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真空回流焊爐工藝大幅提升UVLED可靠性

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真空回流焊爐工藝大幅提升UVLED可靠性

發布日期:2021-11-15 14:03 來源:http://www.destinationoresund.com 點擊:

近幾年來,作為LED行業的細分領域,UVLED行業發展得如火如荼。UV LED(Ultra-Violet Light Emitting Diode)是一種能發出200nm-400nm不同波長的紫外線光源,相比傳統光源,有壽命長、環保、能耗低、無熱輻射、體積小、固化時間快等優點。目前UV-A LED(波長320-400nm)主要用于固化和干燥等應用,占據整個UV LED應用產業至少半壁江山;而UV-C LED(波長200-280nm)主要用于殺菌消毒和凈化等應用,預計未來將成為UV LED市場的新動能 。

回流焊.jpg

不同于傳統LED,UV LED需要專門的電學、光學和熱學設計,并需要專門的特殊方案驗證。目前行業發展還存在很大的技術瓶頸,產品存在良率不高、可靠性不佳等問題。為了提升UV LED的可靠性,封裝企業需要升級使用真空焊接工藝,同時要保證原料的高質量,以及做好二次散熱設計。

 

真空回流焊:減少空洞率,提升可靠性

按照封裝方式與集成度的不同,UV LED分為分立式器件與集成模組。其中,集成模組又分為COB(Chip On Board)和DOB(Device On Board)。COB是將多顆LED芯片直接焊接在一塊基板上,而DOB是先將LED芯片封裝在器件內,再將多個器件焊接在一塊基板上。相較于COB,DOB更利于實現標準化大規模生產。一旦出現制造不良,DOB只損失某個器件。而使用過程中一旦發生光源失效,DOB只需要更換失效的器件。

 

研究表明,DOB的互聯層(包括固晶層和錫膏層)的焊接質量對UV LED的出光率、總熱阻和可靠性有很大影響。目前固晶層的焊接技術已經比較成熟,但器件與基板間的焊接層,由于工藝問題,不可避免地會產生氣泡而形成空洞。

 

 

據研究,空洞對熱阻的影響關系為:多個隨機分布的小的空洞(總百分比V%),對器件總熱阻(Rjc)的影響關系為Rjc=0.007V%+1.4987,而多個比較大的空洞對器件總熱阻的影響關系為Rjc=1.427e0.015V% 。

空洞率越小,散熱越好,空洞率越大,則散熱越差??斩绰蚀?,散熱能力差,導致UV LED產品良率低,可靠性不佳,也減少UV LED芯片的使用壽命。一些UV LED封裝和應用企業因而蒙受了很大損失。目前行業大多采用傳統的回流焊工藝,焊接空洞率普遍高達30%以上

 

 

針對以上問題,UV LED行業的一些頭部企業已改用真空焊接工藝,大幅降低了UV LED芯片焊接的空洞率,有效提升了可靠性。據了解,北京中科同志科技已研發出UVLED專用真空焊接爐,即專門應用于UV LED芯片和模組焊接的真空回流焊爐,可以無縫替代進口真空焊接爐。使用中科同志科技的UVLED真空焊接爐,UV LED芯片焊接的空洞率可以控制在3%以下。

 

另外,值得一提的是,華企正邦的UV LED專用真空回流爐,專門針對UV LED產品做了特殊優化。UV LED芯片在使用過程中,其能量全部是通過亮度發射出去的。其他焊接工藝會損傷表面,影響發光。而華企正邦真空回流爐,不會損傷UV LED照明亮度,保證了能量的完整釋放。

 

保證原料高質量和二次散熱設計的合理性

為了提升可靠性,除了改用真空焊接爐進行封裝焊接,降低UV LED的空洞率,還應重點關注以下兩點:

1、選擇質量高的基板、芯片和錫膏。尤其是在UV LED產品批量生產過程中,一定要確?;宓馁|量。ont FACE='宋體'>用于UV LED集成模組的基板主要有兩種,即銅基板和氮化鋁(AlN)陶瓷基板。相比氮化鋁陶瓷基板,銅基板有以下優點:價格更低;質地結實,不易出現裂紋甚至破裂的情況;更容易實現形狀尺寸上的變化。封裝物料的選擇不同,器件的性能和可靠性等都會有一定的差異。

2、保證UV LED模組使用過程中二次散熱設計的合理性??梢詤⒖既缦乱幝桑?/p>

a. 以 'UV LED模組總電功率×50%÷1.3小于等于散熱功率”作為散熱充分的理論判斷依據。如果是水冷冷卻,散熱功率以(出水口溫度-進水口溫度)x流速×水或者其他散熱介質的比熱容的公式來計算。如果是風冷冷卻,也按照同樣的方式來計算。

b. 實驗樣品完成后,以靠近UV LED的散熱基板的溫度不高于55攝氏度為實驗成功判斷依據。(能測試中間焊盤上的溫度,同時要將進入實際設備上或實際工作環境中的情況都考慮到,還要考慮周邊溫度和極端條件)。


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