低成本LED封装技术Word格式.docx

1、2009年，金价格上涨了约32（图1）。根据日月光透露，用铜导线取代金导线可以节省多达20的成本。日月光主要的工厂位于高雄，该公司计划2010上半年安装2000台铜导线的焊线机。针对此一趋势，在今年的NEPCON JAPAN中，展出重点便着重在可具体减缓金价上升压力的技术上，包括可使用铜线的封装材料，以及可在接合过程中减少金线使用量的技术。图1 金价持续上涨伦敦市场的现货金报价。快速跃升的金成本加速了过渡到铜导线的趋势。1金衡盎司为31.1035克。（图根据田中贵金属工业的数据制成） 防止铜腐蚀的封装材料 日本的京瓷化学公司（KYOCERA Chemical）也展示了KE-G1280系列封装材

2、料，旨在解决铜布线长期存在的问题（图2）。新材料已自2009年夏天开始量产，并已应用在极具成本意识的动态随机存取记忆体（DRAM）和快闪记忆体等应用中。图2 针对铜导线进行最佳化的全新封装材料。封装材料的氯离子会腐蚀铜导线（a）。而京瓷化学则藉由减少氯离子含量，针对铜导线的应用开发了新的封装材料（b）。当使用传统封装材料时，在封装过程中很可能导入氯离子（Cl-），可能因而造成铜导线腐蚀。而京瓷化学则改採氯离子含量较低的原料，将通常为30ppm的氯离子浓度减少到仅有15ppm。新封装材料的粘性也从7Pas降低到了5Pas，这有助于生产出更细的金和铜导线，以降低成本。京瓷化学公司表面粘着封装材料技

3、术事业群的模塑混合技术部工程师Sae Imoto指出：“海外制造商正在转换到铜导线，但日本制造商却是为了降低成本，而尝试采用更细的金导线。”京瓷化学的技术不仅可处理更细的金导线，未来在转换到铜导线之后，其技术也能有效地应用在更细的铜导线上，以进一步降低成本。金导线消耗量减半 大日本印刷（Dai Nippon Printing）公司开发了一种技术，旨在减少IC制造商的金导线用量。该公司开发出一种金属线路薄板，在打线接合制程中仅需使用一半的金导线，预计2010年6月推出，将采用四方扁平封装（QFP）。大日本印刷表示，由于金价飙升，现已接获许多询问。该公司希望在2010年能达到2亿日圆的销售额。IC

4、晶片正在持续微缩，但导线架的小型化看来却已达到极限了，这导致连接二者的金导线正在逐步增加其长度。更长的导线意味着消耗的金属更多、成本更高，同时也会对接合的可靠性带来损害。如果因线径增加而提升了金线强度，那麽材料成本就会更高了。为解决这个问题，大日本印刷开发出一种金属线路薄板（图3），用于连接IC晶片的导线架。这种薄板可应用于导线架，而后再将IC放置在板上。之后金导线便用于连接IC和金属线路板中央部份，并重新将金属线路板的周围部份与导线架连接起来。图3 金线消耗量减少一半。大日本印刷开发出可减少一半金消耗量的金属线路板（a）。金导线用于连接导线架和金属线路板，以及线路板与IC（b，c）。该公司声

5、称，由于可直接从IC连接到导线架，因此这种薄板可将金的消耗量降低一半。虽然在导线架上附加薄板并不需要额外的步骤，但这种方法仍然仅能节省约1/3金线材料费用。该公司的金属线路板是由铜、聚醯亚胺和不锈钢三层材料组成。具体做法是将图桉蚀刻在铜上，详细的模式是把铜蚀刻，而后再在表面涂上镍和金的电涂层。QFP封装的最小间距130m，但最小的线路板间距为60m。大日本印刷指出，这种改良过的布线，可以自由地“将多个IC粘着在一张薄板上，就像是SiP。印刷电子 焊膏也朝铜方向转换 在网版印刷领域，运用较便宜的替代品来取代昂贵金属的趋势也日益升高，包括封装基板布线在内。截至目前为止，银胶（Ag paste）仍是

