金錫焊料在功率LED器件上的應用

隨著(zhù) LED 技術(shù)的不斷發(fā)展，LED 的光效和亮度也不斷提高，尤其是在固態(tài)照明領(lǐng)域，大功率LED的市場(chǎng)需求持續增長(cháng)。大功率LED器件具有高亮度、高效率、長(cháng)壽命、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也面臨著(zhù)散熱、可靠性等方面的挑戰。為了解決這些問(wèn)題，金錫焊料作為一種高性能的釬焊材料，以其高強度、高熱導率、無(wú)需助焊劑等特點(diǎn)，成為了大功率LED器件的封裝和連接的理想選擇。本文將介紹金錫焊料的物理性能，以及它在大功率LED器件上的應用和優(yōu)勢。

LED芯片封裝形式

目前，LED芯片的封裝形式主要有兩種：正裝（焊線(xiàn)式） LED 和倒裝芯片（FC）LED。相比于焊線(xiàn)式 LED，倒裝芯片 LED 有著(zhù)更好的散熱性、可靠性和焊接效率。倒裝芯片 LED，特別是大功率倒裝芯片 LED，符合了 LED 封裝向高密度、低成本發(fā)展的趨勢。倒裝芯片 LED 的封裝方式是將 LED 芯片的發(fā)光面朝下，直接鍵合到散熱基板上，這樣可以縮短熱傳導路徑，降低熱阻，提高散熱效率。同時(shí)，由于省去了焊線(xiàn)，也減少了電阻和電感，提高了電性能。此外，倒裝芯片 LED 的封裝結構也更加緊湊和穩定，有利于提高 LED 的光學(xué)性能和可靠性。

圖1. 焊線(xiàn)式（正裝） LED（右） 和倒裝芯片（FC）LED封裝（左）結構

大功率LED器件面臨的主要挑戰

由于 LED 芯片的發(fā)光效率仍然較低，大部分輸入的電能轉化為熱能，導致芯片的結溫升高。結溫的升高不僅會(huì )降低 LED 的發(fā)光效率和穩定性，還會(huì )加速 LED 的老化和失效，影響其壽命和可靠性。因此，如何有效地將芯片產(chǎn)生的熱量迅速導出，降低結溫，是大功率 LED 封裝設計的關(guān)鍵。功率LED器件在工作時(shí)主要面臨以下兩個(gè)方面的挑戰：

（1）散熱問(wèn)題。大功率LED器件在工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的熱量，如果不能及時(shí)有效地散發(fā)出去，會(huì )導致器件的溫度升高，從而影響器件的光輸出、光色、穩定性和壽命。因此，大功率LED器件的散熱設計是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，需要考慮器件的結構、材料、封裝、連接等多個(gè)方面。

（2）可靠性問(wèn)題。大功率LED器件在工作時(shí)會(huì )承受較大的電流、電壓、溫度、濕度、機械應力等多種因素的影響，這些因素可能導致器件的老化、損壞、失效等現象，降低器件的可靠性。

為了解決這些挑戰，大功率LED器件的封裝互連技術(shù)發(fā)揮著(zhù)重要的作用。芯片與焊盤(pán)的機械和電氣互連影響著(zhù)器件的散熱、可靠性。因此，選擇合適的封裝和連接材料和方法，是提高大功率LED器件性能的關(guān)鍵。

金錫焊料

金錫焊料是一種二元金屬間化合物，由80%wt的Au和20%wt的Sn共晶生成，熔點(diǎn)為 280 ℃，具有以下優(yōu)勢：

（1）高熔點(diǎn)。金錫焊料的熔點(diǎn)為280℃，比一般的軟釬焊料高，能夠在較高的溫度下保持接頭的強度和穩定性。金錫焊料的熔點(diǎn)也接近于一些常用的電子封裝材料，如陶瓷、鎢銅等，這使得金錫焊料能夠與這些材料良好地匹配，避免了熱應力和熱疲勞的問(wèn)題。

（2）高強度。金錫焊料的強度高于一般的軟焊料，其室溫下的屈服強度可達47.5MPa，即使在250-260℃的高溫下，其強度仍然可以滿(mǎn)足一些高可靠性電子器件的要求。金錫焊料的高強度使得其能夠承受較大的機械應力和熱沖擊，提高了接頭的可靠性和耐久性。

（3）高熱導率。金錫焊料的熱導率為57W/m·k，在軟釬焊料中屬于較高水平，因此金錫焊料能夠有效地將焊接部位的熱量傳導出去，降低了器件的溫升，改善了器件的散熱性能。尤其對于一些大功率LED器件，金錫焊料能夠形成一個(gè)快速的傳熱通道，減少了熱阻，提高了光效和壽命。

（4）無(wú)需助焊劑。金錫焊料由于其高金含量，具有良好的抗氧化性能，其表面的氧化程度較低，因此在焊接過(guò)程中無(wú)需使用化學(xué)助焊劑。

金錫焊料在大功率LED芯片的封裝中主要應用于芯片鍵合技術(shù)和芯片級封裝技術(shù)中，其作用是將芯片與基板或引線(xiàn)連接，形成一個(gè)牢固的接頭，同時(shí)將芯片的熱量傳導出去，提高芯片的散熱性能和可靠性。

圖2. Au80Sn20金錫錫膏

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