CN101159303A - 双束激光辅助led芯片与热沉直接键合的方法 - Google Patents

双束激光辅助led芯片与热沉直接键合的方法 Download PDF

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Abstract

双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法，它涉及LED芯片与热沉的钎焊方法。它解决了传统封装方法中对LED芯片造成热损害，以及键合质量低、定位困难、光学质量差的缺点。它的步骤为：在热沉上形成预设焊盘；光纤支架将激光发射头固定于芯片贴装机的机头上，并使真空吸嘴位于其中心；吸取LED芯片，并置于焊盘上方，使两束激光束聚焦于其上，使之熔化；真空吸嘴下降，继续加热；真空吸嘴下降至芯片金属膜与热焊盘接触，停止加热；键合完成，真空吸嘴复位并吸取下一个LED芯片，重复上述程序。本方法进行键合质量好，成品率高，定位准确，光学质量较好，而且利用激光作为热源具有功率密度高、焊接速度快、热影响区小、控制精确、易于实现自动化的优点。

Description

双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法
技术领域
本发明涉及一种LED芯片与热沉键合的方法。
背景技术
随着国民经济和科学技术的高速发展，LED芯片正向大功率集成化的方向发展，LED芯片的散热问题愈加突出。如何改进封装结构，采用全新的设计理念和低热阻封装结构和技术正成为LED业界内努力的方向。
传统封装方式，从芯片到热沉之间通常夹有多种如陶瓷基板或胶粘层的高热阻材料，正是这些夹在芯片和热沉之间的高热阻材料形成了芯片封装中散热问题的瓶颈。因此简化芯片到热沉之间的封装层次和工艺，必将成为功率型LED封装的一种发展趋势。申请号为200710144581.6、发明专利名称为“LED芯片与热沉直接封装的散热组件及其制造设备和方法”的中国发明专利提出了一种新的功率LED封装结构，在芯片到热沉之间只有高热传导率的钎料层，热阻可忽略不计，如图1，它虽然解决了芯片封装的散热问题，但是芯片与热沉之间的钎焊，采用的是传统的生产工艺，即芯片贴装热沉上后置于回流焊炉中进行钎焊。运用此种方法，存在着以下问题：1、铜、铝热沉由于其高导热率，在回流焊中需较长的加热保温时间以达到钎焊温度，而较长时间的高温极易对LED芯片造成热损害，尤其是对于多达由几十片、几百片的LED组成的阵列来说，其成品率和质量较难保证；2、整体加热引线键合焊盘受到氧化或污染，导致键合质量下降；3、定位困难，难以定位准确，影响封装的光学质量。
发明内容
本发明是为了解决现有传统的封装方法中较长时间的高温对LED芯片造成热损害，以及键合质量低、定位困难、定位不准影响封装的光学质量的缺点，而提出的双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法。
本发明由下列步骤完成：
步骤一：在矩形管状热沉1-5上表面的预设位置各焊点上先镀有多个热沉金属膜1-4，在热沉金属膜1-4的上表面再镀或印刷上钎料层1-3，形成预设的焊盘；
步骤二：通过光纤支架2-4将两个激光发射头2-5固定于芯片贴装机的机头部位，使芯片贴装机的真空吸嘴2-1位于光纤支架中心，并使两个激光发射头2-5发射的两束激光束聚于焊盘上；
步骤三：首先采用芯片贴装机的真空吸嘴2-1吸取镀有芯片金属膜1-2的LED芯片1-1；
步骤四：通过芯片贴装机的机头带动真空吸嘴2-1置于焊盘的上方，同时激光发射头2-5也对准待焊焊盘；
步骤五：启动激光器，两束激光束2-3聚焦于焊盘上，加热钎料层1-3并使之熔化；
步骤六：芯片贴装机的真空吸嘴2-1下降，激光器继续加热；
步骤七：真空吸嘴2-1下降至LED芯片1-1的芯片金属膜1-2与热焊盘接触，使芯片金属膜1-2与钎料层1-3熔合，激光器停止加热；
步骤八：键合完成，真空吸嘴2-1复位；
步骤九：真空吸嘴2-1吸取下一个LED芯片1-1，重复上述程序，即可进行下一个LED芯片1-1的键合。
本发明具有如下优点：1、能量集中，对热沉只有局部点加热，不会造成矩形管状热沉1-5及钎料层1-3的氧化和污染；2、由于激光功率密度高，加热焊盘至钎料熔化一般不足一秒，所以成品率高、生产效率高；3、激光钎焊易于实现自动化，与芯片贴装配合使用，具有智能化和柔性化制造的特点，控制精确，键合质量好，定位准确，使产品达到较好的光学效果。
附图说明
图1是LED芯片与热沉直接封装的散热组件结构示意图；图2是本发明方法流程示意图；图3是光纤支架2-4的结构示意图；图4是本发明方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式由下列
步骤一：在矩形管状热沉1-5上表面的预设位置各焊点上先镀有多个热沉金属膜1-4，在热沉金属膜1-4的上表面再镀或印刷上钎料层1-3，形成预设的焊盘；
步骤二：通过光纤支架2-4将两个激光发射头2-5固定于芯片贴装机的机头部位，使芯片贴装机的真空吸嘴2-1位于光纤支架中心，并使两个激光发射头2-5发射的两束激光束聚于焊盘上；
步骤三：首先采用芯片贴装机的真空吸嘴2-1吸取镀有芯片金属膜1-2的LED芯片1-1；
步骤四：通过芯片贴装机的机头带动真空吸嘴2-1置于焊盘的上方，同时激光发射头2-5也对准待焊焊盘；
步骤五：启动激光器，两束激光束2-3聚焦于焊盘上，加热钎料层1-3并使之熔化；
步骤六：芯片贴装机的真空吸嘴2-1下降，激光器继续加热；
步骤七：真空吸嘴2-1下降至LED芯片1-1的芯片金属膜1-2与热焊盘接触，使芯片金属膜1-2与钎料层1-3熔合，激光器停止加热；
步骤八：键合完成，真空吸嘴2-1复位；
步骤九：真空吸嘴2-1吸取下一个LED芯片1-1，重复上述程序，即可进行下一个LED芯片1-1的键合。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于在矩形管状热沉1-5下增加一个预热装置2-6，使矩形管状热沉1-5的温度恒温在0℃～100℃，其它步骤和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于在真空吸嘴2-1下增加一个微型加热器2-2，以预热LED芯片1-1，使LED芯片1-1的温度恒温在100℃～300℃，其它步骤和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式于具体实施方式二或三不同点在于光纤支架2-4为一端有固定端3-1的支架，支架的另一端设置有真空吸嘴2-1的运行通道3-2，运行通道3-2的两侧的支架外壁分别对称设置有激光发射头2-5的固定台3-4，固定台3-4上设置有激光发射头2-5的固定口3-3，两个激光发射头2-5的固定口3-3的方向直线与运行通道3-2中轴线的相交于一点。其它步骤和连接方式与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同点在于激光束采用脉冲激光或连续激光。其它步骤和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同点在于脉冲激光的频率为50Hz，功率为3000W，占空比0.10，脉冲激光的持续时间1s。其它步骤和连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五不同点在于脉冲激光的频率为50Hz，功率为2500W，占空比0.15，脉冲激光的持续时间1s。其它步骤和连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五不同点在于连续激光在未预热的情况下，功率大于1000W时实现键合。其它步骤和连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五不同点在于连续激光在预热到100℃时，功率大于600W时实现键合。其它步骤和连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同点在于矩形管状热沉1-5采用铜或铝金属材料。其它步骤和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同点在于芯片金属膜1-2和热沉金属膜1-4采用金Au或银Ag材料。其它步骤和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于钎料层1-3采用锡银SnAg、锡银铜SnAgCu或锡铅SnPb合金钎料。其它步骤和连接方式与具体实施方式一相同。

