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[分享]共晶焊接工艺市场十分看好 [复制链接]

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2016-10-13
只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2017-06-20
共晶焊接概念:
  共晶焊接是一种低熔点的合金焊接,它是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象,共晶合金直接从固态变成液态,而不经过塑性阶段。在对共晶焊接分析时可知,共晶焊料是由两种或者两种以上的若干金属组成的合金。还有一个概念是共晶温度,它是共晶材料的熔化温度,它往往会受到共晶焊料中合金成分比例的影响
1.AuSn (80/20)共晶点:280°C
– 比较普遍金属化合物比较隐定
2. AuSn (10/90)共晶点: 217°C
– 金属化合物比较不隐定
3. 80 Au 20 Sn =280℃熔点                  
88 Au 12 Ge =356℃熔点
98 Au 2 Si   =370℃熔点
Ag3.5 Sn 96.5 =232℃熔点



4.大功率LED普遍使用的材料:
– AuSn (80/20) 共晶点 282°C
– AgSn (3.5/96.5) 共晶点 232°C
5. 传统工艺
1)银胶固晶:以银粉+环氧树脂在加热的条件下(150℃/1h)固化的方式粘合晶片与支架
2)绝缘胶固晶以绝缘胶在加热的条件下固化的方式粘合晶片与支架特点:A粘接强度大B绝缘胶透光可提升亮度
6.共晶熔合金属固晶方式; 使用特殊工艺制作的共晶晶片,利用超声波振荡使LED晶片底部的Sn/Au合金层熔化,与支架底部形成金属与金属的熔合

7.相比传统固晶方式的优点:
1).金属与金属的熔合,有效降低欧姆阻抗
2).有效提升热传导效率
8.共晶固晶应用特点:
1)有效提升热传导效率
2)延缓LED亮度衰减
3)提高LED的热稳定性
4)适应功率型LED工作时的散热要求
为功率型LED进入照明应用领域打下基础
9.银浆粘片比较简单,把导电银胶按照1比1配好以后 搅拌15分钟,然后点到指定位置,把芯片放上后轻轻压下,放入烘箱150 度 60分钟就OK 了
10.IC芯片焊接:IC芯片与基板的焊接是共晶焊的主要应用方向。通常使用金锡(AuSn 80/20)、金硅(AuSi)、金锗(AuGe)等合金材料的焊片将芯片焊接到基板(载板)上,合金焊片放在IC与基板问的焊盘上。为了抑制氧化物的形成,通常在IC的背面镀一层金。以上3种焊料已经被成功地使用于器件进行高温处理,它具有好的机械性能和热传导性。
11. 环氧导电胶粘接工艺优缺点:虽然导电胶和缘绝胶贴片非常方便,生产率高。但在微波频率高或功率大时,由于导电胶的电阻率大(100~500μΩ•cm)、导热系数(2~8 W/m•k)小,会造成微波损耗大,管芯热阻大,结温高,影响功率输出和可靠性。因此对于频率高、功率大的器件,只能采用共晶焊接
12. 焊料的选用:焊料是共晶焊接非常关键的因素,有多种合金可以作为焊料,如AuGe、AuSn、AuSi、Snln、SnAg、SnBi等,各种焊料因其各自的特性适于不同的应用场合。如:含银的焊料SnAg,易于与镀层含银的端面接合,含金、含铟的合金焊料易于与镀层含金
的端
面接合。
13. 空洞的产生:焊料存放时间过长,会使其表面的氧化层过厚,因焊接过程中没有人工干预,氧化层是很难去除的,焊料熔化后留下的氧化膜会在焊后形成空洞。在焊接过程中向炉腔内充入少量氢气,可以起到还原部分氧化物的作用,但最好是使用新焊料,使氧化程度降到最低。



14. 降低空洞率
共晶后,空洞率是一项重要的检测指标,如何降低空洞率是共晶的关键技术。空洞通常是由焊料表面的氧化膜、粉尘微粒、熔化时未排出的气泡形成。由氧化物所形成的膜会阻碍金属化表面的结合部相互渗透,留下的缝隙,冷却凝结后形成空洞
15. 消除空洞的主要方法有:
1)共晶焊前清洁器件与焊料表面,去除杂质
2)共晶时在器件上放置加压装置,直接施加正压
3)在真空环境下共晶
16. 共晶炉选用高纯石墨夹具,具有以下特点:
1)高温变形小,对器件影响较小
2)导热性好,有利于热量传播,使温度均匀性好
3)化学稳定好,长期使用不变质
4)可塑性好,容易加工
5)甚至有助于共晶
优点:在一个氧化环境中,石墨中的碳形成CO和CO2,背"擦干"氧气的优点。石墨是各向同性材料,晶粒在所有方向上均匀、密集分布,受热均匀。焊接元件被固定在石墨上,热量直接传导,加热均匀,焊接面平整。
17.真空度
  在共晶焊接过程中,如果真空度太低,焊区周围的气体以及焊料、被焊器件焊接时释放的气体容易在焊接完成后形成空洞,从而增加器件的热阻,降低器件的可靠性,扩大IC 断裂的可能。但是如果真空度太高,在加热过程中传导介质变少,容易产生共晶焊料达到熔点但还没有熔化的现象。在实践中,通常对共晶焊接时的真空度要求为5Pa和10Pa之间。但对于一些内部要求真空度的器件来说,真空度要求往往更高,一般到5×10-2 Pa和5×10-3Pa之间,甚至更高。

