CN102779909A

CN102779909A - 提高大功率led陶瓷基板散热效率的方法

Info

Publication number: CN102779909A
Application number: CN2011101248091A
Authority: CN
Inventors: 胡延超; 王田军; 李敏
Original assignee: HUIZHOU FUJI ELECTRONIC MATERIAL CO Ltd
Current assignee: HUIZHOU FUJI ELECTRONIC MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-11-14

Abstract

提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，解决现有技术中大功率LED陶瓷基板散热效率低下的技术难题，以上陶瓷基板的结构中包括上陶瓷层、下陶瓷层、以及中间胶粘层，所述的方法是在下陶瓷层烧结定型后进行金属化形成电路的工艺步骤中实现的，关键是：对下陶瓷层进行金属化的工艺采用激光加工工艺，下陶瓷层经过激光处理后的区域表面形成一层纳米级厚度的金属铝薄膜层，再进行第一次化学镀铜步骤形成电路。通过本方法制备的陶瓷散热基板，可以提高产品的可靠性、稳定性以及生产效率，尤其是提高印刷线路精度以及印刷线路与基层的优良的附着性能，从而延长LED寿命，提高散热率。

Description

提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法

技术领域

本发明属于微电子封装材料领域，尤其涉及一种大功率LED陶瓷散热基板及其制备方法，特别提供了一种在制备LED陶瓷基板的过程中提高散热效率的方法。

背景技术

LED产品具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期长、具有环保效益等优点，是近年来最受瞩目的产业之一。

随着LED照明的需求日益迫切，高功率LED的散热问题益发受到重视，因为过高的温度会导致LED发光效率衰减，通常LED高功率产品输入功率约为15％能转换成光，剩下85％的电能均转换成热能。LED运作所产生的废热若无法有效的散出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性，对LED的寿命造成致命性的影响。当结面温度由25℃上升至100℃时，其发光效率将会衰退20％到75％不等。此外，当操作温度由63℃升到74℃时，LED平均寿命将会减少3/4。因此，散热问题是LED产业永远无法逃避的重要课题，要提升LED的发光效率，必须要解决散热问题。而散热基板材料以及多芯片集成封装所需的高精度线路成为大功率LED散热解决方案的重要影响因素。

LED散热基板主要分为金属与陶瓷基板。金属基板以铝和铜为材料，由于技术成熟，且具成本优势，目前为一般LED产品所采用，虽然铝的导热系数比较高，但是铝与铜之间的绝缘层导热系数很低，影响了整体散热效果。而陶瓷基板为业界公认导热与散热性能极佳材料，是目前高功率LED散热最适方案。

对于陶瓷散热基板，在选用高热导率材料的同时，应该不断提高印刷线路的精度以满足大功率LED的设计与封装要求。为此，人们进行了大量的研究。

就高功率LED的陶瓷封装基座而言，目前主要是由两层LTCC陶瓷材料构成。由于LTCC陶瓷材料强度差，并且热导率仅为3W/mk，且采用丝网印刷方式进行线路的制备，对位精度差，线路表面粗糙，不适合于大功率LED产品的散热设计；专利CN200820232888中提到在陶瓷表面覆铜片烧结后采用刻蚀的方法制备线路，该方法铜层的厚度过厚，且工艺复杂、良率过低，并且采用刻蚀工艺制备的线路精度差，不适合用于制备高精度集成大功率LED陶瓷基板；同欣电子采用了DPC的工艺，在专利CN20071016736中提到，在陶瓷基板上采用溅射的方法覆钛/铜，然后镀铜，之后进行曝光、显影制备图案后进行化学镀，该方法溅射对陶瓷基板的结合较差，影响耐久。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中大功率LED陶瓷基板散热效率低下的技术难题，设计了一种提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，通过改进陶瓷基板的制备工艺来提高散热效率。

本发明为实现发明目的采用的技术方案是，提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，以上陶瓷基板的结构中包括上陶瓷层、下陶瓷层、以及中间胶粘层，所述的方法是在下陶瓷层烧结定型后进行金属化形成电路的工艺步骤中实现的，关键是：对下陶瓷层进行金属化的工艺采用激光加工工艺，下陶瓷层经过激光处理后的区域表面形成一层纳米级厚度的金属铝薄膜层，再进行第一次化学镀铜步骤形成电路。

本发明的关键是采用了激光加工工艺对下陶瓷层进行金属化以及化学镀铜最终形成电路，相比以往采用溅射法覆铜的方式，铜层的厚度与线条的宽度非常精确，且激光处理后形成的金属铝薄膜层可以作为之后化学镀的催化剂，提高产品的可靠性、稳定性以及生产效率，尤其是提高印刷线路精度以及印刷线路与基层的优良的附着性能，从而延长LED寿命，提高散热率。

具体实施方式

提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，以上陶瓷基板的结构中包括上陶瓷层、下陶瓷层、以及中间胶粘层，所述的方法是在下陶瓷层烧结定型后进行金属化形成电路的工艺步骤中实现的，关键是：对下陶瓷层进行金属化的工艺采用激光加工工艺，下陶瓷层经过激光处理后的区域表面形成一层纳米级厚度的金属铝薄膜层，再进行第一次化学镀铜步骤形成电路。

