CN101811236A

CN101811236A - 一种微焊条的制备方法

Info

Publication number: CN101811236A
Application number: CN 201010113892
Authority: CN
Inventors: 李金明; 李启智
Original assignee: DONGGUAN WANFENG NANO MATERIAL Co Ltd
Current assignee: DONGGUAN WANFENG NANO MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2010-08-25

Abstract

本发明涉及封装技术，尤其涉及一种LED封装用微焊条的制备方法，该方法包括以下步骤：第1步，延展Au；第2步，卷附Au；第3步，熔Sn；第4步，向熔融Sn加Au；第5步，成型、冷却；第6步，镀Sn；第7步，镀Au。依该方法制备的微焊条容易实现自动化焊接作业，并且微焊接过程中不易损伤LED芯片。

Description

一种微焊条的制备方法

技术领域

本发明涉及封装技术，尤其涉及一种LED封装用微焊条的制备方法。

背景技术

LED灯具有寿命长、省电力的特点，越来越广泛地应用于照明领域。传统的LED封装，固晶材料一般采用银浆。这种以银浆为固晶材料封装技术，是目前LED照明领域的主流。如中国专利文献CN201396621于2010年2月3日最新公开的一种大功率LED光源结构，其包括：一铜基板，包括绝缘基板层和覆盖其上的铜箔层；复数LED片，矩阵排列于铜基板上；一散热器，设置于铜基板上一侧，并通过导热硅胶与铜基板接触。进一步的所述的LED片包括散热板，其中间为镂空，外缘为带内凹弧的多边形；LED晶片，设置于散热板的镂空部；高导热银浆分布于LED晶片、散热板与铜基板之间；硅胶封装于铜基板上方，包覆LED晶片和散热板。再如中国专利文献CN201017896于2008年2月6日公开的一种发光二极管的封装结构，该LED发光二极管的封装结构的铝基板采用阳极氧化处理工艺处理且在其面形成一层绝缘氧化层，LED的硅晶片直接封装在绝缘氧化层上，绝缘氧化层上采用银浆烧结工艺设有导电层，硅晶片通过金丝电极与导电层相连接。传统的封装方式是造成LED光衰的主要原因，特别是使用半年后急剧光衰的主要原因：一方面一般银浆的导热系数只有3w/mk，而基板的导热系数＞200w/mk，芯片发热要传到基板，通过银浆产生散热瓶颈，不能及时导出热量，使LED芯片过热，因而造成光衰；另一方面也有将银浆做到20w/mk，即现在市面上流行的高导热银浆，但因所在银浆都需要高分子材料（如硅胶）作为载体，而所有高分子材料都存在气密性的问题，也就是所有高分子都会透空气、水蒸汽等，而银遇到气体后会发生氧化，氧化后的氧化银浆导热系数仅剩下0.2w/mk，LED灯使用到了500小时以后，急剧光衰。

为解决上述问题，早在上个世纪90年代，就有专家提出采用金锡合金作为固晶材料，如中国专利文献CN1066411于1992年11月25日公开的金锡钎料的制造方法，一种大功率、高技术领域用半导体器件用的金锡焊料(含Sn18～23％，余量为Au)的制造方法，采用多层复合技术将分别预处理过的、轧至一定厚度的金带和锡带按照Au/Sn/Au……/Sn/Au的方式彼此相间层叠在一起(至少5层)，预压结成复合坯料，再冷轧成所需规格的箔材。本发明方法能可靠地保证焊料在钎焊温度下发生共晶反应，得到成分均匀、致密的钎接头。然而，十几年来，这种焊料并未得到广泛的应用，其不足之处是显而易见的，该焊料的层状结构决定了其只能加工成片状，一方面又决定了其焊接工艺只能将基板、焊料、晶片叠加后焊接，这样一来，晶片在焊接过程中要承受至少280℃的高温，并且要保持一定时间，必要时在基板和晶片之间还有预压力，这就大大增加了损伤晶片的机会，有些损伤甚至是隐形的，晶片工作一段时间后才有所表现；另一方面片状焊料需要预先裁切，定量不易准确且不方便自动化生产作业。制备方法的不足决定了微焊材料的缺陷，从而导致LED芯片损伤及不易自动化作业。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种微焊条的制备方法，依该方法制备的微焊条容易实现自动化焊接作业，并且微焊接过程中不易损伤LED芯片。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种微焊条的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第1步，延展Au；第2步，卷附Au；第3步，熔Sn；第4步，向熔融Sn加Au；第5步，成型、冷却；第6步，镀Sn；第7步，镀Au。

