什么是LED共晶焊封裝工藝，有什么特點(diǎn)?

共晶焊接是微電子組裝中一種必然存在的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，屬于重要生產(chǎn)工藝步驟之一。 字面解釋的話，就是使用合金(共晶)焊接封裝LED的意思。 在相對溫度較低的環(huán)境下，用兩種以上的金屬(比如金錫、金銀之類的)達(dá)到共晶物熔合的現(xiàn)象，這樣，將共晶從固態(tài)直接轉(zhuǎn)換成液態(tài)，無需經(jīng)過塑性處理階段，是一種由一個(gè)液態(tài)樣同時(shí)生成兩種固態(tài)樣的平衡變化反應(yīng)。

而LED共晶，則是指在LED采用共晶焊接的情況下，其晶粒底部由于使用純錫或金錫合金作接觸面鍍層時(shí)，使得晶粒能直接焊接于鍍有金或銀的基板上。 這樣，當(dāng)基板被加熱至適合的共晶溫度時(shí)，金或銀元素滲透到金錫合金層，使合金層成份改變，最終提高其晶粒溶點(diǎn)，使共晶層成份產(chǎn)生變化的同時(shí)，將LED緊固的焊接于熱沉或基板上。

共晶焊接技術(shù)在電子封裝行業(yè)中廣泛應(yīng)用，例如芯片和基板的粘接、基板和管外殼的粘接、管外殼等。共晶焊接與傳統(tǒng)的環(huán)氧導(dǎo)電性粘接劑相比，具有熱導(dǎo)率高、電阻小、傳熱快、可靠性高、粘接后剪切力大的優(yōu)點(diǎn)，適用于高頻、大功率裝置中的芯片與基板、基板與管殼的相互連接。對于具有高散熱要求的功率器件，需要共晶焊接。共晶焊接使用共晶合金的特性完成焊接過程。

共晶爐與其他共晶器件的比較

除了共晶爐之外，實(shí)現(xiàn)共晶焊接的設(shè)備有具備吸附噴嘴和钚的共晶機(jī)、紅外再流焊接爐、箱式爐等。如果將這樣的設(shè)備共晶化，有以下問題。

（1）用大氣環(huán)境焊接的話，在共晶時(shí)容易產(chǎn)生空洞。

（2）使用箱式爐和紅外再流焊接爐進(jìn)行共晶時(shí)，需要使用焊接劑，發(fā)生焊接劑的流動(dòng)污染，清洗過程增加，如果不徹底清洗，電路的長期可靠性指標(biāo)就會(huì)下降。

（3）鑷子共晶機(jī)對操作者的要求很高，很多工藝參數(shù)無法控制，不能任意設(shè)置溫度曲線，在進(jìn)行多芯片共晶時(shí)，芯片反復(fù)受熱，焊接材料多次熔化，焊接面容易氧化，芯片位移，焊接區(qū)域的擴(kuò)散面不規(guī)則嚴(yán)重影響芯片的壽命和性能。

共晶合金有以下特性。

（1）熔點(diǎn)比純組元低，簡化熔融過程。

（2）共晶合金比純金屬流動(dòng)性更好，可以防止在凝固過程中阻礙液體流動(dòng)的枝狀晶體的形成，進(jìn)行改質(zhì)

鑄造性能優(yōu)良。

（3）恒溫轉(zhuǎn)移（無凝固溫度范圍）減少了偏重或縮孔等鑄造缺陷。

（4）共晶凝固可以得到各種形式的顯微組織，特別是規(guī)則排列的層狀或棒狀共晶組織，可以成為優(yōu)秀性能的原位復(fù)合材料（in睦63；situ composite）。共晶是指共晶在相對較低的溫度共晶焊料下熔化的現(xiàn)象，共晶合金不經(jīng)過塑性階段，從固體直接變化為液體。那個(gè)熔融溫度被稱為共晶溫度。

溫度控制過程曲線參數(shù)的建立

共晶焊接法被用于必須達(dá)到高頻、大功率電路或宇宙級要求的電路。焊接時(shí)的熱損失、熱應(yīng)力、濕度、粒子和沖擊或振動(dòng)是影響焊接效果的重要因素。熱損傷會(huì)影響膜設(shè)備的性能。濕度過高的話，有可能會(huì)引起粘著、磨損、附著現(xiàn)象。無效的熱部件會(huì)影響熱的傳導(dǎo)。共晶時(shí)最常見的問題是貝司HeaterBlock的溫度低于共晶溫度。在這種情況下，焊料可以熔化，但芯片背面的鍍層沒有足夠的溫度擴(kuò)散，操作者很容易誤認(rèn)為焊料是熔融的共晶。另一方面，發(fā)現(xiàn)底座長時(shí)間加熱會(huì)損傷電路金屬，共晶時(shí)的溫度和時(shí)間控制是重要的。出于以上原因，溫度曲線的設(shè)置是共晶好壞的重要因素。

