阳明交通大学与源兴研究团队顺利突破UVC LED封装技术
2021-08-27 02:04 [编辑: MiaHuang]

近期新冠病毒疫情的趋势已逐渐走向流感化,随着疫苗施打普及化之后,新冠病毒的严重症状将逐渐消失,并转变为季节性流感。因此,健康观念将逐渐印入日常生活中,可想而知利用紫外光杀菌的紫外线(Ultraviolet, UVC)发光二极管发展指日可待。尤其是目前被多方证实UVC发光二极管可以消灭新冠病毒,其产品将成为未来市场的主流。

高功率UVC是UVC中附加价值最高的产品,市售最低单价为40美元,比一般蓝光LED的价钱要高出至少十倍,而高功率UVC无法跟一般的LED一样以银浆固晶封装,由于银浆本身不耐高温,在提高功率的同时,其发热现象也会随之上升,进而影响到LED的可靠度,所以要获得高质量高功率的LED下,新的固晶工艺随之发展衍生。

其中一种工艺就是利用共晶焊接技术,先将芯片焊接于一散热基板(submount)上,再把整个芯片连散热基板再焊接于封装元件上,这样就可以增强元件散热能力,避免在提高功率时降低了元件的使用寿命,且共晶(AuSn)本身作为金属合金,跟传统硅胶或银浆相比之下,金属本身的导电特性也优于前者。

共晶结构的封装目前主流有IH加热与传统回焊炉2种方式,而IH加热是骏曦(源兴)公司研发团队及阳明交通大学(林建中教授及郭浩中教授)提出的封装方式,以下是IH加热与传统回焊炉的技术优劣分析:

1、IH加热是非接触式加热,可在真空中(60KPa)加热。UVC发光二极管在真空封装焊接时可以保证铝材质的散热基板不会被氧化并保持高散热质量。真空焊接后焊件不须清洁且真空中还可以进行金度和陶瓷的密封焊接,且焊接和抽真空同时进行,一次性完成封排,可以缩短制程步骤。以及在使用红墨水来检测真空焊接是否会测漏。

真空焊接后使用红墨水进行测漏测试

2、IH真空加热与回焊炉制程相比,可减少的氮气成本且能避免在焊接处形成空洞(void),影响导电率。在下图中观察到红圈中为类似气泡的区域为熔解的锡块,确认真空焊接此技术能使用于UVC发光二极管封装制程中。

真空焊接后使用暗场观察熔锡

下图为真空焊接后剥除残锡影像。观察其UVC发光二极管在真空焊接后剥除其残锡残留的情况。

真空焊接后剥除残锡影像

3、IH加热可连续操作,提高产能。IH真空焊接机拥有单边扫描加热功能(单次扫描范围:3mm * 105mm,可扫描192次)及提供加热曲线设定及实时监控功能等便利功能。

加热曲线设定

4. UVC高功率元件通常使用珊瑚礁培育,所以会在元件外封装玻璃罩,提高元件的可靠度。目前业界使用的封装材料是硅胶,但在T.Imakoma团队(1994)与Quanlin Zhao团队(2009)的研究成果中,硅胶在高功率的UV光下会急速的老化,而造成玻璃外罩掉落,因为使用IH加热方式可以集中于局部加热,所以可以使用共晶结构来取代原本的硅胶材料,至少可以提高2倍的使用寿命。

IH加热的优势是可在真空环境内局部加热且可连续性操作,不仅减少气体成本,也可增加元件导电特性和避免铝材质散热基板氧化影响散热效率,是最适合高功率UVC的封装技术。

此外为降低共晶封装成本完全舍弃 Au-Sn片的依赖。研发团队提出的精密点金锡膏模块采用视觉反馈控制出胶量(最小径≧80 um,最小厚度≧30um),使用骏曦精密金锡膏涂布机可精确控制共晶焊接时的金锡厚度 10-15um可用于 MiniLED applications。

使用精密金锡膏涂布机可精确控制共晶焊接时的金锡厚度 10-15um

来源:阳明交通大学

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