鍍金廢料回收-LED金線鍵合工藝

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    1、引言
    發光二極管LED芯片引線是采用金球熱超聲鍵合工藝,即利用熱能、壓力、超聲將芯片電極和支架上的鍵合區利用AU線對應鍵合起來,完成產品內、外引線的連接工作。
    2、技術要求
    2.1鍵合位置及焊點形狀要求
    (1)、鍵合第一焊點金球不能有1/4以上在芯片電極之外,不能觸及P型層與N型層分界線,如圖1所示為GaAs單電極芯片焊線金球合格與不合格對比圖片。
    圖1第一鍵合點位置規范
    (2)、第二焊點不得超出支架鍵合小區范圍,如圖2所示。
    圖2第二鍵合點位置規范
    (3)、第一焊點球徑A約是絲徑Ф的3.5倍左右,球形變均勻良好,絲與球同心;第二焊點形狀如楔形,其寬度D約是絲徑Ф的4倍左右,球型厚度H為Ф的0.6-0.8倍。金球根部不能有明顯的損傷或變細的現象,第二焊點楔形處不能有明顯裂紋。
    圖3第一焊點形狀
    (4)、鍵合后其他表觀要求:無多余焊絲、無掉片、無損壞芯片、無壓傷電極.芯片表面不能有因鍵合而造成的金屬熔渣、斷絲和其他不能排除的污染物。拱絲無短路,無塌絲,無勾絲。
    圖4第二焊點形狀
    2.2拉力測試
    拉力測試被廣泛用在熱超聲焊線中,它是一種破壞性的測試,能夠測試出最薄弱的斷點,測試點和拱絲的特點直接影響測量數值大小。LED行業鍵合金線拉力及斷點位置要求一般為:拉線時第一點金球不能與電極之間脫開,第二點楔形不能與支架鍵合區脫開,即此時不論拉力F為何值都判定不合格;如從其它點斷開,金絲直徑Ф25um拉力值F>5g為合格,金絲直徑Ф32um拉力值F>7g為合格。
    3、鍵合工藝條件
    3.1鍵合溫度
    鍵合溫度能夠幫助移除表面污染物,如潮汽,油,水蒸汽等;增加分子的活躍程度有利于合金的形成。但是過高的溫度不僅會產生過多的氧化物影響鍵合質量,并且由于熱應力應變的影響,圖像監測精度和器件的可靠性也隨之下降。在實際工藝中,溫控系統都會添加預熱區、冷卻區,提高控制的穩定性。目前LED芯片鍵合機臺(以Eagle60型號為例)鍵合溫度一般設置在180-250℃。
    3.2鍵合機臺壓力/功率
    超聲功率使焊線和焊接面松軟,產生熱能,形成分子相互嵌合合金,改變球形尺寸。超聲功率對鍵合質量和外觀影響最大,因為它對鍵合球的變形起主導作用。過小的功率會導致過窄、未成形的鍵合或尾絲翹起;過大的功率導致根部斷裂、鍵合塌陷或焊盤破裂。
    超聲功率和鍵合壓力是相互關聯的參數,增大超聲功率通常需要增大鍵合力使超聲能量通過鍵合工具更多的傳遞到鍵合點處。因此在生產過程中設置鍵合機臺壓力和功率參數時,需要將兩者密切綜合考良,根據機臺型號以及生產工藝中遇到的實際情況進行靈活設置,努力尋找到最佳的搭配組合。
    3.3鍵合時間
    鍵合時間是指控制超聲能量作用的時間,通常LED芯片鍵合機臺(以Eagle60型號為例)時間設置在8-20ms。一般來說,太短的焊線時間無法形成良好的合金,焊線時間過長是導致拉力不良或芯片電極損傷的原因。鍵合時間越長,引線球吸收的能量越多,鍵合點的直徑就越大,界面強度增加而頸部強度降低,會使鍵合點超出焊盤邊界并且導致空洞生成概率增大。因此設置合適的鍵合時間也顯得尤為重要。
    4鍵合工具與原材料
    4.1劈刀
    鍵合劈刀的選擇和使用磨損狀況對于焊點的質量有著重要影響,劈刀壽命一般為200萬點。隨著劈刀的使用焊點數的增加,劈刀磨損也越來越嚴重,圖7為新劈刀從開始使用到3500K焊點的外觀磨損變化對比圖片。而隨著劈刀的磨損,其焊點的質量也逐漸變差,圖8為第一、二焊點外觀狀況隨劈刀焊接點數增加的變化對比圖片。
    圖5劈刀使用焊點數與外觀
    圖6劈刀使用焊點數與焊點外觀圖
    4.2金絲
    金絲作為一個重要的原材料必須具備有幾個重要的特性:良好的機械性能和導電性能,合適的破斷力,選擇正確的尺寸,表面清潔無污染無損傷。目前LED封裝行業金線直徑大多選擇1mil或1.25mil,純度為99.99%,延伸率一般為2%-8%,斷裂負荷一般要求:1mil金絲大于10g,1.25mil金絲大于16g。
    太軟的金絲會導致以下不良:
    (1)拱絲下垂;
    (2)球形不穩定;
    (3)球頸部容易收縮;
    (4)金線易斷裂。
    太硬的金絲會導致以下不良:
    (1)將芯片電極或外延打出坑洞;
    (2)金球頸部斷裂;
    (3)形成合金困難;
    (4)拱絲弧線控制困難。
    4.3引線支架質量對焊點的影響
    (1)一般影響第二焊點;
    (2)表面不平整容易導致焊接過程中能量損失,焊點不對稱;
    (3)電鍍質量不良導致黏結性變差,直接體現在焊接后拉力不良等;
    (4)表面不良(潔凈度、氧化),當焊線的幾個參數無法破壞表面污染層將影響焊線質量。
    4.4芯片電極對焊點的影響
    (1)芯片電極本身蒸鍍不牢靠,導致焊線后電極脫落或損傷。
    (2)芯片電極本身可焊性差,會導致焊球虛焊。
    (3)芯片電極表面臟污,如裝架的膠,其他物體接觸芯片表面;芯片存儲不當導致電極表面氧化等等。由于金屬熔球與焊盤的尺寸都很小,因此對鍵合表面的清潔狀況非常敏感,鍵合表面的輕微污染都可能導致兩者間的金屬原子擴散不能進行,造成失效或虛焊。
    5、結束語
    鍵合工藝是LED封裝業最重要最關鍵的工藝技術,影響到封裝成品的電性能以及可靠性。本文介紹了鍵合焊線和焊球的質量管控標準,對影響鍵合質量的鍵合時間、壓力、功率等參數做了介紹,另外還闡述了劈刀、金線等工具和原材料對鍵合質量的影響。

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