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提升UVC LED可靠性,共晶固晶机必不可少

发表时间:2022-07-18 11:40

新冠疫情的发生,加速了UVC LED产业的发展。2020年上半年,大部分企业同比大增300%以上,个别企业增速甚至高达700%-800%,需求量大增,行业内玩家纷纷扩产,极大推进了产业的发展。而随着疫情逐渐被控制,UVC LED市场更加趋于理性,虽然市场不再如年初一样火爆,但也因此彻底打开了UVC LED在消毒、杀菌应用领域的商业化之门,业界也更加有信心攻克UV LED的技术难题,同时不断精进工艺、追求更高品质和整体可靠性。


从技术难题上看,目前UVC LED尤其是UVC LED的电光转化效率(WPE)较低,只有大约2~3%的功率输入转换成光。剩余97%的功率基本转换成热量,热量必须要快速去除,否则大量的热积聚在灯珠内未及时散去,会对灯珠的寿命带来负面影响。因此需要对灯珠进行热管理。


热管理,离不开两个方面,一是材料,二是工艺。材料主要通过对基板进行改变,例如采用氮化铝基板或陶瓷基板以提升散热效率。工艺是目前主流的固晶方案有银浆、锡膏和共晶,能达到不同的散热效果。


银浆:结合力虽然不错,但容易造成银迁移,导致器件失效。


锡膏:由于锡膏熔点只有220度左右,在器件贴片后,再次过炉会出现再融现象,芯片容易脱落失效,一定程度上会影响UVC LED可靠性。为了避免再融现象,需要使用低温锡膏或非标准的回流焊温度,这样会导致成本增加。


主要通过助焊剂进行共晶焊接,能有效提升芯片与基板的结合强度,导热率,更为可靠,有利于UVC LED的品质管控。


可以看到,三种工艺方案中共晶的散热效果**。三安光电、国星光电、华引芯、隆达电子、首尔Viosys等引领产业发展方向的头部企业均有采用共晶方案。


疫情期间,消费类UVC LED由于对价格更为敏感,多用银浆和锡膏方式。疫情期间出货量也主要集中于消费类,但不意味着消费类的产品将会长期以用银浆和锡膏方式的输出。随着用户对产品寿命要求提升,共晶工艺更符合产业发展的趋势。企业工业性UV LED必须用共晶的焊接方式,才能保证其可靠性。


要实现共晶工艺技术提升和成本下降,需要产业链的共同努力,其中固晶机的选取和使用都极为重要。


我们以比较有代表性的ASM太平洋AD211 Plus全自动共晶固晶机为例,看看在选购和使用时,需要注意哪些关键点。


ASM太平洋专利的共晶焊接技术下,固晶位置精度和角度精度分别高达12.5μm @ 3σ和1.5° @ 3σ,固晶位置十分准确。这意味着LED芯片底部两个电极之间的gap可以做得更窄,增大散热面。且可更好配合透镜,帮助达到**出光效率。


AD211 Plus不需要过回焊炉,也不需等离子清洗,有效简化了生产工序。简化生产工序的可以带来两方面的利好:一是因为UV LED对物料很敏感,对用料十分讲究,所以越少的物料和减少的工序可以有效降低外部因素对VC LED的影响,降低成品不良率;二是简化了生产工序意味着可降低固定设备和人力的投入,有效降低了生产的营运成本,增强了封装厂商的成本竞争力。


除了考量物料的导热能力,降低焊接空洞率也十分有利于热管理。焊点的质量可靠性会受到空洞因素的影响:空洞率过高严重降低了焊点的导热和导电性能,因此在固晶环节控制空洞率十分重要。根据行家说研究中心了解,ASM的AD211 Plus**是在车灯应用上发展起来的共晶技术,空洞率已达5%以下,经过了车灯应用的高可靠性要求的验证。


当然,UVC LED整体的性能和可靠性与很多因素息息相关,但随着各类UVC LED应用产品走进大众视野,发现看起来同等级别UVC LED产品,实质使用效果却是千差万别,归根到底,是背后技术和工艺的差异。但这个问题的背后,需要外延芯片、封装端和相应的设备端紧密配合,才能更好更快攻克。

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