因沃客推共晶固晶成套設(shè)備

1、因沃客推共晶固晶成套設(shè)備http:/www.gg-LED燈具高功率產(chǎn)品輸入的電能有80%轉(zhuǎn)換為熱能所造成的浪費不僅讓LED節(jié)能水平大打折扣，同時LED結(jié)溫過高嚴(yán)重造成LED產(chǎn)品光衰減、發(fā)光效率和穩(wěn)定性。晶片的焊接層除了為器件提供機械連接和電連接之外，還需要為器件提供良好的散熱通道。目前芯片與基板粘合主要采用銀膠粘合的方式，而目前比較常用的硅樹脂、環(huán)氧樹脂為主的膠水，導(dǎo)熱性能顯然與金屬相比差了幾個臺階，金屬合金焊接法被市場越來越推崇。當(dāng)前，金屬合金焊接法最具代表性的是金錫共晶和銀錫合金兩種方式。金錫合金焊接法也稱為硬共晶法，這種合金主要采用反復(fù)疊壓的生產(chǎn)方式，因此在均勻性方面非常難以控制。硬共晶

2、焊接法具有機械強度高、熱阻小、穩(wěn)定性好、可靠性高和雜質(zhì)少等優(yōu)點。但設(shè)備成本極高，目前ASM的銷售價格大概在200-300萬左右，且需要特別訂制。“這種共晶方式雖然生產(chǎn)出來的產(chǎn)品品質(zhì)上乘，但價格卻非常昂貴?！标愋∮罱榻B，因沃客主要采用銀錫共晶焊接法，由于其焊接機械強度相對于金錫較小，故而也稱軟共晶焊。銀錫合金的導(dǎo)熱系數(shù)約為53 W/m·K，僅次于金錫合金(Au80Sn20)57.3 W/m·K的導(dǎo)熱系數(shù)。但對于支架的鍍金/鍍銀厚度、耐高溫程度和工藝難度大大降低。解決失效需要整體解決據(jù)了解，從目前來說焊接失效模式主要分為歐姆接觸不良和熱應(yīng)力失效兩種情況。歐姆接觸不良會使器件熱阻

3、加大、散熱不均勻，影響電流在器件中的分布，破壞器件的熱穩(wěn)定性。它主要由Ag-Sn焊接層虛焊或空洞造成，空洞引起電流密集效應(yīng)，使得在附近形成不可逆的破壞性熱電擊穿。而歐姆接觸失效主要是一種機械盈利失效，最終表現(xiàn)為焊接面裂紋或晶片剝離。LED的焊接面是由性能各異的材料組成，由于熱膨脹系數(shù)不同，當(dāng)它們必須結(jié)合在一起時不同材料界面間存在的壓縮或拉伸應(yīng)力將有可能聚積在空洞的位置上使焊料形成裂紋甚至硅片龜裂，最終導(dǎo)致器件失效。為控制產(chǎn)品不良，陳小宇認為必須從以下幾點加以改善：Si 怎麼來的 ? 磊晶中的 Dopant第一，芯片質(zhì)量與保存方式。晶片生產(chǎn)過程往往需要背面蒸金，在共晶溫度下，Si會穿透金層而氧化

4、成SiO2 ，這層SiO2會使焊接侵潤不均勻，導(dǎo)致焊接強度下降。焊接時保護氣體N2必須保證足夠流量，最好加入部分H2進行還原。此外芯片的保存也應(yīng)引起足夠重視，不僅要關(guān)注環(huán)境的溫濕度，還應(yīng)考慮將來的可焊性，對于長期不用的芯片應(yīng)放置在氮氣柜中。第二，熱量控制。雖然Ag-Sn共晶點是230左右，但在熱量傳遞過程中會有一定損失，因而選擇略高一些的溫度才能有效避免造成支架表面氧化或PPA黃化失效。為保證焊接質(zhì)量，焊接過程中需要及時測量共晶爐各區(qū)溫度，必要時必須監(jiān)測焊接面的溫度。第三，支架基本質(zhì)量控制。支架基片被沾污、有局部油漬或氧化會直接影響焊接面的侵潤性。所以在共晶操作中我們必須注意操作規(guī)范，禁止用手

