열적으로 까다로운 응용 분야의 보이드 제어를 위한 프로세스, 설계 및 재료 요소

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솔더 보이딩은 모든 반도체 패키징 및 전자 보드 어셈블리에서 흔히 나타나는 현상입니다. 보이드는 표면 실장 기술을 사용하여 생성된 어셈블리의 골치 아픈 결함입니다. 공극은 전기 신호를 방해할 수 있고, 열 방출이 필요할 때 절연체가 될 수 있으며, 패드 표면 근처에서 발생할 때 균열 전파 및 조립 초기 불량의 원인이 될 수도 있습니다. 허용 가능한 보이드 수준은 최종 애플리케이션과 사용되는 환경에 따라 다릅니다. 자동차 및 실외 LED 조명과 같이 열적으로 까다로운 열악한 환경 애플리케이션의 경우 성능을 최적화하고 수명을 연장하려면 보이드 제어가 필요합니다. 이러한 구성 요소. 이러한 열 및 전기 패드의 보이드가 낮을수록 PCB 및 후속 레이어에 대한 연결이 더 좋아집니다.

보이드 빈도와 크기에 영향을 미치는 요인은 다양합니다. 본 연구는 산업 및 최종 시장 수용 기준을 충족하기 위해 보이드를 제어하거나 잠재적으로 줄이는 여러 공정, 설계 및 재료 선택 고려 사항에 중점을 둡니다. 보다 구체적으로 패키지 설계, 리플로우 프로파일 및 솔더 페이스트 화학이 애플리케이션 연구 형식으로 논의됩니다. 이러한 사례 연구에는 알루미늄 금속 코어 PCB의 상용 중간 전력 PLCC 및 고전력 세라믹 LED 패키지와 FR4 PBC의 BGA, D-Pak 및 MLF가 사용되었습니다.

그림 1:솔더 층 내에 공극이 갇히게 됩니다.

LED 기반 광원이 전 세계적으로 수용됨에 따라 에너지 효율적인 기술이 고출력 조명 부문을 포함한 수많은 시장 및 최종 응용 분야에 진출할 수 있게 되었습니다. 예로는 자동차 외부 헤드램프, 도로/거리 조명, 산업용 하이베이 조명, 건축 및 엔터테인먼트 조명 등이 있습니다. 따라서 효율성 유지, 정부 규제, 안전, 전체 시스템/교체 비용 절감에 대한 고객 기대치가 채택률을 충족하는 데 중요합니다.

이러한 높은 신뢰성과 수명 요구 사항을 충족하려면 위의 요구 사항을 해결하기 위해 탁월한 어셈블리 상호 연결 신뢰성을 확보하는 것이 중요합니다.

LED 레벨 1(칩/다이 부착) 및 레벨 2(패키지 온 보드 부착)에서 상호 연결의 역할은 기본적으로 다음과 같습니다.

그림 2:고전력 LED 열 경로.

솔더 플럭스에서 갇힌 가스 포켓인 보이드는 전기 신호에 문제를 일으킬 수 있고, 열 방출이 필요할 때 열 저항기 역할을 할 수 있으며, 균열 전파 및 어셈블리 조기 고장의 원인이 될 수도 있습니다. 그림 1은 벌크 솔더 층의 넓은 면적의 보이드를 보여줍니다. 보이드 발생 현상은 복잡한 시스템입니다. 다양한 수준의 보이드 발생을 유발하는 요인은 많습니다. 예를 들면 다음과 같습니다: 화학, 리플로우 프로필, 재료의 양, 납땜 가능한 패드 마감 및 부품 패드 설계(열 및 전기).

레벨 1 LED 칩 부착 어셈블리의 경우 기존 납땜을 사용하면 처리 용이성과 비용 측면에서 이점을 얻을 수 있습니다. 그러나 고출력 및 초고전력 LED에서는 열 관리의 중요성이 매우 중요합니다. LED의 접합 온도는 구동 전류가 증가함에 따라 증가합니다. LED의 높은 구동 전류에서 효율 저하로 인해 전기 입력 전력의 50% 이상이 열로 소산되므로 접합 온도의 상승으로 인해 비방사 재결합 가능성이 높아져 효율 및 정격 수명 저하를 초래하여 광 출력이 감소합니다. . 따라서 고출력 LED 패키지의 광변환 효율과 광출력을 유지하기 위해서는 접합부에서 소산된 열을 제거해야 한다. 고전력 LED 패키지의 열 흐름 경로에 있는 다양한 구성 요소가 그림 2에 나와 있습니다.

1 번 테이블:차량 세부정보를 테스트합니다.

또한 레벨 1의 경우 보드에 솔더 기반 다이 부착이 있는 LED 패키지를 레벨 2 어셈블리로 처리하기 위한 요구 사항에는 다중 솔더링 리플로우 기능이 필요합니다. 동일한 솔더 벌크 레이어를 여러 번 리플로우하면 레벨 1 레이어에서 스택의 전체 신뢰성에 영향을 미치는 보이드 수준이 높아질 수 있습니다.