金錫焊料在功率LED器件上的應用-深圳福英達
金錫焊料在功率LED器件上的應用-深圳福英達
隨著 LED 技術的不斷發展，LED 的光效和亮度也不斷提高，尤其是在固態照明領域，大功率LED的市場需求持續增長。大功率LED器件具有高亮度、高效率、長壽命、環保等優點，但同時也面臨著散熱、可靠性等方面的挑戰。為了解決這些問題，金錫焊料作為一種高性能的釬焊材料，以其高強度、高熱導率、無需助焊劑等特點，成為了大功率LED器件的封裝和連接的理想選擇。本文將介紹金錫焊料的物理性能，以及它在大功率LED器件上的應用和優勢。
目前，LED芯片的封裝形式主要有兩種：正裝（焊線式） LED 和倒裝芯片（FC）LED。相比于焊線式 LED，倒裝芯片 LED 有著更好的散熱性、可靠性和焊接效率。倒裝芯片 LED，特別是大功率倒裝芯片 LED，符合了 LED 封裝向高密度、低成本發展的趨勢。倒裝芯片 LED 的封裝方式是將 LED 芯片的發光面朝下，直接鍵合到散熱基板上，這樣可以縮短熱傳導路徑，降低熱阻，提高散熱效率。同時，由于省去了焊線，也減少了電阻和電感，提高了電性能。此外，倒裝芯片 LED 的封裝結構也更加緊湊和穩定，有利于提高 LED 的光學性能和可靠性。
圖1. 焊線式（正裝） LED（右） 和倒裝芯片（FC）LED封裝（左）結構
由于 LED 芯片的發光效率仍然較低，大部分輸入的電能轉化為熱能，導致芯片的結溫升高。結溫的升高不僅會降低 LED 的發光效率和穩定性，還會加速 LED 的老化和失效，影響其壽命和可靠性。因此，如何有效地將芯片產生的熱量迅速導出，降低結溫，是大功率 LED 封裝設計的關鍵。功率LED器件在工作時主要面臨以下兩個方面的挑戰：
（1）散熱問題。大功率LED器件在工作時會產生大量的熱量，如果不能及時有效地散發出去，會導致器件的溫度升高，從而影響器件的光輸出、光色、穩定性和壽命。因此，大功率LED器件的散熱設計是一個關鍵的技術問題，需要考慮器件的結構、材料、封裝、連接等多個方面。
（2）可靠性問題。大功率LED器件在工作時會承受較大的電流、電壓、溫度、濕度、機械應力等多種因素的影響，這些因素可能導致器件的老化、損壞、失效等現象，降低器件的可靠性。
為了解決這些挑戰，大功率LED器件的封裝互連技術發揮著重要的作用。芯片與焊盤的機械和電氣互連影響著器件的散熱、可靠性。因此，選擇合適的封裝和連接材料和方法，是提高大功率LED器件性能的關鍵。
金錫焊料是一種二元金屬間化合物，由80%wt的Au和20%wt的Sn共晶生成，熔點為 280 ℃，具有以下優勢：
（1）高熔點。金錫焊料的熔點為280℃，比一般的軟釬焊料高，能夠在較高的溫度下保持接頭的強度和穩定性。金錫焊料的熔點也接近于一些常用的電子封裝材料，如陶瓷、鎢銅等，這使得金錫焊料能夠與這些材料良好地匹配，避免了熱應力和熱疲勞的問題。
（2）高強度。金錫焊料的強度高于一般的軟焊料，其室溫下的屈服強度可達47.5MPa，即使在250-260℃的高溫下，其強度仍然可以滿足一些高可靠性電子器件的要求。金錫焊料的高強度使得其能夠承受較大的機械應力和熱沖擊，提高了接頭的可靠性和耐久性。
（3）高熱導率。金錫焊料的熱導率為57W/m·k，在軟釬焊料中屬于較高水平，因此金錫焊料能夠有效地將焊接部位的熱量傳導出去，降低了器件的溫升，改善了器件的散熱性能。尤其對于一些大功率LED器件，金錫焊料能夠形成一個快速的傳熱通道，減少了熱阻，提高了光效和壽命。
（4）無需助焊劑。金錫焊料由于其高金含量，具有良好的抗氧化性能，其表面的氧化程度較低，因此在焊接過程中無需使用化學助焊劑。
金錫焊料在大功率LED芯片的封裝中主要應用于芯片鍵合技術和芯片級封裝技術中，其作用是將芯片與基板或引線連接，形成一個牢固的接頭，同時將芯片的熱量傳導出去，提高芯片的散熱性能和可靠性。
圖2. Au80Sn20金錫錫膏
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