LED封裝的可靠性與空洞的聯(lián)系-深圳市福英達(dá)

2023-04-15

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LED封裝的可靠性與空洞的聯(lián)系-深圳市福英達(dá)

日常生活中的顯示設(shè)備如電視和電腦等幾乎已經(jīng)是每個(gè)家庭的必需品。顯示產(chǎn)品的生產(chǎn)基本都離不開(kāi)LED封裝技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)更優(yōu)秀的顯示水平，LED顯示屏上的燈珠數(shù)量勢(shì)必要大幅度增加。為了讓顯示屏能容納更多的LED芯片，芯片尺寸必然要進(jìn)一步縮小。要做到這一點(diǎn)，則會(huì)使用到倒裝技術(shù)。此外，倒裝LED還能實(shí)現(xiàn)更小的熱阻和更高的光效。

對(duì)于倒裝LED，金錫焊料的使用非常普遍，但是高焊接溫度對(duì)芯片的損傷的顯而易見(jiàn)的。SAC錫膏也可用于倒裝LED焊接的材料，與金錫焊料相比，其焊接溫度更低。焊接過(guò)程如下圖所示。

圖1. 倒裝LED焊接過(guò)程。

回流過(guò)程勢(shì)必會(huì)使焊點(diǎn)中出現(xiàn)空洞，這會(huì)對(duì)焊點(diǎn)的強(qiáng)度會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。為了弄清倒裝LED焊接時(shí)的影響空洞形成的因素及空洞的影響，Liu等人采用固晶機(jī)將芯片鍵合到OSP銅焊盤(pán)的不同厚度的SAC305錫膏點(diǎn)上，在回流后測(cè)量焊點(diǎn)的空洞和強(qiáng)度。

2.1 空洞形成機(jī)制

一般情況下，空洞的形成有兩種基本的形成機(jī)制。首先，在焊接過(guò)程中助焊劑溶劑因受熱會(huì)揮發(fā)。部分空洞可以從熔融焊料中逃逸，而未能逃逸的氣體則會(huì)在焊點(diǎn)中留下空洞。其次，芯片通常會(huì)被拾取和放置過(guò)在焊盤(pán)的錫膏上。當(dāng)錫膏不足時(shí)，焊點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)空洞。

2.2 倒裝LED芯片空洞

下圖顯示了不同厚度錫膏所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)致LED焊點(diǎn)空洞率。當(dāng)SAC305焊料層的厚度為20μm和30μm的時(shí)候，焊點(diǎn)的空洞百分比分別為46%和3%。顯然，焊料體積對(duì)焊點(diǎn)空洞率有顯著影響。隨著錫膏量的增加，在焊點(diǎn)中沒(méi)有出現(xiàn)大規(guī)模空洞，這表明在芯片放置過(guò)程中錫膏能與芯片均勻地接觸。

圖2. 不同SAC305厚度對(duì)應(yīng)的倒裝LED焊點(diǎn)空洞率。a: 厚度20μm, b: 厚度30μm。

2.3 LED剪切強(qiáng)度

空洞的存在會(huì)影響IMC的形成，并會(huì)使得芯片和焊盤(pán)的連接面積小，這會(huì)對(duì)鍵合起到削弱作用。因此，當(dāng)焊料層中空洞率降低時(shí)，LED封裝的剪切強(qiáng)度會(huì)增加。此外，焊點(diǎn)受到的應(yīng)力時(shí)會(huì)集中在空洞附近，并逐漸導(dǎo)致裂紋。

圖3. 倒裝LED焊點(diǎn)剪切力。1: 焊料厚度20μm, 2: 焊料厚度30μm。

2.4 LED熱性能

芯片在通電情況下的熱分布可以通過(guò)紅外來(lái)檢測(cè)。在100 mA電流下，對(duì)于焊料厚度更?。斩绰蚀螅┑腖ED芯片，芯片表面溫度顯然會(huì)更高。雖然理論上焊料厚度增加會(huì)阻礙熱傳導(dǎo)并使芯片溫度更高，但是在這測(cè)試條件下空洞的影響占主導(dǎo)地位。

圖3.倒裝LED表面溫度。c: 焊料厚度20μm, d: 焊料厚度30μm。

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Liu, Y., Leung, S.Y.Y., Zhao, J., Wong, C.K.Y., Yuan, C.A., Zhang, G.Q., Sun, F.L. & Luo L.L. (2014). Thermal and mechanical effects of voids within flip chip soldering in LED packages. Microelectronics Reliability, pp.2028-2033.

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