【经验】TT Electronics 硅氧烷基材料代替环氧树脂有助于SMCC组件的散热和大功率LED

2018-08-12 TT Electronics

TT Electronics 是一家专注于向国防和航空航天、医疗、运输、能源和工业电子市场的领先制造商提供产品和服务的全球化电子集团,产品广泛应用于通讯、汽车、工业、军事等领域。旗下品牌OPTEK的红外发光二极管具有出色的耐水和其他溶剂性能,同时提供最宽的工作温度和抗热冲击性,可应用于不同场景。


近年来,LED技术取得了重大进展。 最重要的是输出功率的增加。 技术创新使得LED现在可以接受更高的驱动电流,从而产生更高的输出功率。 能够消散由这种功率转换产生的热量已经成为一种挑战。 在LED管芯直接安装到金属基板(例如TO接头)的应用中,已经证明散热能够成功应对这一挑战。 然而,随着设计人员转向越来越小的封装,庞大的基板和接头不是实用的解决方案。 新设计越来越多地使用混合微电子技术。


第一批复合器件采用传统的PC板材料和坚硬的光学透明环氧树脂制成。 主要优点是这些材料已在其他应用和其他包装样式中使用了数十年。 另一个显着的优点是硬环氧树脂可以很容易地保护复合器件的内容物,同时非常光滑并且相当耐污染 - 或者至少易于清洁。 多年来,这种结构非常成功,并产生了许多有用的产品; 然而,近年来,LED技术已经使这种封装方法有一些局限性。


TT Electronics推出的OP230系列红外LED采用密封式TO-46金属封装,功率比较大,所需的功耗增加,产生的热量也增加。 与此同时,用于制造更高功率LED的材料变得越来越脆弱。当产生热量时,硬质环氧树脂开始膨胀; 并且,由于它们是刚性的,它们开始在模具的表面上施加应力。 结果,可以在模具中引起应力断裂。 这些裂缝不仅会导致偶尔的产品故障,而且往往会导致潜在的故障 - 这对任何设计来说都是绝对的灾难。


解决方案是使用刚性较小的材料代替环氧树脂。 选择的材料应该是基于硅的而不是基于环氧树脂的。 使用硅氧烷基材料有几个优点。 首先,硅氧烷化合物更容易作为单一部分而不是两部分化合物获得。 这意味着工作寿命通常是几个月,而不是几个小时。 其次,有机硅化合物通常具有 更高的工作温度上限。 这意味着这些设备可以运行的环境列表已经扩展。 第三,也是最重要的讨论,硅氧烷化合物在固化后是柔韧的。


有机硅化合物会随着温度的升高而膨胀 - 就像它们的环氧树脂对应物一样。 然而,由于它们是柔性的,因此它们在模具表面上施加的压力相应地较小。因此,这些设备多年来所拥有的高可靠性仍然可以持续,而不必从更昂贵的材料或附加到笨重的散热器上制造封装。


可以想象,与任何其他技术进步一样,使用硅氧烷基化合物的好处还有一些必须解决的预防措施。复合器件中使用环氧化合物意味着它们不能与更新,更高功率的LED一起使用。 而在复合器件中使用硅氧烷化合物时只要小心处理它们,它们就可以与更新,更高功率的LED一起使用。


机械处理

复合器件的刚性部分,即框架和基底(顶部和底部)层,就像它们一直以来一样具有弹性。 然而,硅树脂灌封化合物的柔韧性需要新的考虑因素。 大多数微电子手动处理意味着使用镊子。 即使是最笨的镊子也会对硅胶造成损坏。 在硅树脂中形成孔可以意味着改变硅树脂的光学性质。 如果在硅树脂中产生硅 - 空气界面,则进入或离开封装的光可能变得折射或反射,并且这可能导致部件行为的不期望的细微差别。 其次,能够将任何物体插入硅树脂中意味着模具表面可以接触,因此受损。 第三,材料的灵活性意味着它可以被压缩或暂时移动。 这可能导致模具受到剪断或不可修复的损坏,导致诸如引线键合的后果。


一般的经验法则是,应注意完全避免接触硅胶。 抓取复合器件时,请抓住侧面而不是顶部和底部。


污染

有机硅的本质是它比环氧树脂更加电离。 这意味着与硅树脂接触的松散颗粒比环氧树脂更容易粘附在其表面上。 此外,硅树脂的表面几乎不如环氧树脂的表面光滑。 因此,通常不能像用不起毛的棉签或纸一样轻易地去除落在硅树脂表面上的松散颗粒。 除了用于清洁以及一些轻度侵蚀性磨损的无绒材料之外,通常还需要液体。

建议将复合器件保留在原包装中或至少放在运输管中,直到准备使用。 或者,从其管中取出的单元可在使用前储存在干净的环境中,例如干燥箱。


焊接

混合设备非常适合行业标准的焊料回流工艺。 对于含铅和无铅工艺,情况确实如此。 虽然采取了适当的谨慎措施,但手工焊接是可以接受的 - 但不鼓励这种焊接。 通常,由于混合封装具有比分立元件多得多的触点,因此比操作者想象的多的热量施加到器件上。这可能导致本说明中讨论的许多其他问题。 应特别注意每个产品数据表上显示的绝对最大焊接条件。