由于共晶時(shí)所需的溫度較高，特別是用AuGe焊接材料共晶，要求基板及薄膜電路的耐高溫特性。電路要求能承受400℃的高溫，在該溫度下電阻和導(dǎo)電性不會(huì)發(fā)生變化。該共晶的一個(gè)關(guān)鍵因素是溫度，它不是單純地達(dá)到某個(gè)定價(jià)溫度，而是要經(jīng)過一個(gè)溫度曲線的變化過程，在溫度的變化中具備處理抽真空、打氣、排氣等事件的能力。這些全部是共晶爐設(shè)備所具備的功能。多芯片共晶的溫度控制不同于單芯片共晶。在多芯片共晶的情況下，芯片材料不同，共晶焊料不同，所以共晶溫度有時(shí)不同。在這種情況下，需要使用樓梯共晶法。一般來說，相對于溫度高共晶焊料共晶，相對于共晶溫度低共晶焊料共晶。共晶爐控制系統(tǒng)可以設(shè)定多個(gè)溫度曲線，各溫度曲線可以設(shè)定9級，通過鏈路可以擴(kuò)展到81級，在溫度曲線的運(yùn)轉(zhuǎn)中可以增加充氣、抽真空、排氣等過程步驟。

空洞率的降低

共晶后，空腔率是重要的檢測指標(biāo)，如何降低空腔率是共晶的重要技術(shù)。空腔通常由焊料表面的氧化膜、粉塵微粒子、熔融時(shí)不排出的氣泡形成。由氧化物構(gòu)成的膜阻礙金屬化表面的結(jié)合部的相互滲透，剩余的間隙在冷卻凝結(jié)后形成空洞。共晶焊接時(shí)形成的腔降低了元件的可靠性，擴(kuò)大了IC斷裂的可能性，增加了元件的工作溫度，減弱了芯的粘貼能力。共晶后的焊接層中殘留的空洞影響接地效果和其他電氣性質(zhì)。

去除空洞的主要方法如下。

（1）在共晶焊接前對器件和焊接材料的表面進(jìn)行清掃，除去雜質(zhì)。

（2）共晶時(shí)將加壓裝置放置在設(shè)備上，直接施加正壓。

（3）在真空環(huán)境下共晶。

實(shí)現(xiàn)多芯片的一次共晶

進(jìn)行多芯片組件的共晶時(shí)，芯片尺寸變小，數(shù)量變多，因此必須使用特制的治具完成。這樣的治具不僅有固定芯片和焊接材料位置的功能，也有便于操作、耐高溫不變形的特性。部分芯片的尺寸在0.5mm2以下，定位不容易，人工配置不方便，因此共晶爐一般焊接1mm2以上的芯片。共晶時(shí)有氣流變化，為了防止芯片移動(dòng)，需要用夾具定位。

治具除對加工精度的要求外，還需要耐高溫、不變形，物理化學(xué)性質(zhì)不變，或其變化對共晶不產(chǎn)生不利影響，對共晶也有幫助。制造治具的材料必須易于加工。加工困難的話，對功能實(shí)現(xiàn)不利。石墨基本上安裝在以上要求中，共晶爐的治具一般選擇高純石墨，具有以下特征。

（1）高溫變形小，對設(shè)備的影響小。

（2）導(dǎo)熱性好，有利于熱的傳播，提高溫度的均勻性。

（3）化學(xué)穩(wěn)定，長期使用不會(huì)變質(zhì)。

（4）可塑性好，容易加工。

在一個(gè)氧化環(huán)境中，石墨中的碳形成CO和CO2背面。擦掉；擦掉；氧氣的優(yōu)點(diǎn)。石墨是各向同性材料，顆粒在所有方向上均勻密集分布，受熱均勻。焊接元件固定在石墨上，熱量直接傳導(dǎo)，加熱均勻，焊接面平坦。

基板和軟管外殼的焊接

與芯片和基板的焊接技術(shù)一樣，基板和管殼的焊接也是共晶焊接的優(yōu)秀應(yīng)用領(lǐng)域。在這個(gè)過程中，必須注意空腔率符合國軍標(biāo)GJB548-96A的要求，軍用產(chǎn)品可以控制在25%以下。由于基板一般比芯片尺寸大、材質(zhì)厚、堅(jiān)硬，對位置精度的要求低，所以可以用共晶爐更好地焊接。

密封工藝

設(shè)備蓋也是共晶爐的用途之一。通常，裝置的外殼是用陶瓷或可砍伐的材料鍍金鎳制成的。陶瓷包裝；在實(shí)際應(yīng)用中，組裝容易，內(nèi)部連接容易，成本低，因此成為最佳的封裝介質(zhì)。陶瓷是一種堅(jiān)硬的材料，可以承受接近硅材料熱膨脹系數(shù)的嚴(yán)格外部環(huán)境、高溫、機(jī)械沖擊和振動(dòng)。這種器件的封裝可以采用共晶焊接法，該共晶焊接法在陶瓷腔的上部與蓋板進(jìn)行共晶焊接，并具有密封環(huán)以獲得氣密和真空密封。金層一般需要1.5m，但由于過程處理和高溫?zé)Y(jié)，空腔和密封圈需要電鍍2.5μ米的黃金，過剩的黃金被用來保護(hù)鎳的移動(dòng)。鍍金可采伐的蓋板可以用作密封陶瓷管外殼的材料，一般在共晶前進(jìn)行真空燒制。共晶爐也可以應(yīng)用于鍍金芯片凸起再流球、共晶凸起焊接、光纖封裝等工藝。除了混合電路電子封裝之外，發(fā)光二極管行業(yè)也是共晶爐應(yīng)用領(lǐng)域。