6、主要材料，但现在，业界正出现一股采用低成本铜胶（Cu paste）的趋势。日本网版印刷设备商Micro-tec公司采用了一家材料制造商所提供的铜胶，来进行30m的铜线与间距（line-and-space）图桉印刷（图4）。该公司解释道，这种方法的材料成本，是采用银胶布线的1/10。该公司希望，透过与其合作的材料制造商共同改进印刷性能后，能在未来几年内实现商业化。图4 采用网版印刷的铜布线图原型从事网版印刷系统的Micro-tec公司，采用铜胶进行30m的铜线与间距（line-and-space）图案印刷。其材料成本据说只有传统银胶的1/10。图为在绿色薄板上形成的封装基板布线图案。在印刷后，这

7、种新开发的铜胶能在仅150的温度下进行烧结，这意味着它可以被应用在塑胶基板上。在氮气环境中，以150进行烧结后的60分钟后，其电阻率是60cm；或是在相同空气和温度条件下，15分钟后其电阻率为30cm。与现有技术不同，在经过氧化还原处理后，无须再在空气中烧结。该公司并未披露铜胶的相关开发业者资讯，但从现场展示的产品看来，似乎是旭硝子公司（Asahi Glass）于2009年12月于Semicon Japan中所展示的“铜填充胶”。8倍的印刷量会场中的另一项焦点，是以提高印刷系统吞吐量来降低印刷成本。日本NEWLONG SEIMITSU KOGYO公司展出了一套可较传统卷对卷制程系统提高八倍吞吐

8、量的网版印刷系统（图5）。图5 新的网版印刷系统提供8倍吞吐量。NEWLONG SEIMITSU KOGYO公司的LS-500NR网版印刷系统使用了圆柱形网板，而非平面网板，实现了连续印刷，并将吞吐量提高至800（a）。该系统适用于智慧卡和其他不需要高精度的应用（b）。在传统的卷对卷印刷制程中，其网版（screen mask）都是平面的，这意味着当一个印刷基板移动后，就会停止下一个印刷动作，如此反覆循环。其启动/停止操作将减少约2.5m/分的吞吐量。而新系统则采用一个圆柱形的网板，这个网版会不断旋转，以便让印刷基板以20m/分的吞吐量不断移动。然而，印刷图桉的记号会从通常的10m至100m呈跳

9、跃性变化，因此，该公司预计该技术将用于不要求高精度的应用中。具体来说，它很适合触控萤幕布线，IC卡天线和锂充电电池布线。此外，在印刷后还需要乾燥的步骤，因此必须开发可快速乾燥的焊膏，以实现最大的吞吐量。焊料 可存放在室温的全新产品 在今年的展会中，可看到许多致力削减成本的焊料新构想。今年不少参展商展出了可存放在室温下的无铅锡膏。很明显，具备成本意识的用户更加关注焊料的发展，迫使焊料产业开始採取行动。一家焊料制造商的工程师表示，过去一年来，这个产业中有多家公司都快速开发出了可在室温下保存的锡膏。包括日本Nihon Genma Mfg.公司、Senju Metal Industry公司，以及Tam

10、ura公司等，都展示了可在室温贮存的锡膏产品。传统的锡膏在室温中会由于助焊剂挥发而导致黏度增加，因此通常储存在冰箱中。然而，若导电能存放于室温下，就不再需要使用冰箱，这可减少所消耗的电力，以及所流失的黏度损失，这些都有助于降低成本。依照需求制作锡膏 日本Nihon Superior公司展出了所谓的“Fresh Paste”，是一种能让用户仅需准备所需锡膏数量的工具（图6）。过去，仅需使用少量锡膏的用户，通常会被迫放弃未使用的部份。新工具有助改善此一情况，减少浪费，还有助削减成本。该公司的一款套件约含250克的锡膏，并提供一系列旋转/搅拌混合的建议。该公司的这项展出是预先测试市场接受度，目前尚未

11、决定推出样品。图6为低产量用户量身打造的全新产品。Nihon公司展示了“Fresh Paste”原型，包含了一罐助焊剂和焊粉。用户可在使用前立即混合二者来制作所需的锡膏。此外，包括日本的Harima Chemicals及Senju Jetal Industry等公司，则提出了使用焊膏印刷形成数十微米凸块间距的建议（图7）。Harima Chemicals公司解释道：“行动电话需要数十微米的凸块间距，但目前是无法用印刷技术达成的。在别无选择之下，业者们只好选择打线接合的方式。”Harima公司积极推广其技术，并指出凸块的焊膏印刷不仅可减少粘着面积，还能持续降低成本。图7用焊膏印刷制作超小型凸块H