下图显示了无铅焊料的常用温度曲线。 工艺工程师应评估所使用的焊料,以确保焊料所需的温度不会违反所示的最大焊料曲线。 应该注意的是,只要满足应用要求,使用需要较低焊料轮廓的焊料是完全可以接受的。


图1 焊接条件,典型无铅

      

湿度(和焊接)

一般来说,微电子不应暴露于湿气中,这是常识。有机硅灌封的混合设备也不例外。混合装置的结构材料可以吸收湿气,只要它们留在潮湿的环境中。硅酮也可以,比环氧树脂大得多。当在焊接过程中施加热量(焊接过程中的温度超过水的汽化点)时,可以产生小的蒸汽袋。这种蒸汽在包装内产生压力。因为有机硅是柔性的,因此,虽然这种运动不会损坏模具的表面,但它可以足够强地剪切模具或撕裂线键。此外,由于模具的角部可能在其下面有小的气隙(通常只需要75%的模装环氧树脂的模具覆盖来满足合格的模具安装工艺),所以在这些间隙中的水分变成蒸汽可以直接推到模具上,导致其剪切。


为了建立处理这种情况的方法,JEDEC标准委员会制定了确定这些设备的湿度敏感度水平的指南,以及如何制造,标记,运输和处理这些设备。这些指南分别在J-STD-033和J-STD-020中概述。根据这些标准,Optek已对其SMCC系列产品进行了测试并将其归类为 3级。这种分类意味着设备可以在标准的工厂条件下暴露(小于30℃,小于60%的相对湿度),在任何焊接操作之前需要重新焙烧168小时。鉴于OpTEK需要一些时间来测试、检查和打包设备,它已经为内部操作保留了72个小时。因此,设备作为级别4设备向客户运送,这意味着它们的最大曝光时间是72小时。此外,根据标准,所有OPTEK SMCC设备都以干式包装装运并适当标记。


这对用户意味着什么?只要干式封装未打开,部件将保持干燥至少12个月(实际计算时间出现在警告标签上)。然而,在较低体积的生产操作、原型生产线或工程环境中,假定干式封装将是自然的。 需要打开和关闭几次。打开时间的量被认为是累积的72小时最大曝光时间。因此,只要总时间不超过最大曝光时间,干式封装可以按需要打开、关闭和重新打开并重新关闭多次。这为客户在使用设备时和使用时提供了灵活性。一旦设备从干干式封装中取出,其曝光时间再次开始。注意,在干燥箱中储存设备,但在5% RH干燥箱中不被认为是累积曝光时间的一部分。

如果零件超过最长曝光时间,您会怎么做? 必须重新烘烤部件,以下内容 应用:


 (a)如果客户可以从干燥包装和内包装(运输管,包装袋和卷轴)中取出部件,则客户可以在125°C下烘烤部件17小时。 如果对此温度有任何担忧,客户可以选择在90°C和低于5%RH下烘烤部件2天。 

 (b)否则,零件可能会在40°C和低于5%RH的条件下烘烤内包装中的部件(但在干燥包装外)23天。

 (c)一旦零件烘烤,可将它们重新包装(在(a)的情况下)并放入带有新鲜干燥剂和新湿度指示卡的干燥包装中。 此时,重置累积曝光时间。 

 (d)烘烤后,零件现在被归类为3级,最大暴露时间增加到168小时。


重要的是要注意,即使设备被焊接,累积的曝光时间也不会暂停或重置。如果设备预期在将来经受回流条件,它们必须仍然与裸设备相同,观察这里已经建立的条件。如果有多个焊接操作,干燥环境不能维持,则多次烘焙部件是可以接受的。一旦所有焊接操作完成,将部件暴露于湿度是可以接受的。


关于存储温度的注意事项:Optek将存储温度(如数据表中所示)定义为设备在不工作时可能暴露的最大允许环境温度。 然而,考虑到内包装材料不能吸收太多热量,干燥包装可接受的储存温度是不同的。 Optek干燥包的可接受温度范围为-25°C至+ 70°C。


鉴于需要越来越小的设备,使用混合微电子设计将变得更加必要。 而且,随着越来越亮的LED需要越来越多的功率和散热,可以吸收热量而不会产生不利影响的柔性化合物(如硅树脂)也将变得更加普遍。 学习如何通过过程控制和操作员培训来处理这些材料的局限性将是他们成功的关键。 


  • +1 赞 0
  • 收藏
  • 评论 2

相关服务

相关推荐

型号 描述 价格(含增值税)

"LED TO-46 Point Source"

供货保障

原厂认证

世强代理

现货500

最小包装量500

价格¥  43.1642

本文由云烟成雨翻译自TT Electronics,版权归世强元件电商所有,非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:世强元件电商”。

评论(2

   |   

提交评论

全部评论

  • luose Lv7. 资深专家 2018-10-17
    学习了!
  • 133******36 Lv5. 技术专家 2018-08-12
    沙发
没有更多评论了

搞研发 找元件
下载世强元件电商APP