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1、共晶焊接工藝共晶焊接工藝共晶焊接工藝共晶焊接工藝 需要考慮的因素需要考慮的因素需要考慮的因素需要考慮的因素 主講: 李碧如小姐 主講: 李碧如小姐 內容內容內容內容 ?簡介簡介 ?製程考慮及選擇材料製程考慮及選擇材料 ?能力及挑戰能力及挑戰 ?分享 1 : 共晶分享 1 : 共晶 ?分享 2 : 焊劑共晶分享 2 : 焊劑共晶 ?總結總結 簡介簡介簡介簡介 共晶的基本原理共晶的基本原理共晶的基本原理共晶的基本原理 ?液體線液體線 ?固體線固體線 ?共晶點共晶點 ?三種狀態同時出現三種狀態同時出現 ?共晶百分比是50%金 屬 B 共晶百分比是50%金 屬 B ?每種合金共晶點及 百分比都不同 每
2、種合金共晶點及 百分比都不同 Binary phase diagram AuSn AuSn AuSn AuSn 相圖相圖相圖相圖 ?AuSn (80/20)共晶點: 282C AuSn (80/20)共晶點: 282C ?比較普遍金屬化合物比 較隱定 ?AuSn (10/90)共晶點: : 217C AuSn (10/90)共晶點: : 217C ?金屬化合物比較不隱定 Au-Sn 相圖Au-Sn 相圖 一般的材料系統一般的材料系統一般的材料系統一般的材料系統 ?大公率LED普遍使用的材料大公率LED普遍使用的材料 ?AuSn (80/20) 共晶點 282CAuSn (80/20) 共晶點
3、282C ?AgSn (3.5/96.5) 共晶點 232CAgSn (3.5/96.5) 共晶點 232C 製程考慮及材料選擇製程考慮及材料選擇製程考慮及材料選擇製程考慮及材料選擇 製程考慮製程考慮製程考慮製程考慮 ?固晶力度固晶力度 ?共晶材料的均勻性共晶材料的均勻性 ?頂針造成的痕頂針造成的痕 ?固晶溫度固晶溫度 ?共晶材料的共晶點共晶材料的共晶點 ?塑膠材料的溶點塑膠材料的溶點 ?支架的設計支架的設計 ?堅固性: 影響支架跟LED的接觸堅固性: 影響支架跟LED的接觸 ?表面粗糙度表面粗糙度 ?影響共晶材料的流動性影響共晶材料的流動性 製程考慮製程考慮製程考慮製程考慮 ?固晶力度固晶力
4、度 ?共晶層均勻性共晶層均勻性 ?提升溫度, 加大固晶力度, 可改善共晶層的均勻性提升溫度, 加大固晶力度, 可改善共晶層的均勻性 製程考慮製程考慮製程考慮製程考慮 ?頂針痕深度頂針痕深度 ?吸晶片力度及頂針速度吸晶片力度及頂針速度 ?優化後吸晶/固晶力度優化後吸晶/固晶力度 ?50g 5g50g 5g 0.574/0.392High60g1 0.5/0.573Low60g2 0.368/0.362Low50g3 痕深度 (m)頂針速度吸晶/固晶力度設定 材料選擇材料選擇材料選擇材料選擇 ?固晶溫度固晶溫度 ?選擇Tg 較固晶溫度高10c或以上選擇Tg 較固晶溫度高10c或以上 ?E.g. A
5、uSn(282C) 塑膠 Tg E.g. AuSn(282C) 塑膠 Tg 330C 固晶或回流加熱最高溫度: 330C 固晶或回流加熱最高溫度: ?315-320C 315-320C ?E.g. AgSn/ Sn (232C) 塑膠 Tg E.g. AgSn/ Sn (232C) 塑膠 Tg 290C 固晶或回流加熱最高溫度: 290C 固晶或回流加熱最高溫度: ?270C 270C DMA DMA DMA DMA 分析分析分析分析 ?DMA (Dynamic Mechanical Analysis)DMA (Dynamic Mechanical Analysis) ?找出塑膠材料的Tg找出
6、塑膠材料的Tg 支架設計支架設計支架設計支架設計 ?支架設計支架設計 ?堅固性 晶片跟支架的接觸面 支架設計支架設計支架設計支架設計 ?固晶在不堅固的支架上, 晶片跟支架的接觸, 推力被影響 固晶在不堅固的支架上, 晶片跟支架的接觸, 推力被影響 ?固晶在堅固的支架上, 良好的接觸提高推力固晶在堅固的支架上, 良好的接觸提高推力 高推力 低推力 高推力 低推力 表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度 ?支架表面的粗糙度要比共晶材料的厚度還 要少, 否則共晶材料就不足夠填滿表面不平 的地方, 造成流動性差的情況 支架表面的粗糙度要比共晶材料的厚度還 要少, 否則共晶材料就不足夠填滿表面不平 的
7、地方, 造成流動性差的情況 ?如果固晶在比較平滑的支架表面上, 可提升 推力 如果固晶在比較平滑的支架表面上, 可提升 推力 粗糙的表面粗糙的表面 平滑的表面平滑的表面 選擇材料選擇材料選擇材料選擇材料 ?晶片晶片 ?共晶點 共晶材料的共晶點 ?支架設計支架設計 ?堅固性堅固性 ?表面粗糙度 共晶材料的厚度表面粗糙度 共晶材料的厚度 能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰 ?分享 1: 共晶分享 1: 共晶 ?晶片: 底層鍍Sn晶片: 底層鍍Sn ?支架鍍銀; 塑膠材料 Tg 281C支架鍍銀; 塑膠材料 Tg 281C 能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰 ?晶片跟支架的接觸晶片跟支架