微焊条的制备方法，其特征在于：第5步所述的成型，同时成型二条或二条以上焊芯，该方法还包括设置于第5步和第6步之间的第5.1步，成束。

微焊条的制备方法，其特征在于：所述第5.1步所述的成束，是将第5步成型的二条或二条以上焊芯直接成束或绞合成束。

微焊条的制备方法，其特征在于：在第7步之后再重复第6步及第7步一次或一次以上。

微焊条的制备方法，其特征在于：第1步所述的延展Au为拉延，或压延，或拉延加压延方式；第2步所述的卷附Au，指向一陶瓷或Pt棒上卷附延展后的Au薄片；第3步所述的熔Sn,是指在陶瓷或Pt容器内加温，令Sn熔化；第4步所述的向熔融Sn加Au是通过用卷附Au的棒在盛装有熔融Sn的容器中搅拌，让Au加入熔融Sn。

微焊条的制备方法，其特征在于：第1步延展Au所形成的Au薄片的厚度小于10μm；第3步和第4步均中在氮气保护下完成的，且第4步所述的搅拌是单向匀速的；加Au时熔融Sn的温度是275℃-310℃。

微焊条的制备方法，其特征在于：第6步所述的镀Sn，通过真空蒸镀或直空溅射方式实现，镀层厚度为8nm-65nm；第7步所述的镀Au,通过真空蒸镀或直空溅射方式实现，镀层厚度为2nm-60nm。

微焊条的制备方法，其特征在于：第5步所述的成型，通过螺杆和螺筒向前推进熔融态AuSn，其中螺筒具有加热装置以保持AuSn的温度，通过挤出机头成型并逐步冷却定型，第5.1步所述成束是在AuSn未完全固化的状态下完成的。

微焊条的制备方法，其特征在于：第5.1步所述成束时AuSn的温度为170℃-215℃。

微焊条的制备方法，其特征在于：第5步所述的成型，同时成型三条焊芯，该方法还包括设置于第5步和第6步之间的第5.1步，成束；成束是将第5步成型的三条焊芯绞合成束；在第7步之后再重复第6步及第7步一次；第1步所述的延展Au为拉延加压延方式，形成的Au薄片的厚度小于10μm；第2步所述的卷附Au，指向一陶瓷或Pt棒上卷附延展后的Au薄片；第3步所述的熔Sn,是指在陶瓷或Pt容器内加温，令Sn熔化；第4步所述的向熔融Sn加Au是通过用卷附Au的棒在盛装有熔融Sn的容器中搅拌，让Au加入熔融Sn；第3步和第4步均中在氮气保护下完成的，且第4步所述的搅拌是单向匀速的；且加Au时熔融Sn的温度是275℃-310℃；第6步所述的镀Sn，通过真空蒸镀方式实现，镀层厚度为8nm-65nm；第7步所述的镀Au,通过真空蒸镀方式实现，镀层厚度为2nm-60nm；还包括设置于第6步和第7步之间的第6.1步，配比，即根据第6步镀层的实际质量，计算第7步需要控制的镀层的具体质量，以保证镀层总的Au/Sn配比；第5步所述的成型，通过螺杆和螺筒向前推进熔融态AuSn，其中螺筒具有加热装置以保持AuSn的温度，通过挤出机头成型并逐步冷却定型，第5.1步所述成束是在AuSn未完全固化的状态下完成的；第5.1步所述成束时AuSn的温度为190℃-214℃。

本发明的微焊条制备方法，Au以薄片的方式熔入熔融Sn，形成共晶体，并制成焊条，焊接时可以在焊枪中熔焊条，并向待焊部件（一般为基板）定温定量点射熔态AuSn，易形成自动化作业；并且，AuSn共晶过程在制备焊条时已经完成，焊接时的熔焊条过程可以在焊枪内完成，这就大大减小了待焊部件（包括LED芯片）承受高温的时间和最高温度。与现有技术的片状焊材相比，片状焊材需与待焊部件（包括LED芯片）压在一起后再升温焊接，升温过程和焊材各层完全形成共晶的过程LED芯片均在承受高温，再加上焊材与待焊部件结合也需要一个时间，LED芯片损伤的几率很大，而本发明方法制备的焊条，焊条本身的共晶过程在制备时已经在高温下完成，升温过程在焊枪内完成，与现有技术相比LED芯片不易损伤。

附图说明

图1是本发明第一个实施例制备之微焊条示意图。

图2是本发明第二个实施例制备之微焊条示意图。

图3是本发明第二个实施例工艺流程示意图。图4是采用本发明第一个实施例之微焊条制备的一种高效散热LED封装。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详述。

