CN103280517B - 一种led共晶工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED共晶工艺方法，包括以下步骤：（1）物料准备，主要有：①助焊剂准备，②点胶头准备，③基板处理；（2）自动固晶机台上固晶的重要参数设置；（3）自动固晶；（4）材料检测；（5）将材料放入共晶炉的第一温区内，在推杆的自动推送作用下，材料依次进入第二温区、第三温区、第四温区、第五温区、第六温区和第七温区进行共晶；（6）材料在第七温区取出，即完成共晶工序。通过限定各物料的参数标准、调整与优化各工艺参数、优化工序流程和建立相关合格标准，进行LED批量共晶时的合格率可达到较高水平。
Description
技术领域
本发明涉及LED封装工艺方法，尤其是LED共晶工艺方法。
背景技术
共晶焊接技术在电子封装行业具有广泛的应用，如晶片与基板的粘接、基板与管壳的粘接、管壳封帽等等；与传统的环氧导电胶粘接相比，共晶焊接技术具有导热率高、热阻低、可靠性高和粘接强度大等优点，适用于高频和半导体等器件中晶片与基板、基板与管壳的相互粘接。
随着LED技术的高速发展，LED晶片封装越来越向大功率和集成化方向发展，而LED晶片对焊接工艺要求远远高于小功率LED晶片，传统的银胶粘接工艺已经很难满足LED晶片的焊接工艺要求。因而，越来越多的大功率LED封装厂家开始尝试其他更先进的焊接工艺来实现LED晶片与支架的粘接，其中，共晶焊接技术被普遍认为具有很好的应用前景。
共晶焊接技术的好坏直接影响产品的质量，现有的共晶技术形成的产品中，由于空洞率大而导致产品不良率较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种LED共晶工艺方法以提高产品的合格率。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种LED共晶工艺方法，包括以下步骤：
（1）物料准备，主要有：①助焊剂准备；②点胶头准备；③基板处理；
（2）自动固晶机台上固晶的重要参数设置：载胶盘刮刀高度≤1.5mm，点胶头原点至抓浆位置的高度距离在4500-5200μm之间，点胶头原点至固浆位置的高度距离在8500-9200μm之间，吸嘴原点至固晶位置的高度距离在7500-8200μm之间；
（3）自动固晶；
（4）材料检测；
（5）将材料放入共晶炉的第一温区内，在推杆的自动推送作用下，材料依次进入第二温区、第三温区、第四温区、第五温区、第六温区和第七温区进行共晶：第一温区的温度设置为20-30℃，时间设置为30-60S，此温区为材料放入区；第二温区的温度设置为90-120℃，时间设置为30-60S，此温区为预热区，基板、助焊剂和芯片预热；第三温区的温度设置为160-240℃，时间设置为30-60S，此温区内助焊剂开始作用，将基板表面和芯片焊接面的氧化层去除，在芯片焊接面和基板表面的接触面上形成一个隔氧层，并增加基板的润湿能力；第四温区的温度设置为300-340℃，时间设置为30-60S，此温区内温度达到峰值，须保证基板上温度高于280℃时间在30S-60S之间，此温区内将助焊剂内可挥发成分进行完全挥发，芯片焊接面即共晶层Au80Sn20熔化并与基板表面形成原子扩散；第五温区的温度设置为150-210℃，时间设置为30-60S，此温区开始是降温区，将熔化的金锡层冷却固化，使得芯片与基板之间形成复杂的金属层以达到基板与芯片的焊接目的；第六温区的温度设置为20-30℃，时间设置为30-60S，此温区为降温区，材料的温度在此温区降至室温附近；第七温区的温度设置为20-30℃，时间设置为30-60S，此温区为材料取出区；升温区的升温速率控制在0.5-6℃/S以内，降温区的降温速率控制在1-10℃/S以内；各温区通入的N2气流量控制为≥20SCFH以排去空气防止共晶时共晶层被二次氧化；
（6）材料在第七温区完全冷却后取出，即完成共晶工序。
作为改进，步骤（1）中，助焊剂重要参数要求为：粘度≥100KCPS，沸点在180℃-240℃之间。
作为改进，步骤（1）中，点胶头采用多点点胶头，点胶头各点尺寸和形状一致，各点顶端面处于同一水平面。
作为改进，步骤（1）中，基板处理工序为：①烘烤除湿，烘烤的温度为100-150℃，时间为3-7H；②水滴角测试（ContactAngleTest），合格标准为水滴角≤60°，若满足此标准则基板处理合格，若不满足则依次进行第③步和第②步直到合格为止；③等离子清洗，清洗的功率为100-300W，时间为1-3mins。
