真空回流焊接工藝大大提高UV LED可靠性

真空回流焊接工藝大大提高UV LED可靠性

近幾年來，作為LED細分行業，UV LED產業發展如火如荼。UV LED（Ultra-Violet Light Emitting Diode）能發出200的一種nm-400nm與傳統光源相比，不同波長的紫外線光源具有壽命長、環保、能耗低、無熱輻射、體積小、固化時間快等優點。UV-A LED（波長320-400nm）主要用于固化和干燥，占據整體UV LED至少半壁江山的應用產業；UV-C LED（波長200-280nm）主要用于殺菌、消毒和凈化，預計未來將成為UV LED新的市場動能。

不同于傳統LED，UV LED需要特殊的電、光、熱設計和特殊的方案驗證。目前，行業發展仍存在很大的技術瓶頸，產品利率低、可靠性差等問題。為了改進UV LED包裝企業需要升級真空焊接工藝的可靠性，保證原材料的高質量，做好二次散熱設計。

真空回流焊：降低空洞率，提高可靠性

根據不同的包裝方法和集成度，UV LED分為分立式設備和集成模塊。COB(Chip On Board)和DOB(Device On Board)。COB是將多顆LED芯片直接焊接在基板上，DOB是先將LED芯片包裝在設備中，然后在一個基板上焊接多個設備。COB，DOB更利于實現標準化大規模生產。一旦出現制造不良，DOB只損失一個設備。一旦光源在使用過程中失效，DOB只需更換故障設備。

圖為垂直結構UV LED芯片的DOB模組

研究表明，DOB對于互聯層(包括固晶層和錫膏層)的焊接質量UV LED出光率、總熱阻和可靠性有很大影響。目前，固晶層的焊接工藝相對成熟，但由于工藝問題，設備與基板之間的焊接層不可避免地會產生氣泡，形成空洞。

根據研究，空洞對熱阻的影響是：多個隨機分布的小空洞（總百分比）V%)，對設備的總熱阻（Rjc）的影響關系為Rjc＝0.007V%＋1.4987，多個大空洞對設備總熱阻的影響是Rjc=1.427e0.015V% 。

空洞率越小，散熱越好，空洞率越大，散熱越差?？斩绰蚀?，散熱能力差UV LED產品利率低，可靠性差，也減少了UV LED芯片的使用壽命。UV LED包裝和應用企業遭受了巨大損失。目前，該行業大多采用傳統的回流焊工藝，焊接空洞率一般在30%以上，如下圖所示。

UVLED回流焊效果

針對上述問題，UV LED行業部分龍頭企業改用真空焊接工藝，大幅減少UV LED芯片焊接的空洞率有效提高了可靠性。據了解，北京中科同志科技已開發UV LED專用真空焊接爐，即專用真空焊接爐UV LED芯片和模塊焊接的真空回流焊爐可無縫替代進口真空焊爐。采用中科同志科技UV LED真空焊接爐，UV LED芯片焊接的空洞率可控制在3%以下。(下圖)

UVLED真空焊接效果中科同志科技真空焊接空洞

此外，值得一提的是，中科同志科技UV LED專用真空回流爐UV LED特別優化了產品。UV LED芯片在使用過程中，其能量全部通過亮度發射。其他焊接工藝會損壞表面，影響發光。中科同志科技真空回流爐永遠不會損壞UV LED照明亮度保證了能量的完全釋放。

保證原材料的高質量和二次散熱設計的合理性

為了提高可靠性，除了用真空焊接爐包裝焊接外，還減少了UV LED還應關注以下兩點：

1.選擇高質量的基板、芯片和錫膏。尤其是在UV LED在產品批量生產過程中，必須保證基板的質量。UV LED集成模塊的基板主要有銅基板和氮化鋁兩種(AlN)陶瓷基板。與氮化鋁陶瓷基板相比，銅基板具有以下優點：價格較低；質地堅固，不易開裂甚至開裂；更容易實現形狀和尺寸的變化。包裝材料的選擇不同，設備的性能和可靠性也不同。

2、保證UV LED二次散熱設計在模塊使用過程中的合理性?？蓞⒖家韵乱巹t：

a. 以 "UV LED模塊總電功率×50%÷1.3小于等于散熱功率是散熱的理論判斷依據。如果是水冷卻，散熱功率為(出口溫度-進口溫度)x流速×水或者其他散熱介質的比熱容的公式來計算。如果是風冷冷卻，也按照同樣的方式來計算。

b. 實驗樣品完成后，靠近UV LED散熱基板的溫度不高于55攝氏度是實驗成功判斷的基礎。（最好測試中間焊盤上的溫度，并考慮進入實際設備或實際工作環境，以及周圍的溫度和極端條件）。