参考图1，是一种微焊条，呈条状，包括焊芯101和包覆于焊芯101外的外皮102/103；焊芯101是AuSn的共晶体，其中Au在焊芯101中的含量为80%；外皮102/103为层状结构，由Au镀层103和Sn镀层102组成，外层为Au镀层103，其中Au在外皮中的含量为80%。图1所示的微焊条是采用本发明的第一个实施例制备的，本发明的第一个实施例是一种微焊条的制备方法，包括以下步骤：第1步，延展Au；第2步，卷附Au；第3步，熔Sn；第4步，向熔融Sn加Au；第5步，成型、冷却；第6步，镀Sn；第7步，镀Au；本实施例中，第5步所述的成型，仅为一条焊芯；第1步所述的延展Au为拉延加压延方式，形成的Au薄片的厚度小于10μm,本实施例中，Au的平均厚度为3μm，Au的厚度与延展成本有关，也与形成AuSn共晶体的速度有和AuSn的金相结构有关，一般条件下，Au薄片的厚度越小，形成共晶体的速度越快，AuSn的焊接性能越好；第2步所述的卷附Au，指向一Pt棒上卷附延展后的Au薄片；第3步所述的熔Sn,是指在Pt容器内加温，令Sn熔化；第4步所述的向熔融Sn加Au是通过用卷附Au的Pt棒在盛装有熔融Sn的容器中搅拌，让Au加入熔融Sn形成共晶体；本实施例中，第3步和第4步均中在氮气保护下完成的，且第4步所述的搅拌是单向匀速的，防止Sn氧化并保证AuSn共晶体均匀；且加Au时熔融Sn的温度是295℃，当然，Au的厚度小于10μm情况下，也可以选用275℃-310℃；第6步所述的镀Sn，通过真空蒸镀方式实现，镀层厚度为10nm；第7步所述的镀Au,通过真空蒸镀方式实现，镀层厚度为8nm，具体厚度在设备上依据Sn的实现厚度配比，保证Au在外皮中所占的比例为80%；第5步所述的成型，通过螺杆和螺筒向前推进熔融态AuSn，其中螺筒具有加热装置以保持AuSn的温度，通过挤出机头成型并逐步冷却定型。

参考图2，也是一种微焊条，呈条状，包括焊芯和包覆于焊芯外的外皮202/203；焊芯是AuSn的共晶体，其中Au在焊芯中的含量为80.05%；外皮202/203为层状结构，由Au镀层203和Sn镀层202组成，外层为Au镀层203，其中Au在外皮202/203中的含量为80.05%；本实施例中，所述焊芯由三条子焊芯201绞合设置而成。图2所示的微焊条是通过本发明的第二个实施例制备而成，参考图3是本发明第二个实施例的流程图，本发明第二个实施例是一种微焊条的制备方法，包括以下步骤：第1步，延展Au；第2步，卷附Au；第3步，熔Sn；第4步，向熔融Sn加Au；第5步，成型、冷却；第6步，镀Sn；第7步，镀Au。第5步所述的成型，同时成型三条焊芯，该方法还包括设置于第5步和第6步之间的第5.1步，成束；成束是将第5步成型的三条焊芯绞合成束；作为本实施例的一种替代方案，也可以直接成束，即三条焊芯平行设置，以降低制作难度；在第7步之后再重复第6步及第7步一次；第1步所述的延展Au为拉延加压延方式，形成的Au薄片的厚度小于10μm；第2步所述的卷附Au，指向一陶瓷或Pt棒上卷附延展后的Au薄片；第3步所述的熔Sn,是指在陶瓷或Pt容器内加温，令Sn熔化；第4步所述的向熔融Sn加Au是通过用卷附Au的棒在盛装有熔融Sn的容器中搅拌，让Au加入熔融Sn；第3步和第4步均中在氮气保护下完成的，且第4步所述的搅拌是单向匀速的；且加Au时熔融Sn的温度是275℃-310℃；第6步所述的镀Sn，通过真空蒸镀方式实现，镀层厚度为8nm-65nm；第7步所述的镀Au,通过真空蒸镀方式实现，镀层厚度为2nm-60nm；还包括设置于第6步和第7步之间的第6.1步，配比，即根据第6步镀层的实际质量，计算第7步需要控制的镀层的具体质量，以保证镀层总的Au/Sn配比；第5步所述的成型，通过螺杆和螺筒向前推进熔融态AuSn，其中螺筒具有加热装置以保持AuSn的温度，通过挤出机头成型并逐步冷却定型，第5.1步所述成束是在AuSn未完全固化的状态下完成的；第5.1步所述成束时AuSn的温度为170℃-210℃。