12、arima Chemicals展示了一种“超级焊膏”，可形成间距35m的凸块（a）。Senju Metal Industry则展出了采用锡膏形成80m间距凸点的200mm晶圆（b），据表示，该晶圆是采用松下生产科技公司（Panasonic Factory Solutions）所开发的印刷系统来制造。LED封装同时实现高输出和低成本 LED的应用范围正从讯号显示扩展到包括LCD面板背光和照明等的广大市场。扩大应用的关键因素是不断降低的价格，同时也有许多技术为显示器应用提供成本低廉的LED封装。一般来说，这个领域可区分为较低的元件成本，以及更低成本的制造过程。延长寿命的塑料 在诸如LCD面板背光和

13、照明等应用中，经常使用输出超过1W的LED。这些高输出功率LED所产生的热量不仅降低发光效率，还会降低封装材料本身的品质。因此，目前的关键是解决这些问题，以及降低封装成本。日本的松下电工（Panasonic Electric Works）已研发出一种可提高辐射性能的塑胶基板与散热器（图8）。像铝这类的金属基板虽然可提供更高的辐射性能，但成本相对更高。因此，该公司摒弃了金属，试图藉由改善塑胶基板的热辐射性能来延长使用寿命。松下电工改善了在两层铜之中将填料添加到塑料层的过程，将基板的导热效率从1W/mK提高到了2W/mK或3W/mK。该公司解释道，目前塑料基板的热辐射性能比不上铝，但该公司将继续开

14、发，以实现导热效率在2W/mK到3W/mK水准的商用化产品，同时也将进一步提高导热性能。图8减少封装元件的成本。松下电工透过改善塑料基板的热辐射性能，以及塑胶材料对热和光的阻抗能力来延长塑料基板的寿命。TDK-EPC公司的压敏电阻基板则无须使用齐纳二极体，便可保护大输出功率的LED免于静电放电的损害。同时，日本Risho Kogyo公司则建议由环氧树脂转换到硅，藉此提高LED封装基板中的塑料使用率。该公司表示，当曝露在光、热等环境中，环氧树脂的寿命仅有数千小时，相对较短。在此同时，人们越来越关注可提供数万小时寿命的陶瓷材料，但陶瓷往往比塑料更加昂贵。据该公司透露，采用硅的新型塑料基板仅需“陶瓷

15、基本的一小部份成本，但却可提供同样的使用寿命。”该公司预计2010年上半年开始提供样品。日本TDK-EPC公司提出了可在LED封装中减少元件数量的方法。高输出功率的LED中通常内含一个齐纳二极体，以保护设备免受封装过程中所产生的静电电荷损害。TDK-EPC公司建议使用氧化锌（ZnO）压敏电阻，而非通常采用的氧化铝（Al2O3）子基板。即使在未使用齐纳二极体情况下，这个压敏电阻仍可释放电荷，并能承受高达12kV的静电放电。TDK-EPC目前正推出新压敏电阻基板的样品，并计划到2010年底前实现商用化。采用塑料封装解决问题 京瓷化学公司开发出一种据称可降低处理成本的塑胶，可用于在LED封装量产应用

16、，如压缩成型（图9）。该公司并未披露详细材料资讯，仅表示是一种热固性塑胶。通常，使用在LED封装中的硅塑料，其接合力较差，并具有用于反射的镀银，这使其不适用于压缩成型。此外，柔软的材料往往会在封装后导致导线变形，而且产品通常具有过度的透气性，容易使镀银恶化。图9降低封装制程成本京瓷化学的封装材料可用于批次制造，如压缩成型。DISCO提出了一种可让薄型蓝宝石基板更加容易处理的方法。佳能机械则展示了专为LED设计的黏晶机。新开发的塑胶则解决这些硅胶的问题。与镀银的接合力是硅塑料的数十倍，硬度则是23倍。其渗透性因数则低于100。京瓷化学表示，该公司的量产目标价格将低于硅胶。目前客户正在进行评估。（未完待续 记者 木村雅秀 河合基伸 小谷卓也 大下淳一 久米秀尚）