新版LED支架射出成型过程介绍

發光二極體射出導線架

流程介绍绍

生产流程介

一.LED支架的发展历程

在LED工業的供應鏈中，最被大家所忽略的就是射出導線架了。它的正式名稱是捲軸式埋入射出導線架(Reel-to-Reel Insert Molded Lead

Frame)，俗稱“射出支架”。

在LED 封裝廠上游的供應鏈中，晶片、支架與封裝材是最重要的三大原物料，也是LED封裝廠最主要的成本來源。

LED的化合物半導體磊晶片(Compound

Semiconductor)早在20年前筆者就讀於研究所

時，就是當時最熱門的學術研究題目之一。經歷了多年的研究發展，並且成功地被產業化，引領了台灣上中下游LED工業的蓬勃發展。

封裝材(Encapsulant)則主要被國外廠商所壟斷，但亦是多家供應。目前有少數的台灣化工廠在研發中。

射出支架在早期主要由日商供應，最近幾年因台灣封裝廠大量設立而成立許多的射出支架廠。由於擁有“固態照明”(Solid State Lighting; SSL)的“節能”題材，與LED 相關的工業在台灣乃變得炙手可熱。

二.廠房的設立

無論是沖壓機、射出機或是切折機都牽涉到“震動”(Vibration)的問題，而必須考慮樓板“結構強度”。

通常沖壓機與切折機建議放置在沒有地下室的一樓。樓板結構強度資料可向廠商或公司總務詢問。

另外LED 射出支架廠的廠房最好是要有潔淨室。這是因為空氣中的塵粒在LED工業的製程中影響甚鉅。雖不致於如半導體工業的嚴格要求，但是Class 100,00 的工作環境是要有的。

台灣這幾年由於IC 與TFT-LCD 產業的發達，帶動了整個價值供應鏈。其中之一就是發包設計無塵室的工程供應包商，應不難找到。另外工作環境的恆溫恆溼、工作人員的無塵衣鞋、人員與物品進出口的設計、生產線流程動向等均應詳細規劃。

三.設備的選擇

1.射出機:

A.机台锁模力至少40吨以上,但也不能太大.

B.要有较高的射速,因PPA的流动性非常好.

C.要有稳定的控制系统,以保证产品的稳定性.

2.螺桿:长径比在1:18-22左右.

3.附屬設備:如干燥机等.

四.塑膠材料

大部份的讀者可能都知道，塑膠可以分為熱塑性塑膠(Thermoplastics)與熱固性塑膠

(Thermosets)。而熱塑性塑膠又分為結晶性

(Crystalline)與非結晶性(Amorphous)塑膠。

LED 的射出支架所使用的塑膠，是一種結晶性、耐高溫的尼龍塑膠，這是因為封裝後的LED 支架必需在265°C 、10 秒下被表面焊接(Surface

Mount)在電路板上，而且必需能耐熱，因此一般的塑膠是無法承受此高溫的。

而大功率發光二極體(Power LED)所使用的鏡片(Lens)則是一種透明的、非結晶性的聚碳酸酯塑膠(Polycarbonate;PC)。

在第一代大功率發光二極體的製程中，由於不需要經過自動化的高溫焊錫爐，因此PC 做的鏡片功能可以勝任。

但是在第二代大功率發光二極體的製程中，則需要耐高溫、透明的熱固性塑膠或矽膠(Silicon)，用以經過自動化的高溫焊錫爐。

LED 的射出支架所使用的塑膠，主要供應商Solvay 的PPA，以及其它的次要供應廠商。這些特用級的工程塑膠主要是高温尼龍。

它們的特性是可滿足高耐熱變形溫度(Heat Deflection Temperature; HDT)、高模溫(Mold Temperature)與乾燥(Drying)的要求。這幾點在後續的加工製程上會詳細描述。

五.LED 的射出支架製程

SMD LED 可分為Lead Frame Type 以及PCB Type 二種。導線架SMD LED 的製造流程圖如圖二所示。

SMD LED 射出導線架製造流程圖

1. 原物料

對於LED 的射出支架廠而言，原物料佔生產成本的主要部份包括沖壓金屬、電鍍金屬與射出的塑膠。 這幾年原物料價格飛漲，射出支架廠與國外為主的原物料供應商幾乎完全沒有議價的空間。而在另一頭LED 封裝廠則定期的要求降價。這二者大大壓縮了射出支架廠的利潤空間。

唯有提高良率才能免於賠錢。有生產數量的優勢，也才有議價的空間。

2. 沖壓製程

絕大部份的LED金屬導線架均是使用銅合金(Copper Alloy)，例如A-194 。而IC 的金屬導線架則是使用鐵合金，例如A-42 。

主要是因為A-42 較不易形成氧化層，同時熱膨脹係數只有4.5 ppm/°C ，與晶片的熱膨脹係數2.3~2.6 ppm/°C 較接近。

但是由於環氧樹脂的熱膨脹係數高達16~20

ppm/°C ，與A-194 的熱膨脹係數17~18 ppm/°C 相吻合，A-194 可以降低塑膠與金屬介面之間的熱機械應力(Thermomechanical Stress)。

3. 電鍍製程

如同電子連接器(Connector)的金屬接點，是以鍍金(Gold Plating)為主。這主要是因為金是良好的電與熱的導體，同時亦耐腐蝕。

發光二極體的金屬接腳，因為不需做金屬接觸(Matting)，或多次插拔，而是被焊接在電路板上，因此是以鍍銀(Silver Plating)為主。也就是發光二極體導線架表面加工的主要目的是防蝕(Minimize Corrosion)與增加焊錫性(Enhance

Solderability)。

相對於鍍金，鍍銀屬於非貴重金屬表面加工。銀易與硫(Sulfur)與氯(Chlorine)形成表面氧化膜，造成電氣失效。還好此氧化膜很軟，極易被破壞。

鍍銀的另一缺點是銀遷移(Migration)，造成電路接點短路。