共晶焊接技术谁懂_共晶焊接工艺

什么是LED共晶焊封装工艺，有什么特点?

共晶焊接是微电子组装中一种必然存在的生产环节，属于重要生产工艺步骤之一。 字面解释的话，就是使用合金(共晶)焊接封装LED的意思。 在相对温度较低的环境下，用两种以上的金属(比如金锡、金银之类的)达到共晶物熔合的现象，这样，将共晶从固态直接转换成液态，无需经过塑性处理阶段，是一种由一个液态样同时生成两种固态样的平衡变化反应。

而LED共晶，则是指在LED采用共晶焊接的情况下，其晶粒底部由于使用纯锡或金锡合金作接触面镀层时，使得晶粒能直接焊接于镀有金或银的基板上。 这样，当基板被加热至适合的共晶温度时，金或银元素渗透到金锡合金层，使合金层成份改变，最终提高其晶粒溶点，使共晶层成份产生变化的同时，将LED紧固的焊接于热沉或基板上。

共晶焊接技术在电子封装行业中广泛应用，例如芯片和基板的粘接、基板和管外壳的粘接、管外壳等。共晶焊接与传统的环氧导电性粘接剂相比，具有热导率高、电阻小、传热快、可靠性高、粘接后剪切力大的优点，适用于高频、大功率装置中的芯片与基板、基板与管壳的相互连接。对于具有高散热要求的功率器件，需要共晶焊接。共晶焊接使用共晶合金的特性完成焊接过程。

共晶炉与其他共晶器件的比较

除了共晶炉之外，实现共晶焊接的设备有具备吸附喷嘴和钚的共晶机、红外再流焊接炉、箱式炉等。如果将这样的设备共晶化，有以下问题。

（1）用大气环境焊接的话，在共晶时容易产生空洞。

（2）使用箱式炉和红外再流焊接炉进行共晶时，需要使用焊接剂，发生焊接剂的流动污染，清洗过程增加，如果不彻底清洗，电路的长期可靠性指标就会下降。

（3）镊子共晶机对操作者的要求很高，很多工艺参数无法控制，不能任意设置温度曲线，在进行多芯片共晶时，芯片反复受热，焊接材料多次熔化，焊接面容易氧化，芯片位移，焊接区域的扩散面不规则严重影响芯片的寿命和性能。

共晶合金有以下特性。

（1）熔点比纯组元低，简化熔融过程。

（2）共晶合金比纯金属流动性更好，可以防止在凝固过程中阻碍液体流动的枝状晶体的形成，进行改质

铸造性能优良。

（3）恒温转移（无凝固温度范围）减少了偏重或缩孔等铸造缺陷。

（4）共晶凝固可以得到各种形式的显微组织，特别是规则排列的层状或棒状共晶组织，可以成为优秀性能的原位复合材料（in睦63；situ composite）。共晶是指共晶在相对较低的温度共晶焊料下熔化的现象，共晶合金不经过塑性阶段，从固体直接变化为液体。那个熔融温度被称为共晶温度。

温度控制过程曲线参数的建立

共晶焊接法被用于必须达到高频、大功率电路或宇宙级要求的电路。焊接时的热损失、热应力、湿度、粒子和冲击或振动是影响焊接效果的重要因素。热损伤会影响膜设备的性能。湿度过高的话，有可能会引起粘着、磨损、附着现象。无效的热部件会影响热的传导。共晶时最常见的问题是贝司HeaterBlock的温度低于共晶温度。在这种情况下，焊料可以熔化，但芯片背面的镀层没有足够的温度扩散，操作者很容易误认为焊料是熔融的共晶。另一方面，发现底座长时间加热会损伤电路金属，共晶时的温度和时间控制是重要的。出于以上原因，温度曲线的设置是共晶好坏的重要因素。

