什(shen)么是(shi)LED共(gong)晶焊(han)封裝工藝，有(you)什(shen)么特點?

共晶(jing)焊(han)接是(shi)(shi)微(wei)電子(zi)組裝中一種必然存(cun)在的(de)生(sheng)產環(huan)節(jie)，屬于重要生(sheng)產工藝步驟之一。 字面解釋(shi)的(de)話，就是(shi)(shi)使(shi)用合(he)金(jin)(共晶(jing))焊(han)接封裝LED的(de)意(yi)思。 在相對(dui)溫度較低的(de)環(huan)境下(xia)，用兩(liang)種以上的(de)金(jin)屬(比如金(jin)錫(xi)、金(jin)銀之類的(de))達到共晶(jing)物(wu)熔合(he)的(de)現(xian)象，這(zhe)樣(yang)，將共晶(jing)從固態(tai)(tai)直接轉換(huan)成(cheng)(cheng)液態(tai)(tai)，無(wu)需經過塑性處理(li)階段，是(shi)(shi)一種由一個液態(tai)(tai)樣(yang)同時生(sheng)成(cheng)(cheng)兩(liang)種固態(tai)(tai)樣(yang)的(de)平衡變化反應。

而(er)LED共(gong)晶(jing)(jing)，則是指在(zai)LED采用共(gong)晶(jing)(jing)焊(han)(han)(han)接(jie)的情況下，其(qi)晶(jing)(jing)粒底部由于使(shi)(shi)用純錫或(huo)金錫合金作(zuo)接(jie)觸面鍍層時，使(shi)(shi)得晶(jing)(jing)粒能(neng)直接(jie)焊(han)(han)(han)接(jie)于鍍有金或(huo)銀的基(ji)(ji)板上(shang)。 這樣，當基(ji)(ji)板被(bei)加熱(re)至適(shi)合的共(gong)晶(jing)(jing)溫(wen)度時，金或(huo)銀元素滲(shen)透到金錫合金層，使(shi)(shi)合金層成份改(gai)變，最終提高其(qi)晶(jing)(jing)粒溶點(dian)，使(shi)(shi)共(gong)晶(jing)(jing)層成份產生(sheng)變化的同時，將LED緊固的焊(han)(han)(han)接(jie)于熱(re)沉或(huo)基(ji)(ji)板上(shang)。

共(gong)晶(jing)焊(han)(han)接技術在(zai)電子封裝(zhuang)行業中(zhong)廣泛應用(yong)，例如芯(xin)片和基板(ban)的粘接、基板(ban)和管外(wai)殼的粘接、管外(wai)殼等(deng)。共(gong)晶(jing)焊(han)(han)接與(yu)傳(chuan)統(tong)的環氧導電性粘接劑相比，具有熱(re)導率高(gao)、電阻小、傳(chuan)熱(re)快、可靠(kao)性高(gao)、粘接后剪(jian)切力(li)大(da)(da)的優點，適用(yong)于高(gao)頻(pin)、大(da)(da)功率裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)的芯(xin)片與(yu)基板(ban)、基板(ban)與(yu)管殼的相互連接。對于具有高(gao)散熱(re)要求(qiu)的功率器件，需要共(gong)晶(jing)焊(han)(han)接。共(gong)晶(jing)焊(han)(han)接使用(yong)共(gong)晶(jing)合金(jin)的特(te)性完成焊(han)(han)接過程。

共晶(jing)爐與其(qi)他共晶(jing)器(qi)件的(de)比(bi)較

除了(le)共晶爐(lu)之外(wai)(wai)，實現共晶焊接(jie)的(de)設備有(you)具備吸附噴(pen)嘴和(he)钚的(de)共晶機、紅外(wai)(wai)再流焊接(jie)爐(lu)、箱式爐(lu)等。如果(guo)將這樣的(de)設備共晶化，有(you)以下問(wen)題。

（1）用大氣環境(jing)焊(han)接的話，在共晶時容易產(chan)生空(kong)洞(dong)。

（2）使(shi)用(yong)箱式爐和紅外再流焊接爐進行共晶時，需要使(shi)用(yong)焊接劑，發(fa)生焊接劑的(de)流動污(wu)染，清洗(xi)過程(cheng)增加(jia)，如果(guo)不徹(che)底清洗(xi)，電路的(de)長期(qi)可靠性指標就會下降。

