真空回流焊接工艺大大提高UV LED可靠性

真空回流焊接工艺大大提高UV LED可靠性

近几年来，作为LED细分行业，UV LED产业发展如火如荼。UV LED（Ultra-Violet Light Emitting Diode）能发出200的一种nm-400nm与传统光源相比，不同波长的紫外线光源具有寿命长、环保、能耗低、无热辐射、体积小、固化时间快等优点。UV-A LED（波长320-400nm）主要用于固化和干燥，占据整体UV LED至少半壁江山的应用产业；UV-C LED（波长200-280nm）主要用于杀菌、消毒和净化，预计未来将成为UV LED新的市场动能。

不同于传统LED，UV LED需要特殊的电、光、热设计和特殊的方案验证。目前，行业发展仍存在很大的技术瓶颈，产品利率低、可靠性差等问题。为了改进UV LED包装企业需要升级真空焊接工艺的可靠性，保证原材料的高质量，做好二次散热设计。

真空回流焊：降低空洞率，提高可靠性

根据不同的包装方法和集成度，UV LED分为分立式设备和集成模块。COB(Chip On Board)和DOB(Device On Board)。COB是将多颗LED芯片直接焊接在基板上，DOB是先将LED芯片包装在设备中，然后在一个基板上焊接多个设备。COB，DOB更利于实现标准化大规模生产。一旦出现制造不良，DOB只损失一个设备。一旦光源在使用过程中失效，DOB只需更换故障设备。

图为垂直结构UV LED芯片的DOB模组

研究表明，DOB对于互联层(包括固晶层和锡膏层)的焊接质量UV LED出光率、总热阻和可靠性有很大影响。目前，固晶层的焊接工艺相对成熟，但由于工艺问题，设备与基板之间的焊接层不可避免地会产生气泡，形成空洞。

根据研究，空洞对热阻的影响是：多个随机分布的小空洞（总百分比）V%)，对设备的总热阻（Rjc）的影响关系为Rjc＝0.007V%＋1.4987，多个大空洞对设备总热阻的影响是Rjc=1.427e0.015V% 。

空洞率越小，散热越好，空洞率越大，散热越差。空洞率大，散热能力差UV LED产品利率低，可靠性差，也减少了UV LED芯片的使用寿命。UV LED包装和应用企业遭受了巨大损失。目前，该行业大多采用传统的回流焊工艺，焊接空洞率一般在30%以上，如下图所示。

UVLED回流焊效果

针对上述问题，UV LED行业部分龙头企业改用真空焊接工艺，大幅减少UV LED芯片焊接的空洞率有效提高了可靠性。据了解，北京中科同志科技已开发UV LED专用真空焊接炉，即专用真空焊接炉UV LED芯片和模块焊接的真空回流焊炉可无缝替代进口真空焊炉。采用中科同志科技UV LED真空焊接炉，UV LED芯片焊接的空洞率可控制在3%以下。(下图)

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专用真空回流炉UV LED特别优化了产品。UV LED芯片在使用过程中，其能量全部通过亮度发射。其他焊接工艺会损坏表面，影响发光。中科同志科技真空回流炉永远不会损坏UV LED照明亮度保证了能量的完全释放。

保证原材料的高质量和二次散热设计的合理性

为了提高可靠性，除了用真空焊接炉包装焊接外，还减少了UV LED还应关注以下两点：

1.选择高质量的基板、芯片和锡膏。尤其是在UV LED在产品批量生产过程中，必须保证基板的质量。UV LED集成模块的基板主要有铜基板和氮化铝两种(AlN)陶瓷基板。与氮化铝陶瓷基板相比，铜基板具有以下优点：价格较低；质地坚固，不易开裂甚至开裂；更容易实现形状和尺寸的变化。包装材料的选择不同，设备的性能和可靠性也不同。

2、保证UV LED二次散热设计在模块使用过程中的合理性。可参考以下规则：

a. 以 "UV LED模块总电功率×50%÷1.3小于等于散热功率是散热的理论判断依据。如果是水冷却，散热功率为(出口温度-进口温度)x流速×水或者其他散热介质的比热容的公式来计算。如果是风冷冷却，也按照同样的方式来计算。

b. 实验样品完成后，靠近UV LED散热基板的温度不高于55摄氏度是实验成功判断的基础。（最好测试中间焊盘上的温度，并考虑进入实际设备或实际工作环境，以及周围的温度和极端条件）。