由于共晶时所需的温度较高，特别是用AuGe焊接材料共晶，要求基板及薄膜电路的耐高温特性。电路要求能承受400℃的高温，在该温度下电阻和导电性不会发生变化。该共晶的一个关键因素是温度，它不是单纯地达到某个定价温度，而是要经过一个温度曲线的变化过程，在温度的变化中具备处理抽真空、打气、排气等事件的能力。这些全部是共晶炉设备所具备的功能。多芯片共晶的温度控制不同于单芯片共晶。在多芯片共晶的情况下，芯片材料不同，共晶焊料不同，所以共晶温度有时不同。在这种情况下，需要使用楼梯共晶法。一般来说，相对于温度高共晶焊料共晶，相对于共晶温度低共晶焊料共晶。共晶炉控制系统可以设定多个温度曲线，各温度曲线可以设定9级，通过链路可以扩展到81级，在温度曲线的运转中可以增加充气、抽真空、排气等过程步骤。

空洞率的降低

共晶后，空腔率是重要的检测指标，如何降低空腔率是共晶的重要技术。空腔通常由焊料表面的氧化膜、粉尘微粒子、熔融时不排出的气泡形成。由氧化物构成的膜阻碍金属化表面的结合部的相互渗透，剩余的间隙在冷却凝结后形成空洞。共晶焊接时形成的腔降低了元件的可靠性，扩大了IC断裂的可能性，增加了元件的工作温度，减弱了芯的粘贴能力。共晶后的焊接层中残留的空洞影响接地效果和其他电气性质。

去除空洞的主要方法如下。

（1）在共晶焊接前对器件和焊接材料的表面进行清扫，除去杂质。

（2）共晶时将加压装置放置在设备上，直接施加正压。

（3）在真空环境下共晶。

实现多芯片的一次共晶

进行多芯片组件的共晶时，芯片尺寸变小，数量变多，因此必须使用特制的治具完成。这样的治具不仅有固定芯片和焊接材料位置的功能，也有便于操作、耐高温不变形的特性。部分芯片的尺寸在0.5mm2以下，定位不容易，人工配置不方便，因此共晶炉一般焊接1mm2以上的芯片。共晶时有气流变化，为了防止芯片移动，需要用夹具定位。

治具除对加工精度的要求外，还需要耐高温、不变形，物理化学性质不变，或其变化对共晶不产生不利影响，对共晶也有帮助。制造治具的材料必须易于加工。加工困难的话，对功能实现不利。石墨基本上安装在以上要求中，共晶炉的治具一般选择高纯石墨，具有以下特征。

（1）高温变形小，对设备的影响小。

（2）导热性好，有利于热的传播，提高温度的均匀性。

（3）化学稳定，长期使用不会变质。

（4）可塑性好，容易加工。

在一个氧化环境中，石墨中的碳形成CO和CO2背面。擦掉；擦掉；氧气的优点。石墨是各向同性材料，颗粒在所有方向上均匀密集分布，受热均匀。焊接元件固定在石墨上，热量直接传导，加热均匀，焊接面平坦。

基板和软管外壳的焊接

与芯片和基板的焊接技术一样，基板和管壳的焊接也是共晶焊接的优秀应用领域。在这个过程中，必须注意空腔率符合国军标GJB548-96A的要求，军用产品可以控制在25%以下。由于基板一般比芯片尺寸大、材质厚、坚硬，对位置精度的要求低，所以可以用共晶炉更好地焊接。

密封工艺

设备盖也是共晶炉的用途之一。通常，装置的外壳是用陶瓷或可砍伐的材料镀金镍制成的。陶瓷包装；在实际应用中，组装容易，内部连接容易，成本低，因此成为最佳的封装介质。陶瓷是一种坚硬的材料，可以承受接近硅材料热膨胀系数的严格外部环境、高温、机械冲击和振动。这种器件的封装可以采用共晶焊接法，该共晶焊接法在陶瓷腔的上部与盖板进行共晶焊接，并具有密封环以获得气密和真空密封。金层一般需要1.5m，但由于过程处理和高温烧结，空腔和密封圈需要电镀2.5μ米的黄金，过剩的黄金被用来保护镍的移动。镀金可采伐的盖板可以用作密封陶瓷管外壳的材料，一般在共晶前进行真空烧制。共晶炉也可以应用于镀金芯片凸起再流球、共晶凸起焊接、光纤封装等工艺。除了混合电路电子封装之外，发光二极管行业也是共晶炉应用领域。