（3）鑷子共(gong)晶機對操作者的(de)要求很高(gao)，很多工藝參數無法控制，不能任意設置溫度曲線，在(zai)進行多芯片(pian)共(gong)晶時(shi)，芯片(pian)反(fan)復受(shou)熱(re)，焊(han)接(jie)材料多次熔化(hua)，焊(han)接(jie)面容易氧化(hua)，芯片(pian)位移(yi)，焊(han)接(jie)區域的(de)擴散面不規則嚴重影響芯片(pian)的(de)壽(shou)命和(he)性能。

共晶(jing)合金有以下特性。

（1）熔點比純組元低，簡化熔融過程。

（2）共晶(jing)合金(jin)比純金(jin)屬流(liu)動(dong)性(xing)更(geng)好(hao)，可(ke)以防止在凝固(gu)過程中阻礙(ai)液體流(liu)動(dong)的枝(zhi)狀晶(jing)體的形成(cheng)，進行改質

鑄造性能優良。

（3）恒溫轉移（無凝固溫度范圍）減少(shao)了(le)偏重或縮孔等鑄造(zao)缺陷。

（4）共(gong)晶(jing)凝(ning)固可(ke)以(yi)(yi)得到(dao)各種形(xing)式(shi)的顯微組(zu)織，特別是規(gui)則排列的層狀或棒(bang)狀共(gong)晶(jing)組(zu)織，可(ke)以(yi)(yi)成(cheng)為(wei)優秀性能的原位復合材料(liao)（in睦(mu)63；situ composite）。共(gong)晶(jing)是指共(gong)晶(jing)在相(xiang)對較低的溫(wen)度(du)(du)共(gong)晶(jing)焊(han)料(liao)下熔化(hua)的現象，共(gong)晶(jing)合金(jin)不(bu)經過(guo)塑性階段，從固體(ti)直接變化(hua)為(wei)液體(ti)。那個熔融溫(wen)度(du)(du)被稱為(wei)共(gong)晶(jing)溫(wen)度(du)(du)。

溫(wen)度控(kong)制過程曲線參數的建立(li)

共(gong)(gong)晶焊(han)接法被用于(yu)必須(xu)達到高(gao)頻、大功率電路或宇宙級要(yao)求的(de)(de)(de)(de)電路。焊(han)接時(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)熱(re)損失(shi)、熱(re)應力、濕(shi)度(du)、粒子和沖擊(ji)或振(zhen)動是(shi)影(ying)響焊(han)接效果的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)因素(su)(su)。熱(re)損傷會(hui)(hui)影(ying)響膜設(she)備的(de)(de)(de)(de)性能(neng)。濕(shi)度(du)過(guo)高(gao)的(de)(de)(de)(de)話，有可(ke)能(neng)會(hui)(hui)引起粘著(zhu)、磨損、附(fu)著(zhu)現象。無(wu)效的(de)(de)(de)(de)熱(re)部件會(hui)(hui)影(ying)響熱(re)的(de)(de)(de)(de)傳導。共(gong)(gong)晶時(shi)(shi)(shi)(shi)最常見的(de)(de)(de)(de)問(wen)題是(shi)貝司HeaterBlock的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)低(di)于(yu)共(gong)(gong)晶溫(wen)度(du)。在(zai)這種情況下(xia)，焊(han)料可(ke)以(yi)熔(rong)化，但芯片背面(mian)的(de)(de)(de)(de)鍍(du)層(ceng)沒有足夠(gou)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)擴散，操作者很容易誤認為焊(han)料是(shi)熔(rong)融(rong)的(de)(de)(de)(de)共(gong)(gong)晶。另一方面(mian)，發現底座長時(shi)(shi)(shi)(shi)間加熱(re)會(hui)(hui)損傷電路金屬(shu)，共(gong)(gong)晶時(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)和時(shi)(shi)(shi)(shi)間控制是(shi)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)。出于(yu)以(yi)上(shang)原因，溫(wen)度(du)曲(qu)線的(de)(de)(de)(de)設(she)置(zhi)是(shi)共(gong)(gong)晶好壞的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)因素(su)(su)。

