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1、超小超细显示用 0402LED 光源的制作方法 陈丹萍 浙江古越龙山电子科技发展有限公司 摘 要： LED 全固体光源作为绿色光源, 应用广泛, 家喻户晓, 电子设备中的指示灯, 照明灯, 显示屏等等需要用到光源产品的, 都已普遍采用 LED 灯。LED 品种繁多, 竞争激烈, 普通的 LED 没有市场优势, 个性化的, 特殊的 LED 必然成为迎得稳定客户筹码。本文主要介绍了目前行业里尺寸最小的多面发光的 LED 光源制作方法, 通过对产品结构的设计以及制作工艺方法的设计, 完整的呈现了一颗超小超细显示用 0402LED 光源的制作方法。关键词： PCB 塞孔; PLCC; BBOS; BT
2、 基板; 光学树脂; 1 引言传统的 LED 贴片发光二极管胶体面积只占整个产品面积的 2/3, 甚至更小, 以至产品在使用过程中容易造成发光不均匀。而胶体面积又不能过小以致造成单一产品尺寸在市场上最小只能做到 1.6*0.8*0.4mm。从发光角度考虑, 传统贴片发光二极管采用的 PCB 与 PLCC 封装结构产品的发光角度最大只能达 120。而且都属于表面发光, 发光面积只能占表面面积的一部分, 造成相对于单颗LED 产品来说效率不能达到最高。同时二焊点的结合强度在 LED 行业里成为死灯的主要原因, 正面电极两端暴露于空气中, 易造成电极氧化或锡膏沿着 LED侧壁导电层渗入胶体内同样影响
3、产品品质, 都造成产品可靠性不能得到保障。在行业里, 又受制于产品结构、材料与设备精度问题, 普通的 LED 产品尺寸都在长 1.6*宽 0.8 以上甚至更大, 故造成单片产品的生产效率低。而迷你型贴片发光二极管通过胶体全方位覆盖基板使产品呈多面发光形态, 这种全方位整体覆胶不仅可应用于小尺寸产品, 而且起到电极表面抗氧化保护, 同时对保护二焊点结合强度都起到一定的作用, 这种封装方式对于大尺寸产品封装同样适用。2 传统 LED 光源与 0402 光源结构对比介绍传统的 LED 产品结构可以分为通孔型与直边型两种结构, 产品胶体封装在基板上, 两边的电极无论是通孔型还是直边型都会裸露在胶体外部
4、, 即整颗产品的真正发光面积只有胶体那一部分。以上封装形式产品发光视角在 120及以下, 产品发光面积不充分, 发光视觉效果不均匀。而且暴露在胶体外的大面积焊盘容易受环境影响, 氧化而造成沾锡不良。传统的封装胶体工艺采用条状式封装, 容易受力不均产生溢胶。0402 光源结构为提供一种由无镂空超薄 PCB 基板、发光芯片与多面发光封装胶体组合而成的超小发光二极管, 产品尺寸为 1.0 长*0.5 宽*0.4 (0.45, 0.50) 厚的贴片发光二极管, 产品尺寸更小, 发光角度可以超过 120, 发光更均匀, 可以应用于超薄的背光, 指示等要求产品精细的电子产品上。3 0402 光源工艺改进介
5、绍为了生产单一产品发光能更均匀, 可靠性更高的产品。在原有的产品存在不足的基础上进行了改进。上述用于多面发光迷你型 LED 灯的生产工艺, 包括如下步骤:固晶焊线压模切割测试包装。固晶:采用厚度在 0.1mm 以上的 BT 镀金 (银) 铜镍底材塞油墨或树脂作为无镂空基板, 为了防止基板在生产时抖动, 在固晶时必须采用基板底部吸真空, 正面用治具逐列固定模式进行生产。固晶前先进行点胶, 芯片底部有电极的必须用导电胶进行固定, 没有电极的可任意选导电胶或绝缘胶进行固定。通过机械臂上的真空吸嘴在顶针辅助的作用下将芯片吸起, 并放置到基板上固定胶正中心, 吸嘴破真空使芯片不会粘在吸嘴上。无镂空 PC
