釬料熱界面材料LED芯片鍵合新方法研究.pdf

1、LED照明由于具有效率高、能耗低、壽命長(zhǎng)、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)而被視為下一代照明技術(shù)。隨著對(duì)LED照明要求的不斷提高，LED器件的功率不斷增大，傳統(tǒng)的LED封裝結(jié)構(gòu)和熱界面材料不能很好地解決越來(lái)越嚴(yán)重的散熱問(wèn)題。同時(shí)LED陣列照明的發(fā)展使得散熱基板和熱沉的尺寸不斷增大，而傳統(tǒng)的熱風(fēng)再流焊鍵合技術(shù)由于加熱時(shí)間長(zhǎng)、能耗大和會(huì)產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力等原因不再適于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的要求。
　　為解決LED器件的散熱問(wèn)題，選用熱導(dǎo)率較高的釬料(Sn-3.0

2、Ag-0.5Cu)合金作為熱界面材料，并設(shè)計(jì)了兩種采用激光局部加熱直接將LED芯片鍵合到熱沉上的方法，分別為激光正面加熱釬料層(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LF)方法和激光背面加熱Cu熱沉(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LB)方法。數(shù)值計(jì)算表明兩者所需要的功率與貼片時(shí)間、預(yù)熱溫度、加熱時(shí)間、Cu熱沉尺寸以及對(duì)激光的吸收率有關(guān)。相比于熱風(fēng)再流焊(以下簡(jiǎn)稱(chēng)HR)，所設(shè)計(jì)的激光局部加熱方法具有鍵合時(shí)間短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
　　剪切載荷試驗(yàn)測(cè)得鍵合試樣的斷裂載荷都在2500gf附近

3、，滿足芯片鍵合的要求。但釬料層很脆，斷裂過(guò)程中釬料層未發(fā)生或發(fā)生了較少的塑性變形。LF鍵合界面存在未潤(rùn)濕區(qū)域，隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，其致密性提高；LB和HR鍵合界面都存在氣孔，致密性較差；隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，施加釬劑的LB試樣的致密性稍有提高，而未施加釬劑的則變差。LF方法得到的試樣的熱阻比LB和HR的??；隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，LF的熱阻變化不大，施加釬劑的LB試樣的熱阻稍有降低，而未施加釬劑的LB的熱阻則增加。
　　LF方法得到的鍵

4、合試樣LED芯片/釬料層界面的金屬間化合物為(Au,Cu)Sn4，Cu熱沉/釬料層界面處則為(Ni,Cu,Au)3Sn4；LB和HR方法得到的分別為(Cu,Ni,Au)6Sn5和(Ni,Cu,Au)3Sn4。老化過(guò)程中，LB鍵合試樣界面IMC層厚度增加并逐漸平坦。LED芯片/釬料層界面(Cu,Ni,Au)6Sn5層中Ni含量減少，Cu含量增多；Cu熱沉/釬料層界面(Ni,Cu,Au)3Sn4向(Cu,Ni,Au)6Sn5轉(zhuǎn)化。界面IMC