18. 保护气氛
  当前应用的保护气氛主要有氮气保护焊和甲酸气氛保护焊两种。前者主要应用于体积比较大,而没有明显焊接高要求的器件。在使用时,可以将真空炉抽成真空然后再将氮气注入,并且要多次循环,以将真空炉中保持较高的氮气浓度;而后者主要应用于含铟的焊料时,在使用时,通过对流量的控制,来达到对进气量和抽气速度的控制,将真空度保持在2000Pa的条件下,以达到高温时能对氧化物进行有效还原
19. 温度曲线
  在共晶焊接时,如何有效合理地设置温度曲线也是影响焊接质量的重要因素。众所周知,在共晶焊接时,主要有升温曲线和保温曲线两种。它们可以根据产品的特点进行设置,通常可以设置成为一段或者多段。那么温度曲线主要包含哪些内容呢?笔者认为,无异于升温和保温的温度与时间。下图为一个简单的两段温度工艺曲线,其中细线和粗线分别代表第一段和第二段的温度。在对不同段的温度设置时要充分考虑到各段的时间和温度的关系,这些都需要依据共晶焊料的特点以及所焊器件的吸热程度进行多次试验进行获得。尤其值得指出的是,在了解共晶温度的基础上,对第一段升温温度的设置要低于其30摄氏度左右,而第二段保温温度要高于其40摄氏度左右。   

20. 压力
  在进行共晶焊接时,芯片上方施加的压力大小也会直接对焊接的质量产生直接影响。用真空可控气氛共晶炉在真空环境下实现共晶时,常常在加热的石墨夹具上设置相关装置来完成对芯片的加压过程。值得注意的是,针对不同的芯片产品,所施加的压力都是不同的,从数克压力至数十克压力不等。对压力大小的控制可以通过压块自重来实现。当然,还存在着一些比较特殊的加压方式,比如弹簧加压等,由于原理较为复杂,实践使用中也比较麻烦,所以应用并不是很广泛。
21. 甲酸气氛保护下的In焊料
  影响芯片焊接质量的因素比较多,除了芯片载体表面的洁净度等物理因素,还有在焊接过程中如何对焊料表面的氧化层的去除,以达到芯片与焊料、载体的浸润状态。这里综合考虑各方面因素,对比较有代表性的、延展性较好的In焊料进行探讨。它的熔点比较低,而且比较容易氧化,在焊接过程中总会产生不同程度的氧化,这种氧化物比较稳定,低温下难以去除,如果不能去除的话,就会对芯片的焊接强度以及散热等方面产品影响
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离线落叶郊区
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2016-10-13
只看该作者 沙发  发表于: 2017-06-20

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2016-10-13
只看该作者 藤椅  发表于: 2017-06-20
回 落叶郊区 的帖子
落叶郊区:[图片]
 (2017-06-20 10:59) 

一个真空焊接工艺空洞很少,一个非真空焊接工艺空洞很多!
离线catjason
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2015-05-21
只看该作者 板凳  发表于: 2017-06-20
所谓共晶焊接,就是指传统的低温软钎焊,不同领域不同叫法而已,目前共晶焊接在功率器件封装应用特别广泛。
离线kjkjkj2008
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2009-08-06
只看该作者 报纸  发表于: 2017-06-21
赞,好资料
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2014-12-24
只看该作者 地板  发表于: 2017-06-24
谢谢楼主的无私奉献
离线377014406
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2016-11-28
只看该作者 地下室  发表于: 2017-06-24
好东西,谢谢楼主分享的资料
离线makeyuan
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2010-04-01
只看该作者 7楼 发表于: 2017-06-25
回 落叶郊区 的帖子
落叶郊区:[图片]
 (2017-06-20 10:59) 

谢谢楼主分享,可以参考
离线20062011
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2006-03-11
只看该作者 来自SMT之家Android客户端 8楼 发表于: 2017-07-02
不错,成本也不低。