由于共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)時所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)較(jiao)高(gao)，特(te)別是(shi)用(yong)AuGe焊接(jie)材(cai)料共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)，要(yao)求(qiu)基板及薄膜(mo)電(dian)路(lu)的(de)(de)(de)耐高(gao)溫(wen)(wen)(wen)特(te)性。電(dian)路(lu)要(yao)求(qiu)能承(cheng)受400℃的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)，在(zai)該溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)電(dian)阻和導(dao)電(dian)性不(bu)會發生變化(hua)。該共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)一(yi)個關(guan)鍵因素是(shi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)，它不(bu)是(shi)單純(chun)地(di)達到某個定(ding)價溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)，而是(shi)要(yao)經過一(yi)個溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)的(de)(de)(de)變化(hua)過程，在(zai)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)變化(hua)中具(ju)備處(chu)理抽(chou)真空(kong)、打氣、排氣等事件的(de)(de)(de)能力。這些(xie)全部是(shi)共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)爐設(she)備所(suo)具(ju)備的(de)(de)(de)功(gong)能。多(duo)芯片(pian)(pian)共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)控(kong)制(zhi)不(bu)同(tong)于單芯片(pian)(pian)共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)。在(zai)多(duo)芯片(pian)(pian)共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)情況下(xia)(xia)，芯片(pian)(pian)材(cai)料不(bu)同(tong)，共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)焊料不(bu)同(tong)，所(suo)以(yi)共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)有時不(bu)同(tong)。在(zai)這種情況下(xia)(xia)，需(xu)要(yao)使用(yong)樓梯(ti)共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)法。一(yi)般來說，相對于溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)高(gao)共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)焊料共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)，相對于共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)低共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)焊料共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)。共(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)爐控(kong)制(zhi)系統可以(yi)設(she)定(ding)多(duo)個溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)，各溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)可以(yi)設(she)定(ding)9級，通過鏈(lian)路(lu)可以(yi)擴(kuo)展到81級，在(zai)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)的(de)(de)(de)運轉中可以(yi)增加(jia)充(chong)氣、抽(chou)真空(kong)、排氣等過程步驟。

空(kong)洞率(lv)的降(jiang)低

共(gong)(gong)晶后，空腔率(lv)是(shi)重要的(de)(de)檢測指標，如何降低空腔率(lv)是(shi)共(gong)(gong)晶的(de)(de)重要技術。空腔通常(chang)由焊料表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)氧化膜(mo)、粉塵微粒子、熔(rong)融時不(bu)排(pai)出的(de)(de)氣泡形成。由氧化物構成的(de)(de)膜(mo)阻礙金(jin)屬化表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)結合部的(de)(de)相(xiang)互滲透，剩余的(de)(de)間隙在(zai)冷卻凝結后形成空洞。共(gong)(gong)晶焊接時形成的(de)(de)腔降低了(le)元件(jian)(jian)的(de)(de)可靠性(xing)，擴大了(le)IC斷裂的(de)(de)可能性(xing)，增加了(le)元件(jian)(jian)的(de)(de)工作溫度(du)，減弱了(le)芯的(de)(de)粘貼(tie)能力(li)。共(gong)(gong)晶后的(de)(de)焊接層中殘留的(de)(de)空洞影響接地效果和其他電氣性(xing)質。

去除空洞的主要方法如下。

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

（2）共(gong)晶(jing)時將加(jia)壓(ya)裝置放(fang)置在設備上(shang)，直接施加(jia)正壓(ya)。

（3）在真空環境(jing)下共(gong)晶。

實現多(duo)芯片的一次共晶

進行多芯(xin)(xin)片組(zu)件的(de)共(gong)晶(jing)時，芯(xin)(xin)片尺(chi)寸變(bian)小，數(shu)量變(bian)多，因(yin)此必須使用特制的(de)治(zhi)具完成。這樣(yang)的(de)治(zhi)具不(bu)僅(jin)有(you)(you)固定芯(xin)(xin)片和焊接材料位(wei)(wei)置的(de)功能，也有(you)(you)便于(yu)操作、耐(nai)高溫(wen)不(bu)變(bian)形(xing)的(de)特性。部分芯(xin)(xin)片的(de)尺(chi)寸在0.5mm2以下，定位(wei)(wei)不(bu)容易，人工配置不(bu)方(fang)便，因(yin)此共(gong)晶(jing)爐一般焊接1mm2以上的(de)芯(xin)(xin)片。共(gong)晶(jing)時有(you)(you)氣流變(bian)化(hua)，為了(le)防止芯(xin)(xin)片移動，需要用夾具定位(wei)(wei)。

治具(ju)(ju)除對(dui)加(jia)(jia)工(gong)精度(du)的要求外，還需要耐高(gao)溫(wen)、不(bu)(bu)變形，物理化(hua)學性質不(bu)(bu)變，或(huo)其變化(hua)對(dui)共晶(jing)不(bu)(bu)產生不(bu)(bu)利影響，對(dui)共晶(jing)也有幫助。制造治具(ju)(ju)的材料(liao)必須易于(yu)加(jia)(jia)工(gong)。加(jia)(jia)工(gong)困難(nan)的話，對(dui)功能實(shi)現不(bu)(bu)利。石墨基(ji)本上安裝(zhuang)在(zai)以上要求中，共晶(jing)爐(lu)的治具(ju)(ju)一般(ban)選擇高(gao)純石墨，具(ju)(ju)有以下特征(zheng)。

