耐高温COB回流焊一体化固晶载具系统核心挑战与设计目标

东莞市路登电子科技有限公司   2026-01-16 12:22   35次浏览

项目名称:耐高温COB回流焊一体化固晶载具系统一、 核心挑战与设计目标

这种载具/治具需要在两种截然不同的工艺中发挥作用:

固晶阶段:提供超高精度、稳定的平台,确保芯片被贴装。

回流焊阶段:在260°C - 300°C的高温环境下,物理和化学性能保持稳定,不能变形、氧化或释放污染物,并保证基板在热过程中不翘曲。

核心挑战

抗热变形:材料的热膨胀系数(CTE)必须与基板(如陶瓷、金属基板)匹配,否则加热冷却后对位精度全失。

高温下的强度与硬度:材料在高温下不能软化,需保持足够的强度和刚性。

耐氧化与防粘:表面需抵抗高温氧化,并防止焊料、助焊剂残留粘附。

热管理:加热和冷却速率需可控,热场需均匀。

设计目标:打造一个能在高温回流焊环境中保持尺寸超稳定、高平整度、长寿命,并能满足固晶精度要求的一体化载具。

二、 材料选择:耐高温性能的基石

材料是决定性的因素,常规铝合金已无法满足要求。

材料特性优点缺点适用场景殷钢/因瓦合金 (Invar)CTE极低 (~1.5 ppm/°C),高温下几乎不变形热稳定性,是超高精度要求的黄金标准重量极大、成本、加工难度大军工、航天、高端通信等不计成本的领域碳纤维复合材料(CFRP)CTE可调至近零,重量轻,高比刚度完美平衡性能与重量,热容量小,升降温快表面需特殊涂层,成本高高端LED、大型面板、需要快速热循环的场合特种高温铝合金经特殊热处理,高温强度保留率更高成本相对较低,易于加工CTE较高,长期高温性能仍逊色一般功率器件、要求不极端的COB封装不锈钢 (如SUS430)耐高温、耐磨、成本适中强度高,耐用CTE较高 (~10 ppm/°C),重量大用于载具的辅助结构或定位件,而非主体

结论:对于真正的“耐高温”和“高精度”要求,殷钢或碳纤维复合材料是唯二的选择。

三、 关键设计细节

1. 抗热变形结构设计

低CTE材料:如上所述,殷钢或CFRP。

对称设计:结构设计尽量对称,避免因热应力不均导致的不均匀变形。

有限元分析(FEA)必须进行热力学仿真,模拟载具在高温下的应力分布和形变情况,从设计端优化结构。

2. 表面处理:防粘、耐氧化与耐磨

特氟龙(Teflon/PTFE)涂层

优点的防粘性,焊料和胶水残留极易清理;耐化学腐蚀。

缺点:耐磨性一般,需定期维护和重涂。

陶瓷涂层

优点超高硬度、超耐磨损、耐超高温、绝缘,寿命极长。

缺点:成本高,脆性大,怕撞击。

电解抛光(EP):对于不锈钢部件,电解抛光可形成光滑、钝化的表面,减少粘附和提高耐腐蚀性。

3. 真空吸附系统

多通道独立设计:将真空区域分区,防止因局部泄漏(如基板有 crack)导致整个载具真空失效。

耐高温密封:真空管路和接头需使用耐高温的硅胶或氟橡胶密封圈,普通橡胶会在高温下熔化失效。

微孔阵列:吸附孔分布均匀,确保基板受力均匀,在高温下仍能有效抑制翘曲。

4. 定位系统

材质:定位销、挡块等关键定位件需使用硬质合金或陶瓷材料,保证其在高温下的耐磨性和尺寸稳定性。

间隙补偿:设计时需计算载具与基板在不同温度下的热膨胀差值,并预留合理的配合间隙,防止热胀冷缩后卡死或过松。

5. 热管理(可选)

虽然回流焊依赖外部炉膛加热,但高端载具可集成加热器和温度传感器,用于预热或进行共晶焊(Eutectic Bonding),实现更灵活的工艺控制。