在形成金属铝薄膜层后采用电镀铜工艺对线路进行加厚处理。

上述的方法还包括在第一次化学镀铜步骤形成电路后，进行第二次化学镀镍、金、钯、银中的一种、或两种、或两种以上，做放老化处理。

上述的激光加工工艺中采用的激光设备是气体激光器，或是固体激光器，或是半导体激光器。

上述的激光设备的功率为5～50W，优选10～20W。所述激光器可选用奥华激光科技有限公司型号为AHL-YAG-50W的激光器，该激光器激光波长为1064nm，最大功率为60W；大族激光的CO₂-530XP，该激光器波长为10.6μm，最大功率为30W；大族激光的绿激光打标机DP-G15，该激光器波长为532nm，最大功率为15W；大族激光的紫外激光打标机M355，该激光器波长为355nm。所述激光器不限于以上设备。

第一次化学镀铜厚度为1～50μm，化学镀铜的温度为30～60℃，时间为1～5h。

电镀铜加厚的厚度为10～35μm。

上述的上、下陶瓷层经原料分散、流延、干燥、冲型、排胶、烧结的工艺步骤制成，上陶瓷层厚度为0.3～0.8mm，优选0.4～0.6mm；下陶瓷层厚度为0.4～0.9mm，优选0.5～0.8mm。

上述的中间胶粘层的材质是环氧树脂或热导硅胶。

环氧树脂可以为芳香族环氧，如双酚A环氧、双酚F环氧、四酚基乙烷环氧、N，N，N′，N′-四环氧丙基-4，4′-二氨基二苯甲烷、P-(2，3-环氧丙氧基)-N，N-二(2，3-环氧丙基)苯胺；可以是脂肪族和脂环族环氧，如3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基羧酸酯、4-乙烯基-1-环己烯二环氧化物、二环戊二烯环氧化物、季戊四醇缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、1，6-环己二醇二缩水甘油醚、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、4，5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1，2-环氧十六烷、正丁基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚，丙三醇缩水甘油醚。

热导硅胶载体可以采用单组分脱醇，脱肟、脱酸型；双组分脱醇、脱羟胺、脱氢的有机硅树脂，导热硅胶的填充材料可以选择的是：Al₂O₃，AlN、Bi₂O₃、ZrO₂、BeO、ZnO、MgO、石英粉等绝缘导热材料；导热硅胶外购，厂家为Threebond，牌号为TB1530C。

所述的中间胶粘层采用点胶的方式制备，厚度为5～20μm，优选10～15μm。

本发明中陶瓷基板的具体生产工艺流程如下：

1)上陶瓷层：(原材料采用氧化铝或LTCC玻璃陶瓷)

原材料分散→流延→干燥→冲型→排胶→烧结(氧化铝烧结温度1600～1700℃，LTCC玻璃陶瓷烧结温度800～900℃)→表面处理。

2)下层陶瓷：(原材料采用氧化铝)

氧化铝分散→流延→干燥→冲型→排胶→烧结(1750～1900℃，N₂气氛烧结)→表面处理→激光加工→化学镀铜→电镀铜→化学镀镍→化学镀钯→化学镀金。

3)粘接

将上陶瓷层和下陶瓷层用胶粘材料粘接，室温固化7～15min。

采用本发明制备的大功率LED陶瓷散热基板，提高了大功率LED陶瓷散热基板的散热性能，增强了产品高低温冲击性能，采用激光表面处理加工线路的工艺提高了线路的制备精度和复杂度，增强了线路与基体的结合力，从而更好的满足了大功率LED散热基板的高精度电路设计与封装的要求。同时，除去了刻蚀等线路的制备工艺，从而大大提高了生产效率，减少了废水的排放，降低了对环境的污染，并可以制备精度更高，图形更复杂的线路。

Claims

1.提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，以上陶瓷基板的结构中包括上陶瓷层、下陶瓷层、以及中间胶粘层，所述的方法是在下陶瓷层烧结定型后进行金属化形成电路的工艺步骤中实现的，其特征在于：对下陶瓷层进行金属化的工艺采用激光加工工艺，下陶瓷层经过激光处理后的区域表面形成一层纳米级厚度(0.2-4nm)的金属铝薄膜层，再进行第一次化学镀铜步骤形成电路。

2.根据权利要求1所述的提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，其特征在于：在形成金属铝薄膜层后采用电镀铜工艺对线路进行加厚处理。

3.根据权利要求1所述的提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，其特征在于：所述的方法还包括在第一次化学镀铜步骤形成电路后，进行第二次化学镀镍、金、钯、银中的一种、或两种、或两种以上，做放老化处理。

4.根据权利要求1所述的提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，其特征在于：所述的激光加工工艺中采用的激光设备是气体激光器，或是固体激光器，或是半导体激光器。

5.根据权利要求4所述的提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，其特征在于：所述的激光设备的功率为5～50W。

6.根据权利要求1所述的提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，其特征在于：第一次化学镀铜厚度为1～50μm，化学镀铜的温度为30～60℃，时间为1～5h。

7.根据权利要求2所述的提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，其特征在于：电镀铜加厚的厚度为10～35μm。

8.根据权利要求1所述的提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，其特征在于：所述的上、下陶瓷层经原料分散、流延、干燥、冲型、排胶、烧结的工艺步骤制成，上陶瓷层厚度为0.3～0.8mm，下陶瓷层厚度为0.4～0.9mm。

9.根据权利要求1所述的提高大功率LED陶瓷基板散热效率的方法，其特征在于：所述的中间胶粘层的材质是环氧树脂或热导硅胶。