LED灯珠可靠性怎么检测？Die Shear、Wire Pull及焊点测试方法

随着LED产业发展，LED芯片正在不断向小型化、高密度和高集成度方向发展。芯片越来越小、排列越来越密，随之而来的一个问题是：LED芯片固晶牢不牢？金线键合强度够不够？大量Mini LED芯片又该如何进行批量可靠性检测？

本文科准测控小编就基于Alpha-W260自动推拉力测试机，为您介绍SMD LED、COB LED、Mini LED、高功率LED等不同封装结构及对应的可靠性测试方法。

一、LED是什么？常见LED有哪些？

LED全称Light Emitting Diode，即发光二极管，是一种利用半导体材料实现电致发光的器件。根据封装形式、芯片尺寸和应用场景，可以形成多种产品类型：

1、SMD LED

SMD LED即表面贴装型LED，常见于照明、显示、背光及汽车电子等应用。根据具体产品设计，其内部可以采用芯片固晶、Wire Bond键合等封装工艺。

2、COB LED

COB即Chip on Board，主要特点是将多颗裸LED芯片直接安装在基板上，再完成互连和封装。

由于COB LED通常包含大量芯片，因此除了单颗芯片固晶强度，还需要关注不同位置芯片之间的一致性。

3、Mini LED

Mini LED具有芯片尺寸较小、排列密度较高等特点，目前主要应用于Mini LED背光和直显等领域。

根据产品设计，Mini LED可以采用正装、倒装等不同结构，因此具体测试项目也需要根据实际封装形式确定。

4、高功率LED

高功率LED常见于汽车照明、工业照明、户外照明等场景。由于工作过程中具有较高的热负荷，对芯片贴装及封装连接的长期可靠性提出了相应要求。

此外，UV LED、红外LED等产品虽然发光波段和应用场景不同，但其机械可靠性测试同样需要根据实际固晶、键合及焊接结构确定。

二、LED封装有哪些机械连接结构？

不同LED的封装结构存在明显差异。从推拉力测试角度，主要可以关注以下几类机械连接。

1、LED芯片固晶连接

在SMD LED、COB LED、高功率LED等产品中，裸LED芯片通常需要通过相应的固晶工艺安装在支架、陶瓷基板、PCB或其他封装载体上。

如果固晶材料、固化或焊接工艺存在异常，可能造成芯片结合强度不足。

2、LED键合线连接

采用Wire Bond结构的LED，需要通过键合线连接芯片焊盘与支架或基板电极。

因此，不仅需要关注键合线本身，还需要关注两端键合区域的连接质量。

LED芯片及Wire Bond键合结构（图源网络，仅作展示）

3、倒装LED底部互连

部分Mini LED及其他倒装LED采用Flip Chip结构，通过芯片底部电极及相应互连结构与基板连接。

这类LED通常不能直接套用传统LED金线拉力测试方法，而需要根据芯片底部互连和整体连接结构设计对应的机械测试方案。

4、LED与PCB之间的焊接连接

SMD LED、Mini LED等产品完成封装后，还需要通过焊接方式安装到PCB上。

这一连接属于板级互连，与封装内部的芯片固晶、Wire Bond属于不同测试层级，可以根据实际结构进行相应的焊点推力或剪切测试。

三、LED封装可靠性如何进行推拉力测试？

1、LED芯片推力测试——Die Shear芯片剪切

LED芯片推力测试主要用于评价芯片与固晶层、基板之间的机械结合状态，是SMD LED、COB LED、高功率LED等产品常见的封装机械可靠性测试项目。

测试时，将LED样品稳定固定在推拉力测试机平台上，通过显微观察找到目标芯片，并根据芯片尺寸选择相应推刀。

推刀移动至芯片侧面，在规定位置沿平行于基板的方向加载，直至芯片或固晶连接区域发生失效。设备记录最大剪切力 + 力—位移曲线 + 测试位置

测试完成后，还需要观察芯片及基板表面的残留状态，分析破坏发生在固晶材料内部还是相关连接界面。

2、LED金线拉力测试——Wire Pull键合线拉力

对于采用Wire Bond结构的SMD LED、COB LED及部分高功率LED，可以通过LED金线拉力测试评价键合连接的机械可靠性。

测试时，通过显微系统观察目标键合线，将微型拉钩移动至线弧下方，在规定位置向上加载，直至键合线或键合区域发生失效，推拉力测试机记录最大拉力。

测试结束后还需要观察具体断裂位置，例如键合线本体断裂；第一键合点失效；第二键合点失效；焊盘相关破坏。

3、COB LED固晶测试——多芯片推力测试

COB LED通常将多颗裸LED芯片直接安装在同一基板上。

因此，COB LED芯片推力测试除了评价单颗芯片固晶强度，还可以用于分析不同位置芯片之间的机械强度一致性。

例如可以选择：中心区域 → 中间区域 → 边缘区域分别进行Die Shear测试。

对于规则排列的COB LED，还可以建立测试坐标，通过自动推拉力测试机连续完成多个芯片位置的推力测试，并将每颗芯片的位置与测试结果对应记录。

这样可以更加直观地分析不同区域的固晶质量差异。

4、Mini LED推力测试——精准定位与阵列批量测试

相比传统LED，Mini LED推力测试的难点主要集中在芯片尺寸更小、数量更多、Pitch更小以及测试位置更加密集，可以使用微型推刀对目标芯片进行推力或剪切测试。对于规则阵列，还可以建立测试矩阵，自动推拉力测试机按照预设坐标依次定位不同芯片，并连续完成测试，同时将测试位置与对应力值自动记录。这样不仅可以获得单颗Mini LED芯片的机械强度，还可以比较中心、边缘、角部等不同位置的数据一致性。对于采用Flip Chip结构的Mini LED，则需要根据底部互连形式选择相应测试方法，不能直接使用传统Wire Pull测试。

5、LED焊点推力/剪切测试

对于SMD LED、Mini LED等器件与PCB形成的焊接连接，可以根据实际结构进行LED焊点推力或剪切测试。

测试时，将推刀定位到目标器件或相应焊接结构，在规定位置持续加载，直至焊点连接区域发生失效。

测试过程中记录最大力及力—位移变化，测试完成后观察焊料残留、焊盘状态及失效位置。

通过这种方法可以进一步评价LED板级焊接连接的机械可靠性。

四、LED推拉力测试参考哪些标准？

LED芯片推力、金线拉力等测试需要根据具体封装结构、测试对象及产品要求选择相应标准。

常见可以参考：

1、MIL-STD-883 Method 2019——Die Shear相关测试

主要涉及半导体芯片粘接强度测试，可为LED芯片固晶剪切测试提供方法参考。

2、MIL-STD-883 Method 2011——Bond Strength相关测试

涉及半导体键合连接机械强度测试，可作为LED金线、铜线等Wire Pull测试的方法参考。

以上就是科准测控小编为您介绍的LED推拉力测试方法、LED封装机械连接结构以及SMD LED、COB LED、Mini LED等不同产品的机械可靠性测试方法。如果您还有关于LED推拉力测试、LED芯片推力测试、LED金线拉力测试、COB LED固晶测试、Mini LED推力测试、LED焊点剪切、LED推拉力测试机或Alpha-W260自动推拉力测试机选型等方面的疑问和测试需求，欢迎联系科准测控，获取免费的技术支持及测试方案。