Клеи для монтажа кристаллов (теплопроводящие клеи для светодиодов)
Обзор
Основными требованиями при монтаже кристалла к основанию корпуса полупроводникового прибора являются высокая надёжность соединения, механическая прочность и высокий уровень передачи тепла от кристалла к подложке. Операцию присоединения проводят с помощью пайки, приплавления с использованием эвтектических сплавов или прицеливания.
При выборе метода присоединения кристалла следует принимать во внимание следующие факторы:
- Тепло-, электропроводность используемого клея или припоя.
- Допустимые технологические температуры монтажа.
- Температуры последующих технологических операций.
- Рабочие температуры микросхемы.
- Наличие металлизации соединяемых поверхностей.
- Возможность использования флюса и специальной атмосферы монтажа.
- Механическая прочность соединения.
- Автоматизация процесса монтажа.
- Ремонтопригодность.
- Стоимость операции монтажа.
Применение клеев для монтажа кристаллов
Клеи для монтажа кристалла могут быть условно разделены на 2 категории: электропроводящие и диэлектрические. Клеи состоят из связующего вещества клеи и наполнителя в виде серебряного или керамического порошка, что позволяет добиться высоких теплопроводных свойств.
Клеи для монтажа кристалла применяются в задачах, где необходимы следующие характеристики и свойства клеевого соединения:
- Максимальная теплопроводность соединительного слоя (до 60 Вт/моК).
- Определённые проводящие или диэлектрические свойства (удельное объёмное сопротивление от 5х10-6Ом-см до 107Ом-см).
- Низкая температура монтажа (от 80оС).
- Отсутствие металлизации поверхностей.
- Монтаж компонентов на металлическое основание.
- Низкое газовыделение соединительного материала.
- Устойчивость к высоким температурам.
- Автоматизация процесса монтажа.
- Возможность ремонта при низких температурах.
- Монтаж кристалла на печатную плату (Chip-On-Board) или на гибкий носитель (Chip-On-Film).
- Монтаж поверхностно-монтируемых компонентов на печатную плату (SMT) и кристалла в одном цикле.
Рекомендации по выбору
Полимерные клеи различают по типу связующего вещества и по типу материала наполнителя.
Связующий материал
Органические полимеры, используемые в качестве адгезива, могут быть разделены на две основные категории: реактопласты и термопласты. Все они являются органическими материалами, но существенно отличаются по химическим и физическим свойствам.
В реактопластах при нагреве полимерные цепи необратимо сшиваются в жёсткую трёхмерную сетчатую структуру. Возникающие при этом связи позволяют получать высокую адгезионную способность материала, но при этом ремонтопригодность ограничена.
В термопластичных полимерах не происходит отверждения. Они сохраняют способность к размягчению и расплавлению при нагреве, создавая прочные эластичные связи. Это свойство позволяет использовать термопласты в задачах, где требуется ремонтопригодность. Адгезионная способность термопластичных пластмасс ниже, чем у реактопластов, но в большинстве случаев вполне достаточна.
Третий тип связующего вещества – смесь термопластов и реактопластов, объединяющая в себе преимущества двух типов материалов. Их полимерная композиция представляет собой взаимопроникающую сеть термопластичных и реактопластичных структур, что позволяет использовать их для создания высокопрочных ремонтопригодных соединений при относительно низких температурах (150°С - 200°С).
Каждая система имеет свои достоинства и недостатки. Одним из ограничений в использовании термопластичных паст является медленное удаление растворителя в процессе оплавления. Раньше для соединения компонентов с использованием термопластичных материалов требовалось провести процесс нанесения пасты (соблюдая плоскостность), сушки для удаления растворителя и только затем установки кристалла на подложку. Такой процесс исключал образование пустот в клеящем материале, но увеличивал стоимость и затруднял использование данной технологии в массовом производстве. Современные термопластичные пасты обладают способностью очень быстрого испарения растворителя. Это свойство позволяет наносить их методом дозирования, используя стандартное оборудование, и устанавливать кристалл на ещё не высушенную пасту. Далее следует этап быстрого низкотемпературного нагрева, во время которого растворитель удаляется, и после оплавления создаются адгезионные связи.
Долгое время имелись сложности с созданием высоко теплопроводных клеев (термоклеев) на основе термопластов и реактопластов. Данные полимеры не позволяли увеличивать содержание теплопроводящего наполнителя в пасте, поскольку для хорошей адгезии требовался высокий уровень связующего вещества (60-75%). Для сравнения: в неорганических материалах доля связующего вещества могла быть уменьшена до 15-20%. Современные полимерные клеи лишены этого недостатка, и содержание теплопроводящего наполнителя достигает 80-90%.
