倒裝LED焊點(diǎn)在不同表面處理的失效模式-深圳市福英達(dá)
倒裝LED焊點(diǎn)在不同表面處理的失效模式-深圳市福英達(dá)
LED已經(jīng)是隨處可見且生活中不可或缺的設(shè)備，不論是照明和顯示屏都離不開使用LED。隨著對LED產(chǎn)品的要求提高， LED芯片趨向于高功率，高密度和低成本的發(fā)展方向。實現(xiàn)高密度芯片布局離不開倒裝技術(shù)，這是因為倒裝技術(shù)無需使用引線，節(jié)約了大量空間。影響倒裝LED芯片焊接質(zhì)量不可忽視的因素就是表面處理。本文簡單帶大家了解表面處理對倒裝LED失效模式的影響。
芯片在焊接需要使用到錫膏。在加熱時，錫膏會與表面處理發(fā)生界面反應(yīng)。不可忽視的是帶有Au層LED芯片上會對錫膏層和表面處理的界面反應(yīng)造成影響并導(dǎo)致焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度變化。為了進(jìn)一步了解其中原因，Liu等人將帶有Au二極管的倒裝LED通過SAC305錫膏焊接在ENIG和OSP表面處理上并測試焊點(diǎn)剪切力。
圖1. LED封裝結(jié)構(gòu)。
焊點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)
ENIG表面處理：二極管ENIG層上的Au層和Ni層在加熱時會溶解到錫膏層中，并在二極管和焊料的界面處變成金屬間化合物(Au，Ni)Sn4 IMC。除此之外，Au和Ni會逐漸擴(kuò)散到焊料和ENIG層界面處并形成枝狀Ni3Sn4 和(Au，Ni)Sn4 IMC。在85℃老化600小時后，Ni3Sn4不會明顯生長，這是因為AuSn4的存在抑制了界面IMC擴(kuò)散。
圖2. ENIG表面處理的焊點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)。
OSP表面處理：二極管Au層在回流時會擴(kuò)散到焊點(diǎn)和OSP界面處，因此IMC種類涵蓋了(Au，Cu)Sn4，(Cu，Au)6Sn5和Ag3Sn。當(dāng)焊點(diǎn)在85℃下經(jīng)歷600小時的老化后，一些劣質(zhì)的Cu3Sn會在(Cu，Au)6Sn5和Cu的界面處生成。
圖3. OSP表面處理的焊點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)。
剪切力結(jié)果
ENIG表面處理上的焊點(diǎn)具備著比OSP表面處理焊點(diǎn)更高的剪切力。從圖4可以看到，老化開始前ENIG上焊點(diǎn)的平均剪切力約為3.8N，比老化前的OSP焊點(diǎn)的剪切力高上許多。隨著老化進(jìn)程的推進(jìn)，兩種表面處理上的焊點(diǎn)剪切力都明顯下降，這歸因于IMC晶粒的粗化和生長。老化過程中不斷粗化和生長的IMC使得焊點(diǎn)脆性增強(qiáng)，使焊料層成為陰極焊點(diǎn)中最薄弱的部分。當(dāng)焊點(diǎn)受到剪切作用作用時，裂紋通常在焊料層中形成并使其發(fā)生脆性斷裂。
圖4. 老化過程中焊點(diǎn)的剪切力變化。
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參考文獻(xiàn)
Liu, Y., Sun, F.L., Zhang, H., Xin, T., A. Yuan, C. & Zhang, G.Q. (2015). Interfacial reaction and failure mode analysis of the solder joints for flip-chip LED on ENIG and Cu-OSP surface finishes. Microelectronics Reliability, vol. 55 (8), pp.1234-1240.
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