【原創】錫膏取代銀膠路有多遠
2015-03-31 21:40:49 閱讀：14092
摘要近年來，固晶錫膏憑藉較好的導熱係數及成本優勢，活躍在LED封裝領域。業內指出，隨著技術的不斷提升，錫膏的出現有望取代現有導電銀膠及導熱膠等封裝材料。
【來源：高工LED旗下《LED好產品》2015年3月刊(總第63期)文|本刊記者 甘勤】隨著大功率LED 向普通照明市場邁進，特別是白光LED市場佔據的份額逐漸趨大。同時，LED 晶片輸入功率也在不斷提高，功率型LED的封裝對技術和工藝提出了更高要求，低熱阻、散熱良好及低應力的封裝結構成為功率型LED 器件封裝的技術關鍵。
在功率型LED的封裝中，常用的固晶材料是銀膠，銀膠中的溶劑粘著晶片、固定晶片，由顆粒或鱗片狀銀粉傳遞熱量，但其溶劑大多採用樹脂材料，是熱的不良導體，因而影響了銀膠的導熱性能。
目前，同樣作為固晶材料的錫膏，憑藉較好的導熱係數及成本優勢，活躍在LED封裝領域。業內指出，隨著用戶需求的不斷提升和技術的不斷進步，錫膏將憑藉著更加優異的性價比優勢，取代現有的導電銀膠和導熱膠等封裝材料。
進軍倒裝技術近幾年來，倒裝技術憑藉高密度、高電流的優良特性，吸引了眾多企業涉足該領域。從市場角度來看，倒裝晶片目前作為高可靠性產品的重要分支，在大功率封裝器件中佔有一定的市場份額。
在封裝環節中，倒裝晶片對晶片和封裝廠家提出了更高要求。首先，由於其晶片有源層朝下，在晶片製備、封裝的過程中，若工藝處理不當，容易造成較大的應力損傷，這就需要從晶片裂片、分選、擴晶、固晶、共晶等各個環節做好優化，才能保證做出更好的產品。
而在封裝的固晶環節中，倒裝工藝受困於晶片和基板的焊接效果不理想，經常出現不熔錫、附著力差、殘留多等問題，而固晶錫膏的出現，或有望解決這些難題。
「固晶錫膏導熱係數高、電阻小、傳熱快，能滿足LED晶片的散熱需求，而且固晶質量穩定，焊接機械強度高，能有效保證固晶的可靠性。」鴻利光電工程技術中心主任翁平表示，固晶錫膏的導熱優勢還可以保證與其接觸的晶片或者產品耐受的電流會更高。
據記者了解，目前在做倒裝工藝的封裝企業，已有部分企業在選用錫膏作為固晶材料。
至於固晶錫膏為何更多用在倒裝工藝，晨日科技技術總監王本智解釋稱，傳統正裝晶片是通過金屬線鍵合與基板連接，晶片電氣面朝上，而倒裝晶片的電氣面朝下，相當於將傳統晶片翻轉過來。「由於電氣面朝下，如果採用銀膠的話，會導致漏電現象，而固晶錫膏材料是絕緣的，固晶完成融化以後不會與焊盤相容，就不會出現短路。」
王本智表示，目前錫膏用在倒裝工藝作為固晶材料的技術已經相對成熟，國內大廠包括國星光電、瑞豐光電、兆馳已經開始選用固晶錫膏進行封裝。
不過，美亞光電工程部主管周小陽則認為，對於倒裝晶片工藝特別是固晶材料的選擇要慎重，「雖然目前市場多家企業都以刷錫膏過回流焊，但我認為，由於行業內各家生產設備不統一以及晶片結構不同，對於封裝企業來講，還沒有真正確認採取怎樣的方式使用倒裝技術，生產良率還需要提升」。
工藝製程對比據了解，固晶錫膏與銀膠固化工藝完全不同，傳統的銀膠是通過烘箱高溫加熱，使內部環氧樹脂完全固化後起到黏合固定的作用；而固晶錫膏是通過升溫熔化後將晶片與熱沉融合一體，晶片的背金層和支架的鍍層金屬在錫膏熔融過程與錫膏金屬發生反應，生產新的金屬間化合物，其採用的是鏈式回流焊機回流固化。
「我們通過實驗得出，兩者從生產周期來進行比較的話，錫膏所用時間更短。」王本智表示，「算上備料、機器預熱時間、固晶時間、固化時間，銀膠的固晶周期為330分鐘，固晶錫膏的固晶周期為217分鐘」。
「另外，我們還做了相關的老化測試，固晶錫膏在老化700小時後封裝的成品燈珠保持零光衰，1000小時光衰1.46%；而銀膠在老化700小時後光衰減約1%，1000小時候光衰為2.98%。」王本智表示。
不過翁平指出，在固晶過程中，印刷錫膏時存在不好控制膠量的問題，「如果錫膏的印刷性不好，嚴重時錫膏只是在模板上滑動，根本印不上錫膏。因此錫膏更適合在平面型的產品上使用，而銀膠相對來講工藝更成熟，正裝倒裝均可以應用。」
據了解，從熱阻方面來看，對於正裝晶片封裝方式，目前業內大多企業使用銀膠來固晶，銀膠的導熱係數一般在2.5-(m·k)。另外，處於晶片與基板之間的藍寶石層的導熱係數也不高，導致LED晶片產生的熱很難通過藍寶石和銀膠向下導出。
另外，從材質方面來看，晶片和基板主要為無機成分，而銀膠為有機成分。有機成分與無機成分在熱膨脹係數方面存在很大差異，冷熱交替時，很容易導致晶片從基板脫落。
成本對比據了解，如果單單對兩種固晶材料做出價格比較，錫膏至少比銀膠便宜一半。根據記者調查得知，銀膠的價格約為45元/g，而固晶錫膏的價格約為20元/g。
王本智根據兩者的使用時間做出對比，「銀膠的使用時間超出8小時要求報廢處理，而固晶錫膏的黏度可根據設備要求進行調整。按每臺固晶機50K每班次產能算，每班次清洗一次膠盤(殘留約1g)，固晶錫膏可收集再次使用」。
不過，由於錫膏本身含有一定比例的助焊劑，在製程過程中會有焊劑殘留物，因此固晶錫膏多了一道需要清洗的環節。
「錫膏在製程過程中的焊劑殘留物，可能會影響產品的可靠性。」格天光電市場總監胡雙能表示，「雖然市場上有免清洗助焊劑，但其實免清洗助焊劑並不是說不要清洗，只是相對來說殘留物較少而已」。
「錫膏殘留的助焊劑是類似於松香性質的東西，它是一種活性物，其耐熱性不是很好，針對高溫共晶技術，錫膏的殘留物會對老化過程帶來一定影響。」翁平表示，而如果用苯基或者甲基的混合銀粉來做出的銀膠，其具備足夠的耐熱性，且不會出現黃變或灰化的情況。
因此，在翁平看來，錫膏的清洗環節增加了人工成本；另一方面，由於錫膏在清洗完之後仍然免不了烘烤環節，其並沒有起到節省時間的效果。
而對於錫膏能否取代銀膠，翁平表示，「隨著倒裝工藝在近幾年來已經逐漸成熟，錫膏在倒裝領域的用量逐漸增多，但從市場接受度來看比例還不是很高，畢竟倒裝的成本目前還沒有降到可以PK正裝。而銀膠畢竟是比較成熟的材料，因此錫膏能否銀膠仍是未知數」。