作为改进，步骤（2）中，所述的参数设置须满足胶量标准：基板上各点胶的尺寸均不可小于点胶头上相应点的尺寸，且各点胶间不可完全连在一起。
作为改进，步骤（4）中，包括显微镜下检测和X-RAY下检测。
作为改进，步骤（4）中，材料先在显微镜下进行外观检测：根据固晶工艺规范，不良品挑出进行返工，初步判定芯片偏移量较大的进行标记。
作为改进，步骤（4）中，材料进行显微镜检测后，再在X-RAY下进行检测。其不良判定标准为：电极水平方向上，芯片底部正（负）电极与基板表面负（正）电极的最小距离<0.25倍的基板表面两电极间距（不良标准1）；电极法线方向上，芯片几何中心与固晶程序设计时固晶点的距离≥0.2倍的芯片电极法线方向尺寸（不良标准2）；不符合其中任何一个标准的材料进行返工，直到合格为止。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
通过限定各物料的参数标准、调整与优化各工艺参数、优化工序流程和建立相关合格标准，进行LED批量共晶时的合格率可达到较高水平。
附图说明
图1为本发明温区温度示意图。
图2为本发明点胶头排布示意图。
图3为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
如图3所示，一种LED共晶工艺方法，包括以下步骤：
（1）物料准备：
①助焊剂准备。助焊剂重要参数要求粘度≥100KCPS，沸点在180℃-240℃之间；
②点胶头准备。采用多点点胶头，点胶头各点尺寸和形状一致，各点顶端面处于同一水平面；
③基板处理。基板处理工序为：①烘烤除湿，烘烤的温度为100-150℃，时间为3-7H；②水滴角测试（ContactAngleTest），合格标准为水滴角≤60°，若满足此标准则基板处理合格，若不满足则依次进行第③步和第②步直到合格为止；③等离子清洗，清洗的功率为100-300W，时间为1-3mins；
（2）在自动固晶机台上设置好固晶的重要参数：载胶盘刮刀高度≤1.5mm，点胶头原点至抓浆位置的高度距离在4500-5200μm之间，点胶头原点至固浆位置的高度距离在8500-9200μm之间，吸嘴原点至固晶位置的高度距离在7500-8200μm之间。上述数设置需满足胶量标准：基板上各点胶的尺寸均不可小于点胶头上相应点的尺寸，且各点胶间不可完全连在一起；
（3）按照自动固晶机台作业规范在自动固晶机台进行自动固晶；
（4）材料在显微镜下进行外观检测：根据固晶工艺规范，不良品挑出进行返工，初步判定芯片偏移量较大的进行标记；
（5）材料进行显微镜检测后，再在X-RAY下进行检测，其不良判定标准为：电极水平方向上，芯片底部正（负）电极与基板表面负（正）电极的最小距离<0.25倍的基板表面两电极间距（不良标准1）；电极法线方向上，芯片几何中心与固晶程序设计时固晶点的距离≥0.2倍的芯片电极法线方向尺寸（不良标准2）；不符合其中任何一个标准的材料进行返工，直到合格为止；
（6）将材料放入共晶炉的第一温区内，在推杆的自动推送作用下，材料依次进入第二温区、第三温区、第四温区、第五温区、第六温区和第七温区进行共晶：第一温区的温度设置为20-30℃，时间设置为30-60S，此温区为材料放入区；第二温区的温度设置为90-120℃，时间设置为30-60S，此温区为预热区，基板、助焊剂和芯片预热；第三温区的温度设置为160-240℃，时间设置为30-60S，此温区内助焊剂开始作用，将基板表面和芯片焊接面的氧化层去除，在芯片焊接面和基板表面的接触面上形成一个隔氧层，并增加基板的润湿能力；第四温区的温度设置为300-340℃，时间设置为30-60S，此温区内温度达到峰值，须保证基板上温度高于280℃时间在30S-60S之间，此温区内将助焊剂内可挥发成分进行完全挥发，芯片焊接面即共晶层Au80Sn20熔化并与基板表面形成原子扩散；第五温区的温度设置为150-210℃，时间设置为30-60S，此温区开始是降温区，将熔化的金锡层冷却固化，使得芯片与基板之间形成复杂的金属层以达到基板与芯片的焊接目的；第六温区的温度设置为20-30℃，时间设置为30-60S，此温区为降温区，材料的温度在此温区降至室温附近；第七温区的温度设置为20-30℃，时间设置为30-60S，此温区为材料取出区；升温区的升温速率控制在0.5-6℃/S以内，降温区的降温速率控制在1-10℃/S以内；各温区通入的N2气流量控制为≥20SCFH以排去空气防止共晶时共晶层被二次氧化；
