LED封裝材料

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。COB、4in1等封裝形式對材料的選擇都不同，尤其是對墨色一致性問題，各種封裝路徑的處理方式都不一樣，具體該如何選擇材料?德高化成在這些方面都有哪些解決方案，能否分享一下?

譚曉華

從LED顯示屏技術(shù)發(fā)展趨勢看，無論器件化的EMC燈珠還是COB模組技術(shù)都已經(jīng)在像素點(diǎn)間距指標(biāo)上進(jìn)入“0.X”時(shí)代，未來兩種技術(shù)路線誰能成為主流，更多是從產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)莾A向于更高效率的分工協(xié)作模式還是貫通式的平臺模式。前者依托成熟的封裝、顯示屏行業(yè)分工，有利于打造品質(zhì)更穩(wěn)定、成本更低的顯示屏產(chǎn)品;后者寄希望于以顯示屏作為入口集成更多信息化功能的平臺產(chǎn)品。

兩種顯示屏封裝方案分別對應(yīng)適合其封裝要求的封裝材料。正裝及垂直芯片封裝的小間距EMC燈珠采用固態(tài)環(huán)氧樹脂封裝，EMC燈珠的名稱由來也是從封裝材料(Epoxy Molding Compound)的性質(zhì)所得。固態(tài)環(huán)氧樹脂以其優(yōu)越的氣密性、粘結(jié)力和硬度可確保EMC燈珠的PCT可靠性和切割加工便利性。

而采用倒裝芯片的大規(guī)模陣列COB形態(tài)Mini RGB可以采用有機(jī)硅樹脂封裝。高折射率苯基有機(jī)硅樹脂以其優(yōu)異低應(yīng)力表現(xiàn)可充分釋放大尺寸基板封裝固化后應(yīng)力，避免基板翹曲;ShoreD65以上的高硬度可保證顯示屏表面不粘連灰塵，周邊切割尺寸精準(zhǔn)利于無縫拼接。

就產(chǎn)品與市場成熟度來看，無疑器件化RGB EMC燈珠是目前市場主流，而EMC環(huán)氧樹脂是其封裝材料。本次討論就以EMC燈珠和環(huán)氧樹脂封裝材料為主題談?wù)劦赂呋傻漠a(chǎn)品概念。

一般而言，在EMC燈珠封裝中，要確保墨色一致性和光學(xué)功能一致性，我們通過添加”B、D、F”三種材料來實(shí)現(xiàn)：黑色素粉(Black Pigment)、光散射微珠(Diffuser)和高透明無機(jī)微珠(Filler with High Transparency)。

顯示屏墨色是確保對比度的首要性能，同時(shí)顯示屏的墨色均一性是直接影響用戶感受的核心質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)，因此“墨色”是EMC封裝和樹脂材料供應(yīng)商面對的*技術(shù)挑戰(zhàn)。

樹脂黑度越高、顯示屏對比度越好;但封裝材料透過率下降導(dǎo)致芯片功耗上升且黑色素會吸收積聚熱量，*終不利于顯示屏的長期工作可靠性。因此尋求黑度(墨色)與透過率的矛盾統(tǒng)一，采用*微小黑素添加量達(dá)到至高對比度是顯示屏封裝材料的*設(shè)計(jì)要?jiǎng)?wù)。

德高化成通過精選并控制黑素的原始粒徑與聚集態(tài)粒徑、強(qiáng)化與樹脂混合分散的工藝過程，優(yōu)化黑色素添加量在萬分之五以下(重量比)，實(shí)現(xiàn)對比度與透過率的*佳平衡。

黑色素在EMC樹脂中的分散均一性是燈珠封裝廠商的良率*關(guān)切因素，也是顯示屏廠商組屏后墨色一致性優(yōu)劣的質(zhì)量根本所在。樹脂端混黑均一性不佳，會導(dǎo)致封裝廠成品不得不按燈珠亮度分3-5BIN處理，而混黑控制良好的樹脂可幫助封裝廠向一個(gè)BIN的方向提升良率。

當(dāng)然，墨色均一性除樹脂混黑要因外，與基板墨色控制、基板厚度均一性、封裝模具精密程度等諸多封裝管理因素亦有相關(guān)，因此RGB EMC燈珠封裝廠往往都是品質(zhì)綜合管控能力較強(qiáng)的企業(yè)。