5、直接接觸物料的焊接表面。第四，熱應(yīng)力控制。熱應(yīng)力引起的失效是個緩慢的漸變過程，且不易察覺。通常晶片厚度越大應(yīng)力相應(yīng)越小，所以晶片不應(yīng)過薄。另外如果支架或基板與晶片熱性能不匹配，也會造成很大的機械應(yīng)力。焊接前支架或基板必須先在200中預(yù)熱，必要情況下可以在N2保護氣氛下進行緩慢冷卻，在此冷卻過程中也可消除部分應(yīng)力。第五，基片金層過薄。當(dāng)基片鍍金層較薄又不夠致密時，即使在氮氣保護下，達到Au-Si共晶溫度時，鍍層也會發(fā)生嚴(yán)重的變色現(xiàn)象，從而影響焊接強度。實驗證明，對于1mm×1mm的芯片，基片上鍍金層厚度大于2m才能獲得可靠的共晶焊，一般來說，芯片尺寸越大，鍍金層也要相應(yīng)增加。從以上各種

6、失效模式中可以看出，除了共晶固晶設(shè)備質(zhì)量方面的問題，芯片、支架、輔料、人員操作方面的原因都可能導(dǎo)致產(chǎn)品失效?！耙蛭挚蜑榭蛻籼峁┱w失效解決方案，除了共晶固晶機，我們還提供包括共晶焊料-銀錫膏和共晶爐?！?陳小宇表示。LED共晶固晶對焊料的流動性要求很高，焊料顆粒越細，更利于自動化設(shè)備作業(yè)，此外在焊接過程中焊料融化越均勻，焊接點印到支架上的均勻度、焊接后的空洞率、焊接所需時間、溫度和牢固性都能得到巨大保障。而共晶固晶后的烘烤環(huán)節(jié)對溫度的變化曲線、時間、溫度也有很高要求，“我們的共晶爐通過可視化精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，完全按照溫度曲線烘烤操作，每6分鐘一爐，并保證產(chǎn)品99%的良率水平?！标愋∮罱榻B道。從整體上看

7、，采用共晶固晶技術(shù)后，產(chǎn)品在同等顯色指數(shù)下光通量將提高5%左右；亮度不會隨時間變化衰減；結(jié)點溫度下降2以上；導(dǎo)熱系數(shù)是銀漿的5倍以上；剪切推力是銀漿的2倍以上；焊接時間僅為銀漿的1/15?！澳壳拔覀兊纳壈婀簿Ч叹гO(shè)備在良率99%以上，產(chǎn)能已經(jīng)可以達到5k-6k/H?！标愋∮畋硎?。共晶焊接技術(shù)最關(guān)鍵是共晶材料的選擇及焊接溫度的控制。新一代的InGaN高亮度LED，如采用共晶焊接，晶粒底部可以采用純錫(Sn)或金錫(Au-Sn)合金作接觸面鍍層，晶?？珊附佑阱冇薪鸹蜚y的基板上。當(dāng)基板被加熱至適合的共晶溫度時，金或銀元素滲透到金錫合金層，合金層成份的改變提高溶點，令共晶層固化并將LED緊固的焊于熱

8、沉或基板上。選擇共晶溫度視乎晶粒、基板及器件材料耐熱程度及往后SMT回焊制程時的溫度要求?？紤]共晶固晶機臺時，除高位置精度外，另一重要條件就是有靈活而且穩(wěn)定的溫度控制，加有氮氣或混合氣體裝置，有助于在共晶過程中作防氧化保護。當(dāng)然和銀漿固晶一樣，要達至高精度的固晶，有賴于嚴(yán)謹?shù)臋C械設(shè)計及高精度的馬達運動，才能令焊頭運動和焊力控制恰到好處之余，亦無損高產(chǎn)能及高良品率的要求。進行共晶焊接工藝時亦可加入助焊劑，這技術(shù)最大的特點是無須額外附加焊力，故此不會因固晶焊力過大而令過多的共晶合金溢出，減低LED產(chǎn)生短路的機會。覆晶(Flip Chip)焊接覆晶焊接近年被積極地運用于大功率LED制程中，覆晶方法把

