LED熱管理設計一直是熱門話題，也是影響LED發光性能及可靠性的關鍵技術之一。對于LED器件來說，主要的散熱路徑是LED芯片產生的熱量通過固晶層再到熱沉，如果固晶質量不控制好，則固晶層的熱阻將是散熱路徑的瓶頸所在，從而引起結溫升高。
首先，先讓我們了解常見的幾種固晶方式以及相應的固晶材料。
LED芯片主要有正裝及倒裝兩種結構，而正裝又分為垂直和水平結構。對于垂直LED芯片，常見固晶采用銀膠，主要是為了導電、散熱、固定芯片，存在的缺點是銀膠會吸光;對于水平結構的LED芯片，常見固晶采用透明絕緣膠，主要是為了絕緣并提高亮度，因為它可以發揮反射杯的反射率，從這方面來說，對于小功率LED器件，一般絕緣膠可比銀膠提高亮度。但是銀膠的熱導率比絕緣膠較高，目前市面上銀膠熱導率可高達40 W / (m*k)，因此，大功率LED大多數采用銀膠固晶。還有一種應用于功率型LED器件的固晶材料——固晶錫膏，固晶錫膏是以熱導率為60 W / m*k左右Sn、Ag、Cu等金屬合金作基體的鍵合材料。但目前固晶錫膏很多是應用在倒裝芯片的固晶上，倒裝芯片可實現高功率密度，因為其固晶層較接近發光層，熱阻可大大降低，而且沒有焊線可以縮小固晶間距。常見的倒裝芯片固晶有兩種，一種是芯片底部有固晶金屬層，即帶有一層純錫或金錫共晶合金作接觸面鍍層，可實現與有鍍金或銀的基板的粘合。還有一種是倒裝芯片底部沒有固晶金屬層，可使用固晶錫膏實現兩個電極與基板之間的粘合。另外，固晶錫膏通過回流爐焊接只需5-7 min，相對于通用銀膠的30-90 min，固晶速度快，但是導電銀膠的基體樹脂是一種膠黏劑, 可以選擇適宜的固化溫度進行粘接, 如環氧樹脂膠黏劑可以在室溫至150℃ 固化, 遠低于錫鉛焊接的200℃以上的焊接溫度, 這就避免了焊接高溫可能導致的材料變形、電子器件的熱損傷和內應力的形成。而且固晶錫膏常有空洞率的問題，因此，固晶方式和固晶材料之間的選擇要綜合應用場合及成本考慮。
現在我們回到文中最初提到的，固晶工藝的好壞是影響LED器件的性能的關鍵技術之一。那么，如何評估固晶工藝質量?雖說目前業界也沒有統一的判斷標準，我們還是可以跟大家分享下我們的經驗。
一般檢查固晶層有多種方式，最常用的是利用x-ray測固晶層的空洞率，這是一種非破壞檢測，但缺點是x-ray測試設備分辨率要高于0.5 μm才能勉強看清，而且要在封膠前測試，因為封了熒光膠后熒光粉會干擾到空洞的判定。另一種是封裝廠最常用的推力測試，可檢驗芯片與支架(或基板)的粘接強度，是一種破壞性的檢測。所用的芯片尺寸，焊接材料，焊接工藝等不同，其粘接強度的變化也會不一樣，所以要憑經驗定出一個合理的數值界限來估計固晶質量。圖1即為常用的焊接強度測試儀。
圖1 焊接強度測試儀
另一種也是破壞性的檢測是通過SEM(Scanning Electron Microscope)掃描電子顯微鏡或OM(Optical Microscope)光學顯微鏡作截面分析，來觀察固晶層的焊接情況。如圖2所示，(a)為固晶層焊接良好截面圖，(b)為固晶層焊接不良截面圖。此方法僅供參考，一般是在做LED失效分析時會用到。
空洞
(a)固晶層焊接良好截面圖 (b)固晶層焊接不良截面圖
圖2 LED器件固晶層截面分析
還有一種方法是通過T3ster(Thermal Transient Tester，熱瞬態測試儀)測試固晶層熱阻，這也是比較間接的方法，但卻是最佳分析方法，如文中開頭提到，固晶層熱阻過大則是LED器件的散熱瓶頸所在。圖3即為熱瞬態測試儀，圖4與圖5是器件結構每一層對應的熱阻測試示意圖。
圖3熱瞬態測試儀
圖4 LED封裝結構截面圖
圖5 器件結構與結構函數
固晶是LED封裝過程中非常重要的一環，控制不好會給器件的可靠性帶來很大的危害。新材料使用前，一定要先反復從小到大批量試驗后再逐漸量產，過程中要嚴密監控任何的異常變化，將總結出的經驗形成文件化。原有材料的使用, 一切的工藝條件都需固定下來，并持續稽核監督，達成LED封裝產品的品質不斷提升。港科大佛山中心建立的芯片封裝中試實驗室、材料檢測實驗室、可靠性實驗室、失效分析實驗室，不但具有國際先進的固晶焊線自動化設備及點膠設備，能夠提供各種不同功率、類型的LED產品封裝工藝設計優化，還可以對封裝來料、固晶焊線工藝、可靠度進行全面檢測。如您在封裝過程中遇到任何問題，歡迎來電來涵咨詢，佛山市香港科技大學LED-FPD工程技術研究開發中心一定會給您滿意解答。
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