8、的接觸 ?在堅固的支架上, 把固晶頭水平調好後便可造出 較高的殘金比率 在堅固的支架上, 把固晶頭水平調好後便可造出 較高的殘金比率 能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰 ?分享 1: 共晶分享 1: 共晶 Variable:Die Shear Strength Mean: .329467 Sigma: .060853 Specifications: LSL=.150000 Nominal=.329467 Frequency -3.s+3.sLSLNOMINAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0.100.150.200.250.300.350.400.450.500.55 LED大小
9、大小: 0.3mm x 0.3mm 固晶溫度固晶溫度 : 270 C 5 C 最低推力最低推力: 0.22kgf 能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰 ?分享 2: 焊劑共晶分享 2: 焊劑共晶 LED 點印焊劑在室溫固晶點印焊劑在室溫固晶 LED 進回流爐之前進回流爐之前 LED 進回流爐之後進回流爐之後 能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰 ?分享 2: 焊劑共晶分享 2: 焊劑共晶 ?使用焊劑:使用焊劑: ?去除表面氧化物去除表面氧化物 ?幫助共晶材料 ( e.g. AuSn) 的流動幫助共晶材料 ( e.g. AuSn) 的流動 ?為何要用這個製程？為何要用這個製程？ ?可控制
10、共晶材料向外的流動可控制共晶材料向外的流動 ?如果LED PN junction 在較低位置, 共晶材料之外向流動的 控制是非常重要 如果LED PN junction 在較低位置, 共晶材料之外向流動的 控制是非常重要 能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰 ?分享 2: 焊劑共晶分享 2: 焊劑共晶 ?焊劑的選擇焊劑的選擇 ?注意焊劑殘餘物會否對LED有影響注意焊劑殘餘物會否對LED有影響 ?焊劑的控制焊劑的控制 ?焊劑點印的份量要一致焊劑點印的份量要一致 ?焊劑份量不可太多, 否則進回流爐加熱時會LED會浮 起, 影響LED跟支架的接觸, 影響推力及LED的位置 焊劑份量不可太多, 否
11、則進回流爐加熱時會LED會浮 起, 影響LED跟支架的接觸, 影響推力及LED的位置 能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰 ?分享 2: 焊劑共晶分享 2: 焊劑共晶 ?回流曲綫回流曲綫 ?高於液態溫度, 最高溫度高於液態溫度, 最高溫度 能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰 ?分享 2: 焊劑共晶分享 2: 焊劑共晶 ?製程 焊劑點印 固晶 回流熔焊 製程 焊劑點印 固晶 回流熔焊 ?焊劑: Alphametals 9154Q焊劑: Alphametals 9154Q 凸表面凸表面: AuSn 流動性不均勺流動性不均勺; 推力不隱定推力不隱定 能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰能力及挑戰
12、 ?分享 2: 焊劑共晶分享 2: 焊劑共晶 ?表面平滑表面平滑 ?在平滑的表面上固晶, 殘金顯示接觸較好, 推力較大在平滑的表面上固晶, 殘金顯示接觸較好, 推力較大 V V V V f f f f 固晶前後分別固晶前後分別固晶前後分別固晶前後分別 ?Vf 1A 在固晶前 及固晶後沒有明顯的 變化 Vf 1A 在固晶前 及固晶後沒有明顯的 變化 (單位單位: V) 2.097 2.099 2.104 2.104 2.108 2.110 2.105 2.108 2.109 2.112 固晶後 2.09610 2.0979 2.1028 2.1027 2.1046 2.1055 2.1024 2.1063 2.1072 2.111 固晶前Die # 總結總結總結總結 ?共晶共晶 ?共晶點 塑膠材料熔點共晶點 塑膠材料熔點 ?堅固的支架堅固的支架 ?表面粗糙度 共晶材料厚度表面粗糙度 共晶材料厚度 ?焊劑共晶焊劑共晶 ?焊劑種類, 份量, 回流曲綫會影響推力焊劑種類, 份量, 回流曲綫會影響推力
