LED应用指南—焊接作业篇

1、LED 焊接的原理
1.1、大功率LED 焊接主要包括引脚焊接和铜基座底部的焊接,引脚焊接解决的是LED 导电通道的问题,铜基座底部焊接解决的是LED散热通道的问题。
1.2、LED是电能转换成光能和热能的电子元器件,所以必须施加正常的电流和电压才能工作,而芯片的正负极是通过金线连接到支架引脚,所以必须将引脚正确焊接到铝基板上。
1.3、大功率LED在点亮后,会产生大量的热,若热量没能及时传导到外界,LED内部PN 结温度就会不断升高,光输出减少,导致LED 光衰过快,最后死灯。而芯片产生的热量,90%左右都是通过铜基座进行传导的,所以一定要做好LED铜基座的焊接。
2、LED 焊接的方式及注意事项
2.1、大功率LED 焊接主要有手工烙铁焊接和回流焊接两种(附图1-2),手工烙铁焊接适用于所有类型的LED,而回流焊接只适用于倒模封装的LED,透镜封装的LED 不可过回流焊,因为PC透镜的耐温极限只有120℃左右。
图1 电烙铁图2 回流焊机
2.2、手工烙铁焊接
2.2.1、手工烙铁焊接是通过烙铁高温熔锡,将引脚同铝基板焊盘焊接到一起,同时在LED铜基座底部和铝基板之间涂覆导热硅脂的焊接方式。
2.2.2、手工烙铁焊接不论是有铅锡线还是无铅锡线,建议焊接温度都不要超过350℃,焊接时间控制在3-5 S,否则烙铁的高温会对芯片的PN结造成损伤。
2.2.3、烙铁焊接过程中,一定要规范操作,以避免烙铁头将模顶胶体或支架烫伤,影响LED的正常使用,为了避免带电焊接LED,电烙铁一定要接地。
2.2.4、为了取得良好的导热效果,建议客户使用导热率不低于2W/m·K的导热硅脂,而且涂覆时要薄而且均匀,导热硅脂不能少,但也不能过多。
2.2.5、焊接完成后,需安排人员对焊接情况进行全检,将虚焊、翘焊、偏焊等焊接不良的LED 及时挑出并返修。
2.3、回流焊接
2.3.1、回流焊接是通过回流焊机施加高温让锡膏熔化,将LED铜基座和铝基板焊接在一起,实现良好的导热效果的一种焊接方式。
2.3.2、建议客户使用温度稳定且控制准确的回流焊机,对于大功率LED,用8 温区和5温区的回流焊机均可,5温区温度变化相对较快。
2.3.3、建议客户使用熔点低于180℃的低温无铅锡膏,回流最高温度不要超过210℃,因为温度过高,对芯片PN结有破坏作用,而且可导致LED封装硅胶出现异常。
2.3.4、在回流作业之前,先要根据回流焊机的特点和锡膏的熔点进行回流温度曲线设定,一般回流焊过程分为升温区、保温区、回流区、冷却区四个部分(附图3)。
图 3 回流焊过程图
2.3.4.1、升温区。其目的是将铝基板的温度从室温提升到锡膏内助焊剂发挥作用所需的活性温度。但升温速率要控制在适当范围以内,如果过快,会产生热冲击,LED可能受损;过慢,则溶剂挥发不充分,影响焊接质量。为防止热冲击对LED 的损伤,建议升温速度为1-3℃/s。
2.3.4.2、保温区。一般为60S 左右,其目的是将铝基板维持在某个特定温度范围并持续一段时间,使铝基板上各个区域的元器件温度相同,减少他们的相对温差,并使锡膏内部的助焊剂充分的发挥作用,去除元器件电极和焊盘表面的氧化物,从而提高焊接质量。如果活性温度设定过高会使助焊剂过早的失去除污的功能,温度太低助焊剂则发挥不了除污的作用。活性时间设定的过长会使锡膏内助焊剂的过度挥发,致使在焊接时缺少助焊剂的参与使焊点易氧化,润湿能力差,时间太短则参与焊接的助焊剂过多,可能会出现锡球,锡珠等焊接不良。
2.3.4.3、回流区。一般为30S 左右, 其目的是使铝基板的温度提升到锡膏的熔点温度以上并维持一定的焊接时间,使其形成合金,完成元器件与焊盘的焊接。在这一区域里温度设置最高,一般超过锡膏熔点20-40℃。如果温度过低将无法形成合金而实现不了焊接,若过高会对LED带来损害,同时也会加剧铝基板的变形。如果时间不足会使合金层较薄,焊点的强度不够,时间较长则合金层较厚使焊点较脆。
2.3.4.4、冷却区。其目的是使铝基板降温,以得到明亮的焊点并有好的外形和低的接触角度,通常设定为每秒3-4℃。如速率过高会使焊点出现龟裂现象,过慢则会加剧焊点氧化。理想的冷却曲线应该是和回流区曲线成镜像关系,越是靠近这种镜像关系,焊点达到固态的结构越紧密,得到焊接点的质量越高,结合完整性越好。
2.4、倒模LED胶体没有PC透镜固定保护,而固化后的硅胶胶体本身较软,一旦受到外力作用,胶体就容易产生移动或损伤,容易将LED 的金线拉断,造成开路死灯,所以倒模LED应用的原则是一定要避免有外力作用在硅胶胶体上,具体如下:
2.4.1、若为自动贴片,一定要避免吸嘴撞击硅胶胶体;
2.4.2、若为手动贴片,将LED 从包装盒取出时,不能让手或其他物体碰到胶体,可用防静电镊子夹住引脚取出;另外,建议依据胶体尺寸设计截面中空夹具,以实现在下压倒模LED时,只是压住支架的外圈胶体,而不会压到倒模胶体;
2.4.3、在存放和周转的过程中,一定要避免包装盒受到挤压,比如,要轻拿轻放,不能让重物放在LED的包装盒上;
2.5、为了取得理想的焊接效果,建议客户使用钢网刷锡,而且将锡膏厚度设定在0.15-0.2mm。
3、LED 焊接的其他注意事项
3.1、焊接完成后,若铝基板或焊点表面的助焊剂过多,在清除处理时,建议如下:
3.1.1、用无尘防静电碎布蘸湿无水乙醇,对铝基板上的脏污小心擦洗;
3.1.2、不可用丙酮、天那水等强腐蚀性溶剂进行清洗;
3.1.3、当LED 的倒模胶体粘有异物时,可用无尘防静电碎布蘸湿无水乙醇后,用手小心擦洗;作业人员需戴橡胶手套,避免无水乙醇对皮肤的影响。
3.2、最后,由于每个公司所采用的设备及锡膏特性不同,所以在使用的过程中温度和时间的设定会不同。特建议客户在使用我司产品的时候,先了解锡膏的熔点以及LED 在焊接时的耐温条件后再适当调整回流焊机的参数,本应用指南仅供客户参考使用。

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