RGB EMC燈珠中的紅光芯片與藍(lán)綠光芯片尺寸不同，發(fā)光角度也有差異，因此樹脂中有必要添加光散射微珠，使RGB三顆芯片的出光在燈珠內(nèi)部充分混合，在140º出光角度內(nèi)以同樣的光強(qiáng)分布實(shí)現(xiàn)一致的白平衡。采用EMC燈珠混光處理不當(dāng)?shù)娘@示屏，在廣視角常常出現(xiàn)預(yù)設(shè)白平衡偏紅的現(xiàn)象。

光散射微珠的添加與黑色素添加有類似的光學(xué)矛盾對立統(tǒng)一關(guān)系，即混光效果越好，出光損失越大，同時(shí)散射微珠與樹脂結(jié)合不佳會導(dǎo)致封裝體PCT性能降低。光散射微珠一般由有機(jī)樹脂制成，常見的有PMMA、有機(jī)硅等材料。微珠材質(zhì)的選擇、微珠的粒徑分布、以及盡可能壓縮散射粉在樹脂中的配方量是EMC燈珠整體光學(xué)設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)的重要因素。

RGB EMC燈珠封裝規(guī)格序列由標(biāo)準(zhǔn)品EMC1010起沿著小間距方向不斷精簡尺寸，向0808、0606方向推進(jìn)。新興的4IN1模組也順利實(shí)現(xiàn)了0.7mm間距的“mini尺度”。無論EMC獨(dú)立燈珠的小型化還是4IN1，在封裝設(shè)計(jì)上都趨向采用更薄型化的基板。

薄型基板與環(huán)氧樹脂結(jié)合后，封裝翹曲較普通厚度基板要突出，是影響器件切割效率的“棘手”問題。為降低環(huán)氧樹脂的固化收縮率及熱形變收縮率，在樹脂中添加無機(jī)填料是EMC封裝樹脂的通行做法。然而LED封裝材料不同于IC封裝，通用的Silica填料會使光學(xué)封裝材料失去透明性。

德高化成開發(fā)了專門用于RGB EMC封裝的*球化透明無機(jī)微珠材料，可維持與純樹脂相當(dāng)?shù)耐该骷墑e，且球化微珠可實(shí)現(xiàn)替代部分有機(jī)光散射微珠的混光功能，增強(qiáng)了樹脂EMC復(fù)合物的抵抗PCT能力。在添加量20-50%(wt%)范圍內(nèi)，可大大降低封裝后基板翹曲，順利實(shí)現(xiàn)高效率的器件切割。

以黑色素為主的BDF功能材料與環(huán)氧樹脂的混合，我們可統(tǒng)稱加黑過程，分為干法加黑和濕法加黑。干法加黑過程主要基于成品的透明EMC樹脂，將其粉碎后混入BDF功能材料，經(jīng)過樹脂粉碎、功能粉體分散、打餅成型而再制成封裝廠所需的EMC樹脂;濕法加黑過程則必須由樹脂的品牌生產(chǎn)廠商在樹脂配方混煉階段加入BDF功能性材料、按樹脂配方混煉、樹脂粉碎、打餅成型幾個(gè)工段一次性完成EMC成品生產(chǎn)。

“干法加黑”是當(dāng)前封裝廠廣泛采用的方式，封裝廠可靈活的根據(jù)基板、芯片等變化因素，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)暮诙?。但粉體作業(yè)本身是比較復(fù)雜的化工材料生產(chǎn)過程，墨色批次穩(wěn)定性難以控制，且面臨環(huán)保和安全生產(chǎn)等諸多約束，封裝廠難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；灾啤?/p>

此外干法加黑過程，粉末狀態(tài)樹脂易吸濕，存在封裝過程中粘模具、封裝體空洞增多、封裝后器件氣密性下降等潛在不利因素。濕法加黑過程有利于產(chǎn)品質(zhì)量控制，但樹脂廠商需具備依據(jù)封裝廠需求快速調(diào)整材料配方的品質(zhì)管控能力以及批量彈性靈活的生產(chǎn)交付能力。

德高化成可向封裝廠提供EMC“干法加黑”代工服務(wù)，以及基于自有品牌的TC-7600H-BDF一體化高可靠性RGB EMC封裝樹脂?，F(xiàn)在的LED燈或許會有一些問題，但是我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問題終將唄解決，未來的LED一定是高效率，高質(zhì)量的。