Claims (8)

1.双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法，其特征在于它由下列步骤完成：
步骤一：在矩形管状热沉(1-5)上表面的预设位置各焊点上先镀有多个热沉金属膜(1-4)，在热沉金属膜(1-4)的上表面再镀或印刷上钎料层(1-3)，形成预设的焊盘；
步骤二：通过光纤支架(2-4)将两个激光发射头(2-5)固定于芯片贴装机的机头部位，使芯片贴装机的真空吸嘴(2-1)位于光纤支架中心，并使两个激光发射头(2-5)发射的两束激光束聚于焊盘上；
步骤三：首先采用芯片贴装机的真空吸嘴(2-1)吸取镀有芯片金属膜(1-2)的LED芯片(1-1)；
步骤四：通过芯片贴装机的机头带动真空吸嘴(2-1)置于焊盘的上方，同时激光发射头(2-5)也对准待焊焊盘；
步骤五：启动激光器，两束激光束(2-3)聚焦于焊盘上，加热钎料层(1-3)并使之熔化；
步骤六：芯片贴装机的真空吸嘴(2-1)下降，激光器继续加热；
步骤七：真空吸嘴(2-1)下降至LED芯片(1-1)的芯片金属膜(1-2)与热焊盘接触，使芯片金属膜(1-2)与钎料层(1-3)熔合，激光器停止加热；
步骤八：键合完成，真空吸嘴(2-1)复位；
步骤九：真空吸嘴(2-1)吸取下一个LED芯片(1-1)，重复上述程序，即可进行下一个LED芯片(1-1)的键合。
2.根据权利要求1所述的双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法，其特征在于在矩形管状热沉(1-5)下增加一个预热装置(2-6)，使矩形管状热沉(1-5)的温度恒温在0℃～100℃。
3.根据权利要求1所述的双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法，其特征在于在真空吸嘴(2-1)下增加一个微型加热器(2-2)，以预热LED芯片(1-1)，使LED芯片(1-1)的温度恒温在100℃～300℃。
4.根据权利要求2或3所述的双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法，其特征在于光纤支架(2-4)为一端有固定端(3-1)的支架，支架的另一端设置有真空吸嘴(2-1)的运行通道(3-2)，运行通道(3-2)的两侧的支架外壁分别对称设置有激光发射头(2-5)的固定台(3-4)，固定台(3-4)上设置有激光发射头(2-5)的固定口(3-3)，两个激光发射头(2-5)的固定口(3-3)的方向直线与运行通道(3-2)中轴线的相交于一点。
5.根据权利要求4所述的双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法，其特征在于激光束采用脉冲激光或连续激光。
6.根据权利要求1所述的双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法，其特征在于矩形管状热沉(1-5)采用铜或铝金属材料。
7.根据权利要求1所述的双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法，其特征在于芯片金属膜(1-2)和热沉金属膜(1-4)采用金Au或银Ag材料。
8.根据权利要求1所述的双束激光辅助LED芯片与热沉直接键合的方法，其特征在于钎料层(1-3)采用锡银SnAg、锡银铜SnAgCu或锡铅SnPb合金钎料。
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