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Low Voiding Reliable Solder Interconnects for LED Packages on Metal Core PCBs (Chinese)

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Low Voiding Reliable Solder Interconnects for LED Packages on Metal Core PCBs (Chinese)

  1. 1. 低空洞,高可靠的焊接 互连结构用于金属芯 印刷电路板的LED封装 阮金全先生 爱法 - 技术总监
  2. 2. 大纲/目录 • 简介 • 组装 – 组件 – 材料 – 工艺 • 试验结果 • 结论 • 问答 PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  3. 3. 简介 – LED封装 • 用于商业和室外住宅照明的LED封装的光通维持 要求是于运行35,000小时和3年保质期后,50%总 体的光通维持率为70%(能源之星A;IESNA LM-80) • 良好的散热管理是让LED灯提供长期稳定的光输 出(亮度)和色温的关键。 – 低空洞焊点,低热阻 PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  4. 4. 组装结构 • 本研究使用市售的LED封装、金属芯印刷电路板 和焊膏 – Luxeon Rebel LED – 铝芯、铜电路及2种电介质的金属芯印刷电路板基板 – 4种焊膏:无铅、免清洗、完全不含卤素、 4种合金 PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  5. 5. LED 封装 • 陶瓷基板及金属互连结构 的表面贴装封装 • 可焊接至下一级基板:底 部( LED下方铺设了散热 垫,电气连接处铺设了2 个垫子) • LED面为硬硅胶透镜 PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  6. 6. 金属芯印刷电路板(MCPCB) • 铝芯、铜电路和2种电介 铝 铜电路和 种电介 质 – 电介质A:高导热,可将热 传导至金属芯 – 电介质B:低模量,以减少 焊点应变,特别是当封装与 电路板之间大型CTE不匹配 时 PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  7. 7. 焊膏 所有焊膏均是3号无铅粉末,免清洗、完全不含卤素 编号 合金 属性 A SAC305 应用范围广泛 B Maxrel 优越的抗蠕变性, 温度循环 / 振动性能 C SACX PlusTM 银含量低 成本降低 银含量低,成本降低 0807 D SnBiAg 熔点低(<140°C) PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  8. 8. 组装工艺及测试 • 每块电路板安装36个LED;每种焊膏和电介质用 于5块电路板 • 标准SMT设备:印刷、P/P、回流 标准S 设备:印刷、 / 、回流 • 焊膏印刷:5mil 网板,接触印刷速度为 2.54cm/sec;压力为268gf/cm;网板脱模速度为 g 0.051cm/sec • 高保温曲线空气回流 • 通过X射线检查空洞百分比;每块电路板测量 50%焊点 PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  9. 9. 回流曲线测试 焊膏及 类电介质的金属 印刷电路板 SAC305焊膏及B类电介质的金属芯印刷电路板 预检测试的高保温及直线式回流曲线 空洞百分比箱线图-B类电介质金属心印刷电路板;SAC305合金焊膏 Boxplot of % Voids - MCPCB with Type B Dielectric; SAC305 Paste p yp ; 25 20 15 % Voids 10 5.71 5.87 5 0 High Soak 高保温 Str Ramp 直线式 Profile PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  10. 10. 回流焊温度曲线-SAC及Maxrel合金焊膏 回流焊温度曲线 SAC及M l合金焊膏 150 200 C,115秒保温;峰值240 C;67秒 150-200°C,115秒保温;峰值240°C;67秒 TAL PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  11. 11. 回流温度曲线-SnBiAg 回流温度曲线 S BiA 合金焊膏 100 110 C,75秒保温;峰值175 C;60秒 100-110°C,75秒保温;峰值175°C;60秒 TAL PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  12. 12. 测试结果 PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  13. 13. 电介质和焊膏合金的主要效应图 空洞百分比主要效应图: Main Effects Plot for % Voids Data Means 具体平均值 Board Dielectric Paste Alloy 20.0 17.5 15.0 Mean n 12.5 10.0 7.5 5.0 50 A B Maxrel SAC305 SACX0807 SnBiAg PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  14. 14. 空洞百分比与电介质 空洞率百分比箱线图 Boxplot of % Voids 35 30 25 20 % Voids V 15 10.465 10.805 10 5 0 A B Board Dielectric PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  15. 15. 空洞率与焊膏合金及电介质 空洞百分比箱线图 Boxplot of % Voids 35 30 25 20 20 % Voids V 15 10 5 0 Board Dielectric A B A B A B A B Paste Alloy Maxrel SAC305 SACX0807 SnBiAg PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  16. 16. 空洞尺寸 LEDLED组装空洞尺寸 Sizes Assembly Voids 100% B Diel/ SAC305 90% A Diel/ SAC305 A Diel/ SnBiAg 80% B Diel/ SnBiAg A Diel/ Maxrel 70% B Diel/ Maxrel A Diel/ SACX0807 % of Joints 60% B Diel/ SACX0807 50% J 40% 30% 20% 10% 0% ZERO 0-4% 4-8% 8-12% 12-16% 16-20% >20% Void Size as % of Joint Area PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  17. 17. 平均空洞尺寸 LED Assembly Average Void Size LED组装平均空洞尺寸 0.7 Dielectric A Averge Void Size (% joint area) 0.6 Dielectric B a 0.5 0.4 e 0.3 0.2 0.1 0 SAC305 Maxrel M l SACX0807 SnBiAg S BiA Paste Alloy PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  18. 18. 最大空洞尺寸 LED Assembly Max. Void Size 最 LED组装最大空洞尺寸 尺寸 30.0 Dielectric A Max Void Size (% joint area) 25.0 Dielectric B a 20.0 15.0 e 10.0 x. 5.0 0.0 SAC305 Maxrel SACX0807 g SnBiAg Paste Alloy PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  19. 19. 典型X射线空洞图像 焊膏合金 / SAC305 Maxrel SACXTM SnBiAg 电介质类型 0807 电介质A的 金属芯印 刷电路板 空洞百分比 9.3 15.8 10.0 11.6 电介质B的 金属芯印 刷电路板 空洞百分比 7.2 12.6 12.3 12.3 PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  20. 20. 总结/结论 • 在LED表面贴装和2种不同电介质的金属芯印刷电路板基板之间形 成的回流焊点处,对4种不同的金属合金焊膏的空洞百分比进行评 成的回流焊点处 对 种不同的金属合金焊膏的空洞百分比进行评 估 • 整体而言,电介质类型对焊点的空洞百分比影响很小,而焊料合 金对其影响更为重要 • 所有焊膏中,A类电介质的电路板产生了最低平均空洞尺寸和最大 空洞尺寸,SnBiAg焊膏产生的空洞尺寸是最小 • 整体而言 超过90%的焊点的空洞尺寸是小于或等于焊点面积的4 整体而言,超过90%的焊点的空洞尺寸是小于或等于焊点面积的4 %,以及平均空洞面积小于20% • SAC305合金焊膏结合B类电路板电介质产生了最低空洞面积 (<8.5%) (<8 5%) • 本研究的电路板将会进行进一步的测试,包括通过切片分析来进 行电气/光学、芯片剪切、热循环/冲击和焊点特征测试 PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS
  21. 21. 谢 谢! PRIVILEGED AND CONFIDENTIAL MATERIALS

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