下面给出一个应用以上二个实施例之微焊条制备一种高效散热LED封装的方法，该方法包括以下步骤：第b1步，提供一种LED芯片，以真空溅射方式在LED芯片之待焊接面设置AuSn镀层，扩晶；第b2步，提供一种基板，以真空镀方式在基板之待固晶面设置AlN镀层；第b3步，提供一种AuSn焊条，提供一种微焊机，该微焊机具有氮气保护焊接室，该微焊机具有能够定温、定量点射熔融AuSn的焊枪；第b4步，在第b3步所提供的微焊机之氮气保护焊接室中，通过所述焊枪向所述基板之待固晶面定温、定量点射熔融AuSn，然后向熔融AuSn放置LED芯片，冷却；第b5步，向LED芯片出光面涂布荧光粉硅胶；第b6步，封硅胶。本实施例中，还包括将第b4步所述基板于点射熔融AuSn前冷冻的步骤，以减少所述基板散去熔融AuSn热量的时间从而避免焊接过程中对LED芯片的生损伤。本实施例中，第b4步所述的定温，是指熔融AuSn点射时的温度为310℃，作为本实施例的替代方案，所述温度也可以是：290℃、295℃、℃300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、330℃。参考图4，是应用本发明第一个实施例之微焊条，采用以上方制备的一种高效散热LED封装，该封装包括LED芯片403和基板405；LED芯片403和基板405之间具有AuSn焊层404；LED芯片上面是硅胶荧光粉层402和硅胶层401。

Claims

1.一种微焊条的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第1步，延展Au；

第2步，卷附Au；

第3步，熔Sn；

第4步，向熔融Sn加Au；

第5步，成型、冷却；

第6步，镀Sn；

第7步，镀Au。

2.根据权利要求1所述的微焊条的制备方法，其特征在于：第5步所述的成型，同时成型二条或二条以上焊芯，该方法还包括设置于第5步和第6步之间的第5.1步，成束。

3.根据权利要求2所述的微焊条的制备方法，其特征在于：所述第5.1步所述的成束，是将第5步成型的二条或二条以上焊芯直接成束或绞合成束。

4.根据权利要求1所述的微焊条的制备方法，其特征在于：在第7步之后再重复第6步及第7步一次或一次以上。

5.根据权利要求1所述的微焊条的制备方法，其特征在于：第1步所述的延展Au为拉延，或压延，或拉延加压延方式；第2步所述的卷附Au，指向一陶瓷或Pt棒上卷附延展后的Au薄片；第3步所述的熔Sn,是指在陶瓷或Pt容器内加温，令Sn熔化；第4步所述的向熔融Sn加Au是通过用卷附Au的棒在盛装有熔融Sn的容器中搅拌，让Au加入熔融Sn。

6.根据权利要求5所述的微焊条的制备方法，其特征在于：第1步延展Au所形成的Au薄片的厚度小于10μm；第3步和第4步均中在氮气保护下完成的，且第4步所述的搅拌是单向匀速的；加Au时熔融Sn的温度是275℃-310℃。

7.根据权利要求1或4所述的微焊条的制备方法，其特征在于：第6步所述的镀Sn，通过真空蒸镀或直空溅射方式实现，镀层厚度为8nm-65nm；第7步所述的镀Au,通过真空蒸镀或直空溅射方式实现，镀层厚度为2nm-60nm。

8.根据权利要求3所述的微焊条的制备方法，其特征在于：第5步所述的成型，通过螺杆和螺筒向前推进熔融态AuSn，其中螺筒具有加热装置以保持AuSn的温度，通过挤出机头成型并逐步冷却定型，第5.1步所述成束是在AuSn未完全固化的状态下完成的。

9.根据权利要求8所述的微焊条的制备方法，其特征在于：第5.1步所述成束时AuSn的温度为170℃-215℃。

10.根据权利要求1所述的微焊条的制备方法，其特征在于：第5步所述的成型，同时成型三条焊芯，该方法还包括设置于第5步和第6步之间的第5.1步，成束；成束是将第5步成型的三条焊芯绞合成束；在第7步之后再重复第6步及第7步一次；第1步所述的延展Au为拉延加压延方式，形成的Au薄片的厚度小于10μm；第2步所述的卷附Au，指向一陶瓷或Pt棒上卷附延展后的Au薄片；第3步所述的熔Sn,是指在陶瓷或Pt容器内加温，令Sn熔化；第4步所述的向熔融Sn加Au是通过用卷附Au的棒在盛装有熔融Sn的容器中搅拌，让Au加入熔融Sn；第3步和第4步均中在氮气保护下完成的，且第4步所述的搅拌是单向匀速的；且加Au时熔融Sn的温度是275℃-310℃；第6步所述的镀Sn，通过真空蒸镀方式实现，镀层厚度为8nm-65nm；第7步所述的镀Au,通过真空蒸镀方式实现，镀层厚度为2nm-60nm；还包括设置于第6步和第7步之间的第6.1步，配比，即根据第6步镀层的实际质量，计算第7步需要控制的镀层的具体质量，以保证镀层总的Au/Sn配比；第5步所述的成型，通过螺杆和螺筒向前推进熔融态AuSn，其中螺筒具有加热装置以保持AuSn的温度，通过挤出机头成型并逐步冷却定型，第5.1步所述成束是在AuSn未完全固化的状态下完成的；第5.1步所述成束时AuSn的温度为170℃-210℃。