陶瓷基板裂片原因分析

陶瓷基板裂片不良分析

（三）

技术质量部

2013.12.10

LED陶瓷基板的热震试验的现状

目前陶瓷基板热震试验条件：

把瓷片放在烤箱（加热到200度左右，保温半小时以上，然后拿出来马上放到水里（水温与烤箱温度差在170度以上，就是说水温是20度时，烤箱温度为190度），或者将瓷片直接放置在200度（温差在170度以上）加热台上，这个过程反复做3次以上，如果片没出现裂纹，说明抗热震合格。

但作为用于LED封装的陶瓷基板，由于需要在陶瓷基板上进行切割和划线（一般为激光加工），而在激光切割和划线过程中可能导致微裂纹的产生，从而影响热震性能，因此对LED陶瓷基板的热震性检测，目前的热震试验方法存在较大的缺陷，导致检测结过与客户的使用结果相差甚远，导致在进行封装过程中裂片不良的原因分析时没有有效的实验验证手段。

针对上述情况，需要对LED陶瓷基板的使用条件进行具体分析，寻找出导致客户使用中出现裂纹的原因，并寻找出有效的试验验证手段。

一、LED陶瓷基板使用现状分析

目前封装时使用的焊线机一般对

基板都有预热，同时焊线时进行

加热，如右图：

在瓷片预热区将瓷片从室温预热

到一定的温度，然后再到焊线区

进行焊线操作，在此过程中，瓷

片需要经过两次升温，以达到满

足焊线工艺要求的温度。

瓷片预热区

焊线加热块

二、试验方案

1、为模拟焊线时的实际使用情况，采用有切孔及划线加工的基

板进行试验，基板切割及划线图形不变。

2、对切割好的瓷片使用加热平台进行整体加热（由室温加热至

200度），确认陶瓷基板热震性能。

3、模拟焊线机状态，对陶瓷先进行预热，然后再加热到焊线温

度（150度）区进行设定，确定不同陶瓷基板预热表面温度及焊线区温度组合，以确定不同的陶瓷升温曲线对陶瓷热震的影响。

实验条件如下：

预热区焊线区室温

60度 150度 23~25度

85度 150度 23~25度

100度 150度 23~25度

三、试验结果

1、加热台试验结果：

将切割好的瓷片从室温直接放置在200度的加热台上时，瓷片未发生热震不良（详见视频），分片时未发生不良现象。

结论：切割瓷片在整体进行急加热时，未发生开裂或者后续裂片问题，热震结果良好。

三、试验结

果

2、在焊线机上按照预定的试验条件进行试验结果如下

裂板不良

四、热震炸裂原因分析（1）

从上述实验的结果分析：

试验1：预热区升温幅度35~37度，焊线区升温幅度约90度，裂板不良较多；

试验2：预热区升温幅度约60度，焊线区升温幅度约65度，裂板

不良现象有所好转；

试验3：预热区升温幅度约75度，焊线区升温幅度约50度，裂板

不良较多。

从上述实验可以看出，各阶段升温幅度较大时，容易引起热震破

坏，在预热区和焊线区保证基板较为匀速的升温对基板的热震破

坏有一定的防止作用。

四、热震炸裂原因分析（2）

经对右图所示瓷片ABC三点表面温

度进行测量，各点温度如下（加热

块温度150度）：

A：148度

B：75度

C：108~110度

如右图所示：焊线区加热块与基板

直接接触，但由于加热块大小的限

制，一般是与陶瓷基板的局部进行

接触，从而导致陶瓷板加热不均匀，

出现局部温差，导致热应力的产生，

出现热震不良现象，当出现如图箭

头所示两个方向的热差时，热震不

良将更为严重。

四、热震炸裂原因分析（3）

在瓷片进行加热试验时，由于热胀

及基板上下面温差的原因，基板上

下面受力不均，导致基板发生热变

形，该类变形在上下面温差消失后

消失。但对划线后的基板影响较大，

可能造成隐性裂纹的产生，从而导

致热震不良产生。

如右图所示：

当划线面受热时发生膨胀，瓷片变

形如图所示，切割线部分受力为拉

力，从而易导致裂纹的产生。

三、改善方向

1、各温区的温度设置：

通过设置各温区的温度，使陶瓷基板表面温度从室温到焊前区和焊后区的过程中能够平稳升温，可降低基板热震不良率

2、基板加热面积的大小对在加工过程中的温差影响较大，应尽可能将加

热区域与基板面积匹配，如无法做到与基板面积同样大小，应尽可能做到与基板宽度一致，以减少一个方向的温度差，避免双方向同时出现热应力。

3、尽量避免在基板受热面进行划线加工，使基板划线处在加热时所受到

的作用力为压应力，避免产生隐形裂纹。