6、B 比原先有通孔型或直边型PCB 更易固定, 点胶固晶时更稳定。焊线:采用双结球 BBOS 焊线工艺, 即先打线再在尾线处结球。为了保证焊接结合强度, 在焊线前用 PLSAMA 的 Ar 与 H2 的混合气体经过高压电离, 使等离子气体撞击 PCB 表面达到清洁效果。首先将材料通过推料杆送入焊线平台, 由于PCB 无镂空, 使底部真空在吸 PCB 时不会产生漏真空现象, 加上专门设计的多列多横 (根据区块大小设计) 的压料杆的作用, 使产品在焊线时不会抖动。一、确定好需打线的位置, 分别设置好第一焊位辨识点与第二焊位辨识点, 并设定瓷嘴分别在第一焊位与第二焊位的下降高度, 两高度差值为芯片高度
7、与底部固晶胶厚度之和。二、在第二焊位需第二次结球点再次设置第一焊位辨识点与第二焊位辨识点, 并设定瓷嘴分别在第一焊位与第二焊位的下降高度, 两高度差为零。三、设置两焊点间弧, 弧形分三步段行程, 第一段行程在第一焊点键合后瓷嘴垂直上拉, 第二行程在瓷嘴上升到一定高度后水平运动一段距离作为导线的抗膨胀阶段, 第三行程, 瓷嘴开始下降运动到第二焊点指定位置进行键合。弧形最高点高度设定为 80130m。四、穿好导线的瓷嘴在瓷嘴口处安装放电棒, 通过超声波放电装置将瓷嘴口导线烧结成直径约为 4580m 的金球, 通过瓷嘴下降将金球压合在芯片电极上, 再通过三段行程完成第一次打线。在尾线处结球, 将第一
8、焊位结球模式 BMUP SW 设定为 SECURE, 二焊尾线切断模式SHAPE 设定为 PULL CUT 模式。一焊与二焊之间的弧形三段行程统一为水平距离设定为 3070m。通过事先设置好的辨识点重复进行四步骤动作。采用 BBOS模式进行先打线再结球方式, 可以明显提高对焊线尾线与 PCB 的结合强度, 解决 LED 灯在可靠性方面因为第二焊位造成的死灯问题。而且尾线的上下两面分别与镀层和金球接触, 尾线完全被包围, 相对于 BSOB 先结球再打线方式的尾线只有下面与金球接触, 拉力明显增强, 断点更佳。压模:采用新的压模方式, 将模具以胶道方式压模设计更改为块状方式压模, 使单一产品表面整
9、体覆胶, 通过切割后使产品呈现五面全方位发光效果, 发光角度可达 180。设计选用 0.1mm 甚至更厚的 BT 镀金 (银) 铜镍基板作为底材, 在该基板正面与背面导通用的导通孔内通过塞树脂或油墨填充的方式将镂空部分填满, 将单一产品设计为 18 个产品集中区块, 封胶用模具也设计成以 18区块为单位的形式, 这样压模时以区块为每一单元, 同时通过不同的压模参数调整, 只要保证模具四周与 PCB 四周密封, 就可以防止全封胶压模形式背面无溢胶, 大大降低不良率的产生。同时可以提高单位面积单一产品数量, 而传统的 PCB 类 LED 灯压模都是属于条状型压模, 对模具每一镶条的平整度与 PCB
10、 板厚均匀度要求都较高, 如果密封不好, 容易使胶体通过胶道口溢出至单一产品导通部位及背部, 也容易产生压模偏移。采用上述 LED 产品经过焊线方式的改变使得产品可靠性更高, 并且对于不同的产品尺寸要求, 都可采用整体覆胶模式, 使单一产品整体覆胶后的 LED 发光更均匀, 由原先的侧面发光被 PCB 基板档住转变为侧光完全透光, 降低明显的光斑, 有效利用了单一产品单位面积上的发光强度, 发光角度可达 180。同时通过 PCB 塞孔、全封胶模式避免了通孔型或直边型 PCB 生产时因溢胶造成的不良率高问题。而且正面焊盘由于树脂的保护使得焊盘可以避免空气中氧化。最终经过上述产品结构的变化和工艺设计的改进, 超小超细显示用 0402LED 光源实现了批量化生产, 满足了产品外观尺寸超小, 光电参数提升, 可靠性增强的要求。参考文献1祝大同.对 PCB 基板材料多样化发展的探讨J.覆铜板资讯, 2009 (6) :15-21. 2斯芳虎.LED 金线键合工艺的质量控制J.电子质量, 2010 (3) :44-45. 3周鹏, 文剑.不同焊线模式对 LED 器件可靠性的影响J.中国照明电器. 4张鉴, 杨明武.LED 环氧树脂封装的光学设计与模拟J.合肥工业大学学报, 2008-10.
