倒装LED焊点在不同表面处理的失效模式-深圳市福英达
倒装LED焊点在不同表面处理的失效模式-深圳市福英达
LED已经是随处可见且生活中不可或缺的设备，不论是照明和显示屏都离不开使用LED。随着对LED产品的要求提高， LED芯片趋向于高功率，高密度和低成本的发展方向。实现高密度芯片布局离不开倒装技术，这是因为倒装技术无需使用引线，节约了大量空间。影响倒装LED芯片焊接质量不可忽视的因素就是表面处理。本文简单带大家了解表面处理对倒装LED失效模式的影响。
芯片在焊接需要使用到锡膏。在加热时，锡膏会与表面处理发生界面反应。不可忽视的是带有Au层LED芯片上会对锡膏层和表面处理的界面反应造成影响并导致焊点剪切强度变化。为了进一步了解其中原因，Liu等人将带有Au二极管的倒装LED通过SAC305锡膏焊接在ENIG和OSP表面处理上并测试焊点剪切力。
图1. LED封装结构。
焊点微观结构
ENIG表面处理：二极管ENIG层上的Au层和Ni层在加热时会溶解到锡膏层中，并在二极管和焊料的界面处变成金属间化合物(Au，Ni)Sn4 IMC。除此之外，Au和Ni会逐渐扩散到焊料和ENIG层界面处并形成枝状Ni3Sn4 和(Au，Ni)Sn4 IMC。在85℃老化600小时后，Ni3Sn4不会明显生长，这是因为AuSn4的存在抑制了界面IMC扩散。
图2. ENIG表面处理的焊点微观结构。
OSP表面处理：二极管Au层在回流时会扩散到焊点和OSP界面处，因此IMC种类涵盖了(Au，Cu)Sn4，(Cu，Au)6Sn5和Ag3Sn。当焊点在85℃下经历600小时的老化后，一些劣质的Cu3Sn会在(Cu，Au)6Sn5和Cu的界面处生成。
图3. OSP表面处理的焊点微观结构。
剪切力结果
ENIG表面处理上的焊点具备着比OSP表面处理焊点更高的剪切力。从图4可以看到，老化开始前ENIG上焊点的平均剪切力约为3.8N，比老化前的OSP焊点的剪切力高上许多。随着老化进程的推进，两种表面处理上的焊点剪切力都明显下降，这归因于IMC晶粒的粗化和生长。老化过程中不断粗化和生长的IMC使得焊点脆性增强，使焊料层成为阴极焊点中最薄弱的部分。当焊点受到剪切作用作用时，裂纹通常在焊料层中形成并使其发生脆性断裂。
图4. 老化过程中焊点的剪切力变化。
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参考文献
Liu, Y., Sun, F.L., Zhang, H., Xin, T., A. Yuan, C. & Zhang, G.Q. (2015). Interfacial reaction and failure mode analysis of the solder joints for flip-chip LED on ENIG and Cu-OSP surface finishes. Microelectronics Reliability, vol. 55 (8), pp.1234-1240.
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