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(yè)，UV LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼。UV LED（Ultra-Violet Light Emitting Diode）能發(fā)出200的一種nm-400nm與傳統(tǒng)光源相比，不同波長的紫外線光源具有壽命長、環(huán)保、能耗低、無熱輻射、體積小、固化時間快等優(yōu)點。UV-A LED（波長320-400nm）主要用于固化和干燥，占據(jù)整體UV LED至少半壁江山的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)；UV-C LED（波長200-280nm）主要用于殺菌、消毒和凈化，預(yù)計未來將成為UV LED新的市場動能。

不同于傳統(tǒng)LED，UV LED需要特殊的電、光、熱設(shè)計和特殊的方案驗證。目前，行業(yè)發(fā)展仍存在很大的技術(shù)瓶頸，產(chǎn)品利率低、可靠性差等問題。為了改進UV LED包裝企業(yè)需要升級真空焊接工藝的可靠性，保證原材料的高質(zhì)量，做好二次散熱設(shè)計。

真空回流焊：降低空洞率，提高可靠性

根據(jù)不同的包裝方法和集成度，UV LED分為分立式設(shè)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(shè)備中，然后在一個基板上焊接多個設(shè)備。COB，DOB更利于實現(xiàn)標準化大規(guī)模生產(chǎn)。一旦出現(xiàn)制造不良，DOB只損失一個設(shè)備。一旦光源在使用過程中失效，DOB只需更換故障設(shè)備。

圖為垂直結(jié)構(gòu)UV LED芯片的DOB模組

研究表明，DOB對于互聯(lián)層(包括固晶層和錫膏層)的焊接質(zhì)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(shè)備與基板之間的焊接層不可避免地會產(chǎn)生氣泡，形成空洞。

根據(jù)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(shè)備的總熱阻（Rjc）的影響關(guān)系為Rjc＝0.007V%＋1.4987，多個大空洞對設(shè)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?？斩绰蚀螅崮芰Σ頤V LED產(chǎn)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(yīng)用企業(yè)遭受了巨大損失。目前，該行業(yè)大多采用傳統(tǒng)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(yè)部分龍頭企業(yè)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(jù)了解，北京中科同志科技已開發(fā)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(yōu)化了產(chǎn)品。UV LED芯片在使用過程中，其能量全部通過亮度發(fā)射。其他焊接工藝會損壞表面，影響發(fā)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(zhì)量和二次散熱設(shè)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(yīng)關(guān)注以下兩點：

1.選擇高質(zhì)量的基板、芯片和錫膏。尤其是在UV LED在產(chǎn)品批量生產(chǎn)過程中，必須保證基板的質(zhì)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(yōu)點：價格較低；質(zhì)地堅固，不易開裂甚至開裂；更容易實現(xiàn)形狀和尺寸的變化。包裝材料的選擇不同，設(shè)備的性能和可靠性也不同。

2、保證UV LED二次散熱設(shè)計在模塊使用過程中的合理性?？蓞⒖家韵乱?guī)則：

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(jù)。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(zhì)的比熱容的公式來計算。如果是風(fēng)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(chǔ)。（最好測試中間焊盤上的溫度，并考慮進入實際設(shè)備或?qū)嶋H工作環(huán)境，以及周圍的溫度和極端條件）。