9、GaN LED晶粒倒接合于散熱基板上，因沒有了金線焊墊阻礙，對提高亮度有一定的幫助。因為電流流通的距離縮短，電阻減低，所以熱的產(chǎn)生也相對降低。同時這樣的接合亦能有效地將熱轉(zhuǎn)至下一層的散熱基板再轉(zhuǎn)到器件外面去。當(dāng)此工藝被應(yīng)用在SMD LED，不但提高光輸出，更可以使產(chǎn)品整體面積縮小，擴大產(chǎn)品的應(yīng)用市場。在覆晶LED技術(shù)發(fā)展上有兩個主要的方案：一是鉛錫球焊(Solder bump reflow)技術(shù);另一個是熱超聲(Thermosonic)焊接技術(shù)。鉛錫球焊接已在IC封裝應(yīng)用多時，工藝技術(shù)亦已成熟，故在此不再詳述。針對低成本及低線數(shù)器件的生產(chǎn)，熱超聲覆晶(Thermosonic flip chip

10、)技術(shù)尤其適用于大功率LED焊接。以金做焊接的接口，由于金此物本身熔點溫度較鉛錫球和銀漿高，對固晶后的制程設(shè)計方面更有彈性。此外，還有無鉛制程、工序簡單、金屬接位可靠等優(yōu)點。熱超聲覆晶工藝經(jīng)過多年的研究及經(jīng)驗累積，已掌握最優(yōu)化的制程參數(shù)，而且在幾大LED生產(chǎn)商已成功地投入量產(chǎn)。足生產(chǎn)線使用外，其余大量的(如芯片粘片機、引線焊接機、測試機、編帶機)等自動化設(shè)備還全都依賴進口。共晶材料的選擇及焊接溫度的控制 高亮度LED封裝工藝及方案隨著手機閃光燈、大中尺寸(NB、LCD-TV等) LED顯示屏光源模塊以至特殊用途照明系統(tǒng)之應(yīng)用逐漸增多。末來再擴展至用于一般照明系統(tǒng)設(shè)備，采用白光LED技術(shù)之大功率

11、(High Power)LED市場將陸續(xù)顯現(xiàn)。在技術(shù)方面，現(xiàn)時遇到最大挑戰(zhàn)是提升及保持亮度，若再增強其散熱能力，市場之發(fā)展深具潛力。近年來,隨著LED生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展一日千里,令其發(fā)光亮度提高和壽命延長,加上生產(chǎn)成本大幅降低，迅速擴大了LED應(yīng)用市場，如消費產(chǎn)品、訊號系統(tǒng)及一般照明等，于是其全球市場規(guī)模快速成長。2003年全球LED市場約44.8億美元 (高亮度LED市場約27億美元),較2002年成長17.3% (高亮度LED市場成長47%),乘著手機市場繼續(xù)增長之勢,預(yù)測2004年仍有14.0%的成長幅度可期。芯片設(shè)計從芯片的演變歷程中發(fā)現(xiàn)，各大LED生產(chǎn)商在上游磊晶技術(shù)上不斷改進，如利用不同

12、的電極設(shè)計控制電流密度，利用ITO薄膜技術(shù)令通過LED的電流能平均分布等，使LED芯片在結(jié)構(gòu)上都盡可能產(chǎn)生最多的光子。再運用各種不同方法去抽出LED發(fā)出的每一粒光子，如生產(chǎn)不同外形的芯片;利用芯片周邊有效地控制光折射度提高LED取光效率，研制擴大單一芯片表面尺寸(>2mm2)增加發(fā)光面積，更有利用粗糙的表面增加光線的透出等等。有一些高亮度LED芯片上p-n兩個電極的位置相距拉近，令芯片發(fā)光效率及散熱能力提高。而最近已有大功率LED的生產(chǎn)，就是利用新改良的激光溶解(Laser lift-off)及金屬黏合技術(shù)(metal bonding)，將LED磊晶晶圓從GaAs或GaN長晶基板移走，并黏合到另一金屬基板上或其它具有高反射性及高熱傳導(dǎo)性的物質(zhì)上面，幫助大功率LED提高取光效率及散熱能力。封裝設(shè)計經(jīng)過多年的發(fā)展，垂直LED燈(3mm、5mm)和SMD燈(表面貼裝LED)已演變成一種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品模式。但隨著芯片的發(fā)展及需要，開拓出切合大功率的封裝產(chǎn)品設(shè)計，為了利用自動化組裝技