解析Mini LED焊接过程中的芯片位移、空洞率高和虚焊问题及应对方案 新迪邀您参观NEPCON China 2023

Mini LED技术是一种LED背光技术。能够显著提高LCD面板的性能，具有高分辨率、高亮度、高对比度、广色域等特点，同时具有更轻薄、更节能的优势。目前市场上已有采用Mini LED技术的大尺寸电视、高端显示器、笔记本电脑和平板等产品。

然而，在实际应用中，Mini LED技术仍然存在诸多挑战。Mini LED芯片的焊盘非常小（约100um），使用的锡膏量也较少，同时芯片的尺寸更小。此外，Mini LED通常采用集成封装（COB）方式，这对于稳定性、一致性等作业要求较高，因此实现稳定可靠的芯片与基板的焊接是Mini LED应用过程中最重要的环节之一。每块Mini LED线路板上通常会有数万个芯片，多达十万个焊点，以连接RGB三色LED。如此巨量的焊点，LED焊接质量的要求特异性，及焊盘尺寸较小，对于回流焊的热风/冷却风量控制、温度均匀性、传输稳定性、炉内氧含量等都有较高的要求。因此，焊接Mini LED的过程需要高度的技术水平和经验，才能确保产品质量和性能的稳定和一致。

今年7月NEPCON China 新迪将为您带来Mini LED制程相关解决方案，7月19-21日，上海世博展览馆1号馆，1D20展位等您前来。

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目前在焊接过程中常常会出现一些问题，其中包括以下几个方面：

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芯片位移、倾斜

主要有以下几个原因：

• 芯片两个焊点温度不均：芯片两个焊点的温度不均匀，这会导致焊点的热胀冷缩程度不一致，从而引起芯片的位移或倾斜。

• 震动：在焊接过程中，可能会因为生产设备的振动等因素导致芯片位移或倾斜。

• 回流风速：焊接时回流炉内的风速对焊接品质的影响很大。如果回流风速不均，也可能导致芯片的位移或倾斜。

解决方案：

• 发热丝的选用：采用三相发热丝，相比单相发热丝它的热容大，能够提供足够且均匀的热量，从而使得芯片焊点受热能够更加均匀。

• 高静压，低风速，特殊整流板结构：使用高静压和低风速的整流板，能够使得回流风速均匀。使用特殊整流板结构，能够使得风速分布更加均匀，进一步提高焊接品质。

• 双排滚动链条：在回流炉中使用双排滚动链条，能够使得PCB板在回流炉内移动更加平稳，减小芯片位移或选择倾斜的风险。

• 特殊的冷却系统：使用特殊的冷却系统，能够使得焊点降温更均匀稳定，减小焊点的热胀冷缩差异程度，从而减小芯片位移或选择倾斜的风险。

• 均温性优势：使用具有良好均温性能的设备，能够使得焊点温度更加均匀，从而减小芯片位移或选择倾斜的风险。

• 整流板中波反射涂层：在整流板表面涂上波反射涂层，能够提升炉腔内热均衡，器件受热温度一致，减小芯片位移或倾斜的风险。

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空洞率高

空洞率高的主要原因是熔锡的表面氧化，张力大，导致锡点内的气体不能逃逸。由于焊接过程中的高温和长时间的焊接，熔化的锡点表面容易氧化，生成一层氧化膜，从而增加了熔点的表面张力。由于气体在熔点中的比重比液态金属轻，气体不能自然逃逸出熔点表面，就会导致空洞的形成。

