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高亮度矩陣式LED封裝挑戰(zhàn)和解決方案

作者: 時間:2010-08-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

圖2. 在引線鍵合前將290m 矩陣黏附至AuSn上

  脈沖回流

  工藝的關(guān)鍵,是避免在二極管及其基板的共晶焊料處生成孔洞,產(chǎn)生穩(wěn)定光傳輸所需的熱連接和電連接由焊料完成。共晶芯片粘合劑將二極管產(chǎn)生的巨大熱能傳輸出去,以保持器件的熱穩(wěn)定性??刂乒簿д澈瞎に囀谦@得高成品率和可靠性的關(guān)鍵。

  精確的共晶部件粘合包括三點:二極管的拾放,利用可編程的x、y或z軸方向攪拌法對成型前或鍍錫前的器件進行在位回流,以及可編程脈沖式加熱或穩(wěn)態(tài)溫度。要獲得優(yōu)化的熱傳導焊接界面,粘合工藝的溫度曲線必須是可重復的,具有高溫上升速率的能力。當界面溫度升高至適當?shù)墓簿囟葧r,加熱機制必須保持在設(shè)定好的溫度下,溫度過沖要盡可能小。經(jīng)過一定的回流時間后,系統(tǒng)將控制加熱機制冷卻下來,將二級管的損傷減至最小,這樣共晶材料就能達到冶金平衡。這種平衡是通過同時應用有源熱電脈沖加熱和冷卻氣體來實現(xiàn)的。

  矩陣是對溫度非常敏感的工藝,在過程中需要謹慎控制。在設(shè)計在位共晶芯片粘合工藝的回流溫度曲線時,需要提供恒定的熔化和無孔洞粘合界面――這對于二極管的溫度平穩(wěn)輸出以及在LED工作時保持溫度穩(wěn)定是必要的。

  本例采用了金屬線加固脈沖熱量回流。在脈沖加熱周期中,利用一個伺服系統(tǒng)控制的上升曲線使溫度從預熱溫度上升到回流溫度,與傳統(tǒng)的加熱器相比,這樣溫度過沖會很低。溫度曲線的可重復性對該工藝而言是很關(guān)鍵的,它可進行適當?shù)墓簿Ы櫍箍锥礃O少且不會損傷LED。所需的溫度曲線取決于基板所使用的材料、基板的尺寸和焊料的成分。采用只需點擊操作的可編程曲線進行浸潤,形成溫度命令曲線。該系統(tǒng)在引線鍵合過程中捕捉實際的溫度曲線,具有工藝可追溯性。脈沖式加熱曲線控制使得LED矩陣可進行批回流,降低了整體周期時間并使高溫時間盡可能的短,可保護對溫度敏感的LED器件。

  引線鍵合

  一旦LED粘合后,采用鍵合線完成互連。高密度、高頻率的LED矩陣格式要求LED采用金屬線進行互連。盡管有多種引線鍵合的方法,如球形焊和楔形焊,試驗數(shù)據(jù)表明采用球形焊接機進行的鏈狀焊互連可獲得最好的結(jié)果。對于標準的球形/針腳焊,先形成球形,再將引線拉至針腳處鍵合,形成LED的互連。鏈形鍵合是球形/針腳焊的變體,針腳并不是終端,在它的上面又進行了線圈-針腳復合,以完成鏈式引線鍵合組。圖3顯示了利用引線鍵合機進行鏈式焊接,設(shè)置一個球-線弧-中間針腳-線弧-中間針腳-線弧。最后是一個線弧針腳,在每個終端針腳上形成一個球形針腳保證連接。這并不是全新的技術(shù),但通過材料選擇和軟件工具對它做進一步的開發(fā)。鏈形焊使得產(chǎn)率更高,因為它形成標準球形焊不必要形成無空氣球體。此外由于鏈形焊針腳的形狀,它存在的光閉塞會較少;并且拉力測試結(jié)果也證明它具有更好的拉拔強度。

圖3. 具有安全連接的鏈狀焊

  LED的組裝可獲得更大發(fā)光強度、更高的LED。由于熱的高濃度以及要求高頻引線鍵合連接,這種結(jié)構(gòu)對封裝構(gòu)成了。在LED密集的區(qū)域中必須精確放置鍵合線,這種連接擁有穩(wěn)定的線弧形狀,由于熱擾動幅度較大,連接強度還應足夠強,以承受機械沖擊和應力。封裝工藝中有三個步驟很關(guān)鍵。第一個步驟是高度精確地拾放芯片,能在LED的幾何公差范圍內(nèi)實現(xiàn)LED應用。第二,有必要使用脈沖式加熱控制批共晶回流芯片粘合工藝進行組裝生產(chǎn)、LED保護并獲得較好的熱導性,以及低風險、高質(zhì)量的產(chǎn)品性能。第三,鏈式連接為所有的LED提供極好的陣列電氣和機械連接。堅持采用這些封裝工藝可獲得高以及較好的散熱效果,實現(xiàn)最大的出光效率。


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