧,满足阻燃特性规定的阻燃剂;以黑色炭粉及各种颜料进行着色的着色剂等。

b. 传递模注工艺过程

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  先将模具预热,将经过微互连的LED芯片框架插入上下模具中,上模具下降,将芯片框架固定。

  注塑压头按设定程序下降,树脂料饼经预加热器加热,粘度下降,在注塑压头压力作用下,由料筒经流道,通过浇口分配器进入浇口,最后注入到型腔中。

  注入中不加压力,待封装树脂基本上填满每个型腔之后再加压力。在加压状态下保持数分钟,树脂聚合而硬化。

  上模具提升,取出模注好的封装体。切除流道、浇口等不必要的树脂部分。

  此时树脂聚合仍不充分,特性也不稳定,需要在160~180摄氏度经数小时的高温加热,使聚合反应完结。

  由于模注时树脂可能从模具的微细间隙流出,故最后还要利用高压水及介质(玻璃粉等)的冲击力,使残留在外引脚表面的树脂溢料(又称毛边、飞边等)剥离。

  外引脚经过电镀焊料或电镀Sn等处理,以改善引脚的耐蚀性及微互连时焊料与它的浸润性。至此,传递模注封装全部完成。

问题1:

  随着led灯珠芯片封装规模及相应模具的大型化,往往会发生树脂注入型腔的不均匀化问题。从树脂注入每个型腔的过程看,离注塑压头远的型腔注入树脂前,离注塑压头近的型腔中树脂已开始硬化;离注塑压头远的型腔填充完毕开始增加注入压力时,离注塑压头近的型腔中的树脂已经硬化,残留的气体会产生气孔或气泡。

                                

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  解决方法是采用多个注塑压头,以保证树脂在每个型腔内处于均衡的流入状态。

问题2

  一般的模注采用下浇口注入树脂,这在芯片和封装尺寸较小时没有问题,但随着led灯珠芯片和封装尺寸变大,离浇口远的封装上部,往往出现树脂未填充的部分。

  解决方法是通过将浇口设置在封装中部,保证注入树脂在型腔内led灯珠芯片的上面、下面均衡流动,从而避免树脂未填充问题。

c. 模注树脂流速及粘度对Au丝偏移(冲丝)的影响

  led灯珠封装树脂在型腔内流动会造成微互连Au丝的偏移(冲丝)。

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  为了减小Au丝偏移,应降低led灯珠封装树脂的粘度,并控制封装树脂尽量缓慢的在型腔内流动。

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