LED封裝的可靠性與空洞的聯系-深圳市福英達
LED封裝的可靠性與空洞的聯系-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是每個家庭的必需品。顯示產品的生產基本都離不開LED封裝技術。為了實現更優秀的顯示水平，LED顯示屏上的燈珠數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。此外，倒裝LED還能實現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。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，在焊點中沒有出現大規模空洞，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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