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【原创】共晶焊固晶量产化的技术分析与行业引伸效应
文章来源自:高工LED
2012-02-16 15:52:41 阅读:304881
摘要LED产品技术特性本身决定了芯片散热通道热导特性优劣是其规定使用技术条件保障和使用寿命的制约性因素。
【来源:《高工led-技术与应用》1月刊 文/马明驼】一、引言

  LED产品技术特性本身决定了芯片散热通道热导特性优劣是其规定使用技术条件保障和使用寿命的制约性因素。如何保障芯片具有的优良特性的发挥,与封装固晶技术有着极高的工艺关联度。笔者在此仅结合自身研发工作实践,对蓝宝石衬底芯片与SMD支架共晶焊固晶量产化的技术分析及其行业引伸效应加以探讨,以期给读者有益的启示。

  业界共知芯片银胶固晶工艺所形成的热积聚是造成节温上升,光衰,器件可靠性下降以致最终失效的主要因素。其原因有三:

  其一是技术判定的误区所致;业界普遍认为芯片的蓝宝石衬底热导性较差,因此忽视其界面散热的效能,没有最大限度地利用芯片固有的散热通道;事实上芯片的蓝宝石衬底材料纯度很高;热导率为46W/(m.K),与中碳钢相近,其热导性只是在比热容和微观传导方式与中碳钢存在差异。因而构建了现有的芯片主要散热通道是以电极引线导出热量的技术现状;形成散热设计均侧重于外部散热器件而忽视了本源特性,继而造成终端产品综合性能的缺失,极大地抑制了LED上下游产品进入巨大应用市场的能力。

  其二是银胶本身的物质特性从传热学上可定义为保温材料与导热材料分界点附近的物质。(导热系数小于0.8 w/m.k的为保温材料;银胶的导热系数为1-3w/m.k );是无法同时兼顾芯片固定与散热双重要求。

  其三是由于缺乏可产业化共晶焊固晶技术及工艺支持的原因,而放弃了利用固晶界面最大的散热通道的探求。

  二、定性描述与定量分析

  根据傅立叶导热基本定律:通过物体内微元面积dA 在单位时间内传递的热流量dΦ与该处的温度梯度以及垂直于热流方向的微元面积dA成正比。

  dΦ=-λdA gradt; (2-1)

  式中:dΦ--单位时间内传递的微元热量,W;λ-热导率,W/(m.K);dA--垂直于热流方向的面积;gradt--温度梯度,K/m2;

  式中负号表示热流方向与温度梯度方向相反;现以正负极均为线径d1=50um键合金线为例,  式中负号表示热流方向与温度梯度方向相反;现以正负极均为线径d1=50um键合金线为例,

  λ1=315W/(m.K);垂直于热流方向的面积dA1=2d1x d1x3.14/4;单位时间内传递的微元热量dΦ1=-λ1dA1 gradt ;蓝宝石衬底芯片为1m;蓝宝石衬底λ2=46W/(m.K);垂直于热流方向的面积dA2=1m2;单位时间内传递的微元热量dΦ2=-λ2dA2 gradt ;gradt假设为同一边界条件;实际上gradt2远大于gradt1 ;即有dΦ2/dΦ1=-λ2dA2gradt/-λ1dA1 gradt ;=5.08 ; (2-2)

  由此可见:固晶界面单位时间内可传递的微元热量dΦ2远大于电极引线单位时间内可传递的微元热量dΦ1; 再以银胶固晶与共晶焊固晶的导热效能分析,按照傅立叶导热基本定律,显然比较两者的λ值即可判定;
…………

更多内容请查阅《高工LED-技术与应用》1月刊
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