隨著LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展，LED芯片正在不斷向小型化、高密度和高集成度方向發(fā)展。芯片越來越小、排列越來越密，隨之而來的一個問題是：LED芯片固晶牢不牢？金線鍵合強度夠不夠？大量Mini LED芯片又該如何進行批量可靠性檢測？

本文科準(zhǔn)測控小編就基于Alpha-W260自動推拉力測試機，為您介紹SMD LED、COB LED、Mini LED、高功率LED等不同封裝結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的可靠性測試方法。

一、LED是什么？常見LED有哪些？

LED全稱Light Emitting Diode，即發(fā)光二極管，是一種利用半導(dǎo)體材料實現(xiàn)電致發(fā)光的器件。根據(jù)封裝形式、芯片尺寸和應(yīng)用場景，可以形成多種產(chǎn)品類型：

1、SMD LED

SMD LED即表面貼裝型LED，常見于照明、顯示、背光及汽車電子等應(yīng)用。根據(jù)具體產(chǎn)品設(shè)計，其內(nèi)部可以采用芯片固晶、Wire Bond鍵合等封裝工藝。

2、COB LED

COB即Chip on Board，主要特點是將多顆裸LED芯片直接安裝在基板上，再完成互連和封裝。

由于COB LED通常包含大量芯片，因此除了單顆芯片固晶強度，還需要關(guān)注不同位置芯片之間的一致性。

3、Mini LED

Mini LED具有芯片尺寸較小、排列密度較高等特點，目前主要應(yīng)用于Mini LED背光和直顯等領(lǐng)域。

根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計，Mini LED可以采用正裝、倒裝等不同結(jié)構(gòu)，因此具體測試項目也需要根據(jù)實際封裝形式確定。

4、高功率LED

高功率LED常見于汽車照明、工業(yè)照明、戶外照明等場景。由于工作過程中具有較高的熱負(fù)荷，對芯片貼裝及封裝連接的長期可靠性提出了相應(yīng)要求。

此外，UV LED、紅外LED等產(chǎn)品雖然發(fā)光波段和應(yīng)用場景不同，但其機械可靠性測試同樣需要根據(jù)實際固晶、鍵合及焊接結(jié)構(gòu)確定。

二、LED封裝有哪些機械連接結(jié)構(gòu)？

不同LED的封裝結(jié)構(gòu)存在明顯差異。從推拉力測試角度，主要可以關(guān)注以下幾類機械連接。

1、LED芯片固晶連接

在SMD LED、COB LED、高功率LED等產(chǎn)品中，裸LED芯片通常需要通過相應(yīng)的固晶工藝安裝在支架、陶瓷基板、PCB或其他封裝載體上。

如果固晶材料、固化或焊接工藝存在異常，可能造成芯片結(jié)合強度不足。

2、LED鍵合線連接

采用Wire Bond結(jié)構(gòu)的LED，需要通過鍵合線連接芯片焊盤與支架或基板電極。

因此，不僅需要關(guān)注鍵合線本身，還需要關(guān)注兩端鍵合區(qū)域的連接質(zhì)量。

LED芯片及Wire Bond鍵合結(jié)構(gòu)（圖源網(wǎng)絡(luò)，僅作展示）

3、倒裝LED底部互連

部分Mini LED及其他倒裝LED采用Flip Chip結(jié)構(gòu)，通過芯片底部電極及相應(yīng)互連結(jié)構(gòu)與基板連接。

這類LED通常不能直接套用傳統(tǒng)LED金線拉力測試方法，而需要根據(jù)芯片底部互連和整體連接結(jié)構(gòu)設(shè)計對應(yīng)的機械測試方案。

4、LED與PCB之間的焊接連接

SMD LED、Mini LED等產(chǎn)品完成封裝后，還需要通過焊接方式安裝到PCB上。

這一連接屬于板級互連，與封裝內(nèi)部的芯片固晶、Wire Bond屬于不同測試層級，可以根據(jù)實際結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的焊點推力或剪切測試。

三、LED封裝可靠性如何進行推拉力測試？

1、LED芯片推力測試——Die Shear芯片剪切

LED芯片推力測試主要用于評價芯片與固晶層、基板之間的機械結(jié)合狀態(tài)，是SMD LED、COB LED、高功率LED等產(chǎn)品常見的封裝機械可靠性測試項目。

測試時，將LED樣品穩(wěn)定固定在推拉力測試機平臺上，通過顯微觀察找到目標(biāo)芯片，并根據(jù)芯片尺寸選擇相應(yīng)推刀。

推刀移動至芯片側(cè)面，在規(guī)定位置沿平行于基板的方向加載，直至芯片或固晶連接區(qū)域發(fā)生失效。設(shè)備記錄最大剪切力 + 力—位移曲線 + 測試位置

