LED封裝的可靠性與空洞的聯(lián)系-深圳市福英達
LED封裝的可靠性與空洞的聯(lián)系-深圳市福英達
日常生活中的顯示設備如電視和電腦等幾乎已經(jīng)是每個家庭的必需品。顯示產(chǎn)品的生產(chǎn)基本都離不開LED封裝技術(shù)。為了實現(xiàn)更優(yōu)秀的顯示水平，LED顯示屏上的燈珠數(shù)量勢必要大幅度增加。為了讓顯示屏能容納更多的LED芯片，芯片尺寸必然要進一步縮小。要做到這一點，則會使用到倒裝技術(shù)。此外，倒裝LED還能實現(xiàn)更小的熱阻和更高的光效。
1. 倒裝LED空洞實驗
對于倒裝LED，金錫焊料的使用非常普遍，但是高焊接溫度對芯片的損傷的顯而易見的。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。焊接過程如下圖所示。
圖1. 倒裝LED焊接過程。
回流過程勢必會使焊點中出現(xiàn)空洞，這會對焊點的強度會帶來負面影響。為了弄清倒裝LED焊接時的影響空洞形成的因素及空洞的影響，Liu等人采用固晶機將芯片鍵合到OSP銅焊盤的不同厚度的SAC305錫膏點上，在回流后測量焊點的空洞和強度。
2. 實驗結(jié)果
2.1 空洞形成機制
一般情況下，空洞的形成有兩種基本的形成機制。首先，在焊接過程中助焊劑溶劑因受熱會揮發(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在焊點中留下空洞。其次，芯片通常會被拾取和放置過在焊盤的錫膏上。當錫膏不足時，焊點會出現(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應的導致LED焊點空洞率。當SAC305焊料層的厚度為20μm和30μm的時候，焊點的空洞百分比分別為46%和3%。顯然，焊料體積對焊點空洞率有顯著影響。隨著錫膏量的增加，在焊點中沒有出現(xiàn)大規(guī)模空洞，這表明在芯片放置過程中錫膏能與芯片均勻地接觸。
圖2. 不同SAC305厚度對應的倒裝LED焊點空洞率。a: 厚度20μm, b: 厚度30μm。
2.3 LED剪切強度
空洞的存在會影響IMC的形成，并會使得芯片和焊盤的連接面積小，這會對鍵合起到削弱作用。因此，當焊料層中空洞率降低時，LED封裝的剪切強度會增加。此外，焊點受到的應力時會集中在空洞附近，并逐漸導致裂紋。
圖3. 倒裝LED焊點剪切力。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紅外來檢測。在100 mA電流下，對于焊料厚度更小（空洞率大）的LED芯片，芯片表面溫度顯然會更高。雖然理論上焊料厚度增加會阻礙熱傳導并使芯片溫度更高，但是在這測試條件下空洞的影響占主導地位。
圖3.倒裝LED表面溫度。c: 焊料厚度20μm, d: 焊料厚度30μm。
3. 福英達錫膏
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4. 參考文獻
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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