（1）高溫變形小，對設備的影響小。

（2）導(dao)熱(re)(re)性好，有利于熱(re)(re)的(de)傳播(bo)，提高溫度的(de)均勻性。

（3）化學(xue)穩定，長(chang)期(qi)使用(yong)不會變質。

（4）可(ke)塑性好，容易加工(gong)。

在(zai)(zai)一個氧(yang)化環境中，石墨中的碳形成(cheng)CO和(he)CO2背面(mian)。擦(ca)掉(diao)(diao)；擦(ca)掉(diao)(diao)；氧(yang)氣的優(you)點。石墨是(shi)各向同(tong)性材料，顆粒在(zai)(zai)所(suo)有方向上(shang)均(jun)勻密集分布，受熱均(jun)勻。焊(han)(han)接(jie)元件(jian)固定在(zai)(zai)石墨上(shang)，熱量直接(jie)傳導，加熱均(jun)勻，焊(han)(han)接(jie)面(mian)平坦。

基(ji)板和軟管外(wai)殼的(de)焊接

與芯片(pian)和基板的焊(han)接(jie)技術一樣(yang)，基板和管殼的焊(han)接(jie)也是共晶(jing)(jing)焊(han)接(jie)的優秀應用(yong)領域(yu)。在(zai)這個(ge)過程(cheng)中(zhong)，必(bi)須注意(yi)空(kong)腔率符合國(guo)軍(jun)標GJB548-96A的要(yao)求(qiu)，軍(jun)用(yong)產(chan)品可以控制(zhi)在(zai)25%以下。由(you)于基板一般比芯片(pian)尺寸大、材質厚、堅硬(ying)，對位置精度的要(yao)求(qiu)低(di)，所以可以用(yong)共晶(jing)(jing)爐更(geng)好(hao)地焊(han)接(jie)。

密封工藝

 設備蓋(gai)也(ye)是(shi)(shi)共(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)爐(lu)(lu)的用途之(zhi)一(yi)。通常，裝置的外殼是(shi)(shi)用陶(tao)瓷(ci)或可(ke)砍(kan)伐(fa)的材料鍍(du)金(jin)(jin)鎳制成的。陶(tao)瓷(ci)包(bao)裝；在(zai)實(shi)際應用中，組裝容易，內部(bu)連接容易，成本低，因此成為最佳的封(feng)(feng)裝介質(zhi)。陶(tao)瓷(ci)是(shi)(shi)一(yi)種堅硬(ying)的材料，可(ke)以承(cheng)受接近硅材料熱膨脹系數的嚴(yan)格(ge)外部(bu)環境、高(gao)溫、機(ji)械(xie)沖擊和(he)(he)振動。這種器件的封(feng)(feng)裝可(ke)以采用共(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)焊接法，該共(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)焊接法在(zai)陶(tao)瓷(ci)腔(qiang)的上部(bu)與蓋(gai)板(ban)進行(xing)共(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)焊接，并具有密(mi)封(feng)(feng)環以獲得氣密(mi)和(he)(he)真空密(mi)封(feng)(feng)。金(jin)(jin)層一(yi)般需(xu)要1.5m，但由于過(guo)程處(chu)理(li)和(he)(he)高(gao)溫燒結，空腔(qiang)和(he)(he)密(mi)封(feng)(feng)圈需(xu)要電(dian)鍍(du)2.5μ米的黃金(jin)(jin)，過(guo)剩的黃金(jin)(jin)被(bei)用來保護鎳的移(yi)動。鍍(du)金(jin)(jin)可(ke)采伐(fa)的蓋(gai)板(ban)可(ke)以用作密(mi)封(feng)(feng)陶(tao)瓷(ci)管外殼的材料，一(yi)般在(zai)共(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)前進行(xing)真空燒制。共(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)爐(lu)(lu)也(ye)可(ke)以應用于鍍(du)金(jin)(jin)芯片凸起(qi)再(zai)流球、共(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)凸起(qi)焊接、光(guang)纖封(feng)(feng)裝等工藝(yi)。除了混(hun)合電(dian)路電(dian)子封(feng)(feng)裝之(zhi)外，發光(guang)二極(ji)管行(xing)業也(ye)是(shi)(shi)共(gong)(gong)(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)爐(lu)(lu)應用領域。