Наполнитель
Основную роль в создании тепло-, электропроводящего адгезива играют тип, форма, размер и количество наполнителя. В качестве наполнителя используется серебро (Ag) как химически стойкий материал с наиболее высоким коэффициентом теплопроводности. Современные пасты содержат в себе серебро в виде порошка (микросферы) и хлопьев (чешуек). Точный состав, количество и размер частиц экспериментально подбираются каждым производителем и в сильной степени определяют теплопроводящие, электропроводящие и клеящие свойства материалов. В задачах, где требуется диэлектрик с теплопроводящими свойствами, в качестве наполнителя используется керамический порошок.
При выборе электропроводящего клея следует принимать во внимание следующие факторы:
- Тепло-, электропроводность используемого клея или припоя
- Допустимые технологические температуры монтажа
- Температуры последующих технологических операций
- Рабочие температуры микросхемы
- Наличие металлизации соединяемых поверхностей
- Механическая прочность соединения
- Автоматизация процесса монтажа
- Ремонтопригодность
- Стоимость операции монтажа
Кроме того, при выборе адгезива для монтажа следует обращать внимание на модуль упругости полимера, площадь и разность КТР соединяемых компонентов, а также толщину клеевого шва. Чем ниже модуль упругости (чем мягче материал), тем большие площади компонентов и большая разница КТР соединяемых компонентов и более тонкий клеевой шов допустимы. Высокое значение модуля упругости вносит ограничение в минимальную толщину клеевого шва и размеры соединяемых компонентов из-за возможности возникновения больших термомеханических напряжений.
Рекомендации по применению
Принимая решение о применении полимерных клеев, необходимо учитывать некоторые технологические особенности этих материалов и соединяемых компонентов, а именно:
Длина кристалла (или компонента)
Определяет величину нагрузки на клеевой шов после охлаждения системы. Во время пайки кристалл и подложка расширяются в соответствии со своими КТР. Для кристаллов большого размера необходимо использовать мягкие (с низким модулем упругости) адгезивы или согласованные по КТР материалы кристалла/подложки. Если различие КТР слишком велико для данного размера кристалла, соединение может быть нарушено что приведет к отслаиванию кристалла от подложки. Для каждого типа пасты производитель, как правило, даёт рекомендации по максимальным размерам кристалла для определённых значений разницы КТР кристалла/подложки.
Ширина кристалла (или соединяемых компонентов)
Определяет расстояние, которое проходит растворитель, содержащийся в адгезиве, до того как покинет клеевой шов. Поэтому размер кристалла должен учитываться и для правильного удаления растворителя.
Металлизация кристалла и подложки (или соединяемых компонентов)
Не обязательна. Обычно полимерные клеи имеют хорошую адгезию ко многим неметаллизированым поверхностям. Поверхности должны быть очищены от органических загрязнений.
Толщина клеевого шва
Для всех адгезива, содержащих тепло- , электро- проводящий наполнитель, существует ограничение по минимальной толщине клеевого шваСлишком тонкий шов не будет иметь достаточно связующего вещества, чтобы покрыть весь наполнитель и сформировать связи с соединяемыми поверхностями. Кроме того, для материалов с высоким модулем упругости толщина шва может ограничиваться различными КТР для соединяемых материалов. Обычно для клеев с низким модулем упругости рекомендуемая минимальная толщина шва составляет 20-50 мкм, для клеев с высоким модулем упругости 50-100 мкм.
Время жизни адгезива до установки компонента
После нанесения адгезива растворитель из пасты начинает постепенно испаряться. Если клей высыхает, то не происходит смачивания и приклеивания соединяемых материалов. Для компонентов малого размера, где отношение площади поверхности к объёму нанесённого клея велико, растворитель испаряется быстро, и время после нанесения до установки компонента необходимо минимизировать. Как правило, время жизни до установки компонента для различных клеев варьируется от десятков минут до нескольких часов;
Время жизни до термического отверждения клея
Отсчитывается от момента установки компонента до помещения всей системы в печь. При длительной задержке может происходить расслоение и растекание клея, что негативным образом сказывается на адгезии и теплопроводности материала. Чем меньше размер компонента и количество нанесённого клея, тем быстрее он может высохнуть. Время жизни до термического отверждения клея может варьироваться от десятков минут до нескольких часов.
Предлагаем недорого купить клеи для монтажа кристаллов в Москве (с доставкой по России и регионам) в нашем интернет-магазине. Позвоните по номеру телефона, указанному на сайте, или воспользуйтесь формой обратной связи, чтобы узнать актуальную цену на этот товар. Наши специалисты ответят и на другие интересующие вопросы.