LED小芯片封裝技術難點
近年來，隨著LED芯片材料的發展，以及取光結構、封裝技術的優化，單芯片尺寸的功率(W)越做越高，芯片的光效(lm/W)、性價比(lm/$)也越來越好，在這樣的背景支持之下，LED芯片的微小化已成趨勢。芯片尺寸微小化背后的含意，除了發光組件的總體尺寸能更佳符合未來產品輕、薄、短、小的趨勢之外，單一外延片所能切割的小芯片數量更多了，固定功率下所需使用的芯片數量更少了，這些對于降低LED的生產支出有很大的幫助，畢竟”成本”永遠都是個大問題。
在大功率照明領域，采用多個小芯片串并聯的技術已經使用的很成熟也很廣泛。和單一大功率芯片比起來，此工藝的芯片成本較低，整體的散熱性也更好、光效更高、光衰更慢，可同時達到高效率及高功率的目標，雖然有工序較復雜、信賴性較低等隱憂，但也難以動搖它的地位。其次，在顯示屏應用的領域，RGB多芯片封裝是一個主流的工藝，隨著象素的密度越高(即分辨率越高)，單位面積下單個象素點的尺寸就必須越來越小，在逐漸朝著”小間距化”方向發展的同時，所能使用的R、G、B三色芯片的尺寸也必須越來越小，藉此滿足市場上高分辨率的要求。從上述趨勢看來，如何做好小尺寸芯片的封裝，就成為一個重要的課題。
在LED封裝的技術中，目前仍是以傳統固晶、打線的制程為主，至于時下當紅的覆晶封裝(Flip Chip)或是芯片級封裝(Chip Scale Package，CSP)等其他新制程，礙于當前良率、成本、設備投資等考慮，短時間內還是很難取代原有制程。隨著芯片尺寸的縮小，最直接影響到的就是固晶制程的難易度；同時芯片上的電極必須跟著變小，使用的鍵合線的線徑也必須減小，所搭配的瓷嘴也必須同步優化。因此，進入了”小芯片封裝”的領域之后，首先要克服的難點就是固晶、打線制程會用到的固晶膠、鍵合線、瓷嘴。
關于固晶的挑戰
固晶膠是固晶制程的關鍵耗材，它的作用包含了固定芯片、(導電)及散熱，其主要成分由高分子或是銀粉加高分子材料所組成。藉由成分配比的不同，形成了不同的剪切強度、觸變指數、玻璃轉移溫度、體積電阻率等等的特性參數，進而達到了不同的固晶效果及信賴性。此外，隨著芯片尺寸的縮小，固晶膠的使用量也必須減小，如果膠量過多容易產生芯片滑動，若是過少又可能導致芯片因粘不緊而掉落，這其中該如何拿捏也是一門藝術了。
如何選用鍵合線材
所謂好的鍵合線材，必須具備以下要求：
1.滿足客戶規范的機械及電氣性能(如融斷電流、弧長弧高、球形尺寸等)
2.精確的直徑
3.表面無劃痕、清潔無污染
4.無彎曲、扭曲應力
5.內部組織結構均勻
除了上述要求之外，小線徑線材又可能面臨多芯片間串并聯，或是植球型焊線如BSOB(Bond Stick On Ball)、BBOS(Bond Ball On Stitch)等特殊打線手法的需求，更是制線工藝上的挑戰，舉例來說，芯片串聯的過程會涉及到芯片間Pad to Pad的打線，若是使用銅線或純銀線來進行焊接會有作業性不好及良率不高的問題，遠遠不及純金及高金、合金線的表現，這些都是要納入考慮的。
此外，隨著線徑變小，鍵合線的荷重(Breaking load，BL)會跟著下降，將影響到焊線的拉力與信賴性；再來，隨著各種線材的成分配比、合金的均勻控制，以及拉絲、退火條件的不同，將產生不同的線材硬度、荷重、延伸率(Elongation，EL)、熱影響區(Heat Affection Zone，HAZ)及電阻等特性，在焊線變細的同時如何能抵抗模流等外力而不至于塌線、拉出來的線弧形態如何能穩定不損傷、需要的焊線推拉力數值如何能達成、怎樣控管好小線徑的尺寸、如何在不影響主要特性的情況下替客戶降低成本，并且維持線材的抗硫化性等等，都是鍵合線供貨商可以努力的方向。關于不同的鍵合線特性的不同可參考下方比較表，從表中我們可以很清楚地發現，藉由高金線、合金線等相關產品的使用，不僅能降低20%-40%成本，同時可滿足與純金線不相上下的性能，目前也已通過許多世界級客戶的認可，受到業界廣泛的使用了。也就是說，選用好的高金線或合金線，是降低成本，且同時做好小芯片封裝的關鍵，如圖一所示。
表一、純金線、高金線、合金線之相關特性比較表
圖一、選用好的高金線或合金線，是降低成本，且同時做好小芯片封裝的關鍵
瓷嘴與焊線參數
瓷嘴方面的參數優化也很關鍵，在鍵合線徑必須減小以符合電極焊盤尺寸的前提下，可選用單倒角形態配合針頭表面粗糙化的瓷嘴來達到更好的第一焊點強度；此外，使用較大的針頭直徑(T)、表面角度(FA)搭配較小的外弧半徑(OR)可達到更好的第二焊點強度及魚尾的穩定度。當然，透過實際的狀況配合經驗來調整出適當的焊線參數如燒球電流、焊線時間、焊線功率…等也是非常重要的。
總的來說，由于優勢明顯，小芯片的應用是未來LED的趨勢之一，無論是大功率照明或是小間距顯示屏的發展都與此息息相關，而小芯片封裝更是達到此目標的關鍵技術。要打出好的焊線，除了適當的參數、正確的瓷嘴外，選用質量好的鍵合線也是非常重要的，這三者缺一不可，也唯有這三者都完善了，小芯片封裝的技術才會更好。