測試完成后，還需要觀察芯片及基板表面的殘留狀態(tài)，分析破壞發(fā)生在固晶材料內(nèi)部還是相關(guān)連接界面。

2、LED金線拉力測試——Wire Pull鍵合線拉力

對于采用Wire Bond結(jié)構(gòu)的SMD LED、COB LED及部分高功率LED，可以通過LED金線拉力測試評價鍵合連接的機械可靠性。

測試時，通過顯微系統(tǒng)觀察目標(biāo)鍵合線，將微型拉鉤移動至線弧下方，在規(guī)定位置向上加載，直至鍵合線或鍵合區(qū)域發(fā)生失效，推拉力測試機記錄最大拉力。

測試結(jié)束后還需要觀察具體斷裂位置，例如鍵合線本體斷裂；第一鍵合點失效；第二鍵合點失效；焊盤相關(guān)破壞。

3、COB LED固晶測試——多芯片推力測試

COB LED通常將多顆裸LED芯片直接安裝在同一基板上。

因此，COB LED芯片推力測試除了評價單顆芯片固晶強度，還可以用于分析不同位置芯片之間的機械強度一致性。

例如可以選擇：中心區(qū)域 → 中間區(qū)域 → 邊緣區(qū)域分別進行Die Shear測試。

對于規(guī)則排列的COB LED，還可以建立測試坐標(biāo)，通過自動推拉力測試機連續(xù)完成多個芯片位置的推力測試，并將每顆芯片的位置與測試結(jié)果對應(yīng)記錄。

這樣可以更加直觀地分析不同區(qū)域的固晶質(zhì)量差異。

4、Mini LED推力測試——精準(zhǔn)定位與陣列批量測試

相比傳統(tǒng)LED，Mini LED推力測試的難點主要集中在芯片尺寸更小、數(shù)量更多、Pitch更小以及測試位置更加密集，可以使用微型推刀對目標(biāo)芯片進行推力或剪切測試。對于規(guī)則陣列，還可以建立測試矩陣，自動推拉力測試機按照預(yù)設(shè)坐標(biāo)依次定位不同芯片，并連續(xù)完成測試，同時將測試位置與對應(yīng)力值自動記錄。這樣不僅可以獲得單顆Mini LED芯片的機械強度，還可以比較中心、邊緣、角部等不同位置的數(shù)據(jù)一致性。對于采用Flip Chip結(jié)構(gòu)的Mini LED，則需要根據(jù)底部互連形式選擇相應(yīng)測試方法，不能直接使用傳統(tǒng)Wire Pull測試。

5、LED焊點推力/剪切測試

對于SMD LED、Mini LED等器件與PCB形成的焊接連接，可以根據(jù)實際結(jié)構(gòu)進行LED焊點推力或剪切測試。

測試時，將推刀定位到目標(biāo)器件或相應(yīng)焊接結(jié)構(gòu)，在規(guī)定位置持續(xù)加載，直至焊點連接區(qū)域發(fā)生失效。

測試過程中記錄最大力及力—位移變化，測試完成后觀察焊料殘留、焊盤狀態(tài)及失效位置。

通過這種方法可以進一步評價LED板級焊接連接的機械可靠性。

四、LED推拉力測試參考哪些標(biāo)準(zhǔn)？

LED芯片推力、金線拉力等測試需要根據(jù)具體封裝結(jié)構(gòu)、測試對象及產(chǎn)品要求選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

常見可以參考：

1、MIL-STD-883 Method 2019——Die Shear相關(guān)測試

主要涉及半導(dǎo)體芯片粘接強度測試，可為LED芯片固晶剪切測試提供方法參考。

2、MIL-STD-883 Method 2011——Bond Strength相關(guān)測試

涉及半導(dǎo)體鍵合連接機械強度測試，可作為LED金線、銅線等Wire Pull測試的方法參考。

以上就是科準(zhǔn)測控小編為您介紹的LED推拉力測試方法、LED封裝機械連接結(jié)構(gòu)以及SMD LED、COB LED、Mini LED等不同產(chǎn)品的機械可靠性測試方法。如果您還有關(guān)于LED推拉力測試、LED芯片推力測試、LED金線拉力測試、COB LED固晶測試、Mini LED推力測試、LED焊點剪切、LED推拉力測試機或Alpha-W260自動推拉力測試機選型等方面的疑問和測試需求，歡迎聯(lián)系科準(zhǔn)測控，獲取免費的技術(shù)支持及測試方案。