解决方案：

• 整个炉腔内保持低氧环境：在焊接过程中避免焊点接触氧分子，导致焊点氧化。

• 风速控制：在焊接时要注意风速控制，可通过精准风速控制，使炉腔内的氮气浓度保持一致，降低焊接过程中熔点表面的氧化速度，减少气泡的产生。

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虚焊

虚焊主要有以下原因：

• 芯片两个焊点温度不均：由于热传导不均，导致芯片两个焊点温度不一致，焊盘熔锡效果差异，从而引起焊点不牢固，易造成虚焊现象。

• 震动：在传送带上运输过程中，可能会因为震动、碰撞等原因导致零件焊点不牢固。

• 回流风速：回流焊炉中风速不均匀，容易使得焊点形成空洞或虚焊。

• 器件焊点氧化：器件焊点容易被氧化，从而降低了焊点的粘附力，易引起虚焊。

解决方案：

• 发热丝：采用三相发热丝，相比单相发热丝它的热容大，能够提供足够且均匀的热量，从而使得芯片焊点受热能够更加均匀。

• 使用高静压、低风速的拉法尔结构整流板：可保证热风的均匀性，避免因风量不均匀引起的虚焊问题。

• 采用双排滚动链条：可减少震动、从而降低虚焊率。

• 特殊的冷却系统：使用特殊的冷却系统，能够使得焊点降温更稳定，减小焊点的热胀冷缩程度，从而减小芯片位移或选择倾斜的风险。

• 均温性优势：采用具有均温性优势的热板，可确保焊点加热均匀，从而避免虚焊问题。

• 氮气优势：在回流焊炉中使用氮气作为保护气体，可减少与氧气接触，从而避免因器件焊点氧化引起的虚焊问题。

• 整流板中波反射涂层：整流板中的波反射涂层也是解决芯片位移、选择倾斜的问题的一种方法。波反射涂层能够反射炉腔内的热，从而使得焊点的温度更加均匀，减少焊点在回流过程中的温度差异。

为了解决Mini LED行业的焊接问题，新迪sonic经过多年的研究与探索，结合其丰富的焊接技术经验和行业应用心得，推出了可满足Mini LED焊接要求的氮气回流焊炉设备。

该氮气回流焊炉设备具有以下特点和解决方案：

专利式三相加热器

• 三相式加热器工作时三相电流平衡，不会因为三相电流差异过大对供电设备造成不良影响。

• 表面积大，热交换效率极高。

• 电气干扰小。

• 加热丝距离大，不会造成热能堆积，发热丝寿命延长。

专利空气循环系统

• 每个温区独立风道独立循环，保持温区温度、风速的独立性，不受其他温区影响。

• 高度隔离性，多重的热阻断设计，再加上隔热填充物，热辐射散失率减少99%，有效降低热传导、热辐射的温度散失，达到低能耗的目的。

• 中波红外反射材料的使用，热能的多重利用，促使腔体内无低温死角，腔体内温度⊿T＝±1℃。

分段独立控温

• 各段单独变频器控制,精确控制各段温区热风风量大小。

• 确保温度均匀性,横向温差控制在1℃以内。

• 更好的解决了焊接空洞或虚焊问题。

专利式轨道与滚轴式链条设计

• 采用特殊的导轨硬化处理工艺，使导轨硬度大于HV400，具有极高的耐磨损和抗弯曲性能。

• 与滚轴式链条配合，有效减少链条和导轨之间的摩擦和抖动，减少由轨道和链条震动引起的零件位移和旋转，能更好地应对微小零件的焊接。

全程充氮气

• 各温区氮气独立调节，确保炉内氮气均匀可靠，使得炉腔内保持在低氧状态。

配置高精度氧分仪

• 炉膛内多点氧浓度检测，实时监测炉内各工艺段的氧含量，氧含量可达到100PPM以下，有效减少虚焊问题。

冷却区独立变频器控制

• 精确控制降温斜率，确保焊接更稳定。

独立助焊剂回收过滤装置

• 回收更彻底，保持炉内干净。

• 节省保养时间，降低使用成本。

• 同时满足千级、万级洁净度生产环境的要求。

以上特点和解决方案可以让氮气回流焊炉在Mini LED焊接中发挥更好的效果。

案例: 样品焊点总共32400点

根据AOI的数据，可以明显看出使用新迪Sonic氮气回流焊炉的产品品质有明显提升：

• 单纯从电测来看，使用氮气回流焊炉验证先固晶后贴片无明显良率提升，但从不良PPM来比较（未导入前8天PPM45.3）使用后氮气流焊炉后（8天PPM53.9）明显高于导入前。

• 从AOI数据与往日测试数据来看，切换先固晶后SMT使用氮气回流焊炉，测试直通率明显提升，而偏位也有显著改善降低。

• 从每日分析对比汇总，使用氮气回流焊炉切换先固晶后贴片工艺，连锡较之前有所减少。

焊接效果图

在Sonic氮气回流焊炉生产的产品，元件偏移、倾斜、连锡这几项良率有显著的改善，同时提升了AOI的直通率及良率。炉后外观融锡扩散匀称透亮，芯片贴合较好。测试光效流畅，麻团效应改善良好。

关于新迪Sonic

新迪精密科技2003年10月于深圳市高新科技产业园成立，公司专注于高端电子制造业上、中、下游的热工学与激光应用装备系统开发、销售、服务。经过多年的励精图治，公司研发制造出涵盖军工、汽车、医疗、消费、通讯、工业等各行各业的电子装备，凭借创新的产品、可靠的质量、优质的服务，取得傲人的成绩并深得客户的认可。Sonic秉持“技术领先、质量第一、客户优先”的经营理念，不断地强化自有研发能力外，更不时的引进最新的SMT技术及工艺，专为客户设计提供高效、稳定、节能、环保的高精密SMT设备。公司所推出的一系列无铅热风回焊炉以高效率、高稳定性、低能耗、低维护成本著称，在业界已获得相当高的好评。

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