（7）材料在第七温区完全冷却后取出，即完成共晶工序。
Claims (7)
1.一种LED共晶工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）物料准备，主要有：①助焊剂准备；②点胶头准备；③基板处理；
（2）在自动固晶机台上设置固晶的重要参数：载胶盘刮刀高度≤1.5mm，点胶头原点至抓浆位置的高度距离在4500-5200μm之间，点胶头原点至固浆位置的高度距离在8500-9200μm之间，吸嘴原点至固晶位置的高度距离在7500-8200μm之间；
（3）按照自动固晶机台作业规范在自动固晶机台进行自动固晶；
（4）材料检测；
（5）将材料放入共晶炉的第一温区内，在推杆的自动推送作用下，材料依次进入第二温区、第三温区、第四温区、第五温区、第六温区和第七温区进行共晶：第一温区的温度设置为20-30℃，时间设置为30-60S，此温区为材料放入区；第二温区的温度设置为90-120℃，时间设置为30-60S，此温区为预热区，基板、助焊剂和芯片预热；第三温区的温度设置为160-240℃，时间设置为30-60S，此温区内助焊剂开始作用，将基板表面和芯片焊接面的氧化层去除，在芯片焊接面和基板表面的接触面上形成一个隔氧层，并增加基板的润湿能力；第四温区的温度设置为300-340℃，时间设置为30-60S，此温区内温度达到峰值，须保证基板上温度高于280℃时间在30S-60S之间，此温区内将助焊剂内可挥发成分进行完全挥发，芯片焊接面即共晶层Au80Sn20熔化并与基板表面形成原子扩散；第五温区的温度设置为150-210℃，时间设置为30-60S，此温区开始是降温区，将熔化的共晶层Au80Sn20冷却固化，使得芯片与基板之间形成复杂的金属层以达到基板与芯片的焊接目的；第六温区的温度设置为20-30℃，时间设置为30-60S，此温区为降温区，材料的温度在此温区降至室温附近；第七温区的温度设置为20-30℃，时间设置为30-60S，此温区为材料取出区；升温区的升温速率控制在0.5-6℃/S以内，降温区的降温速率控制在1-10℃/S以内；各温区通入的N2气流量控制为≥20SCFH以排去空气防止共晶时共晶层被二次氧化；
（6）材料在第七温区完全冷却后取出，即完成共晶工序。
2.根据权利要求1所述的一种LED共晶工艺方法，其特征在于：步骤（1）中，助焊剂重要参数要求为：粘度≥100KCPS，沸点在180℃-240℃之间。
3.根据权利要求1所述的一种LED共晶工艺方法，其特征在于：步骤（1）中，点胶头采用多点点胶头，点胶头各点尺寸和形状一致，各点顶端面处于同一水平面。
4.根据权利要求1所述的一种LED共晶工艺方法，其特征在于：步骤（1）中，基板处理工序为：①烘烤除湿，烘烤的温度为100-150℃，时间为3-7H；②水滴角测试（ContactAngleTest），合格标准为水滴角≤60°，若满足此标准则基板处理合格，若不满足则依次进行第③步和第②步直到合格为止；③等离子清洗，清洗的功率为100-300W，时间为1-3mins。
5.根据权利要求1所述的一种LED共晶工艺方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的参数设置须满足胶量标准：基板上各点胶的尺寸均不可小于点胶头上相应点的尺寸，且各点胶间不可完全连在一起。
6.根据权利要求1所述的一种LED共晶工艺方法，其特征在于：所述步骤（4）中，包括显微镜下检测和X-RAY下检测。
7.根据权利要求6所述的一种LED共晶工艺方法，其特征在于：所述步骤（4）中，材料进行显微镜检测后，再在X-RAY下进行检测，其不良判定标准为：电极水平方向上，芯片底部正电极与基板表面负电极的最小距离<0.25倍的基板表面两电极间距，或芯片底部负电极与基板表面正电极的最小距离<0.25倍的基板表面两电极间距；电极法线方向上，芯片几何中心与固晶程序设计时固晶点的距离≥0.2倍的芯片电极法线方向尺寸；不符合其中任何一个标准的材料进行返工，直到合格为止。
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