CN103208577A - 带凹杯led氮化铝陶瓷支架的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带凹杯LED氮化铝陶瓷支架的制备方法，主要包含超声清洗、真空镀膜、激光布线、电镀加厚、化学蚀刻、镀镍及镀金/银等步骤。由于采用具有高导热系数的氮化铝陶瓷作为基材，故散热性好；由于采用真空溅镀进行表面金属化，并配合溅镀合适厚度的钛层和铜层，因此各金属层附着力高；由于采用高精密度激光加工技术对陶瓷金属化部分进行有选择的去除，故可在陶瓷凹杯内形成细微立体的导电线路；由于采用电镀技术加厚，因此线路层表面平整光滑；由于采用带凹杯的结构形式，因此对封装设备和技术要求简单。本发明重复性好，成本低，产品结构精细，散热性好，布线精度高，可实现LED裸晶的直接贴装，产品在大功率LED封装领域具有广阔的应用前景。

Description

带凹杯LED氮化铝陶瓷支架的制备方法

技术领域

本发明涉及LED支架领域技术，尤指一种可获得具有高导热性、高布线精度的带凹杯氮化铝陶瓷支架的制备方法。

背景技术

LED支架是一种底座电子元件，是LED封装的重要元件之一，主要为LED芯片及其相互联线提供机械承载、支撑、气密性保护和促进LED器件散热等功能。近年来，随着半导体材料和封装工艺的完善、光通量和出光效率的提高，功率型LED已在城市景观、交通标志、LCD背光源、汽车照明、广告牌等特殊照明领域得到应用，并向普通照明市场迈进。然而，随着LED芯片输入功率的不断提高，大耗散功率带来的大发热量及要求高的出光效率给LED支架提出了更新、更高的要求。对高功率LED产品来讲，其芯片支架要求具有高电绝缘性、高稳定性、高导热性及与芯片匹配的热膨胀系数(CTE)、平整性和较高的强度。

陶瓷材料具有高的导热系数、与LED芯片相近的热膨胀系数、高耐热及抗紫外辐射等特点，能有效地解决热歪斜及黄化问题，应用于LED支架极具竞争力。采用低温共烧技术制备的LTCC陶瓷支架在LED产业中已经被使用，但LTCC为了降低烧结温度，于材料中加入了玻璃材料,使整体的热传导率降低至2～3W/mK之间。再者，LTCC 使用网印方式印制线路，使线路本身具有线径宽度不够精细、以及网版张网问题，导致线路精准度不足、表面平整度不佳等现象，加上多层叠压烧结又有基板收缩比例的问题要考量，并不符合高功率小尺寸的需求。基于薄膜技术开发的直接镀铜陶瓷板（DPC）部分解决了上述问题，其工艺为在高导热的氧化铝陶瓷板上采用真空溅镀方式镀上薄铜，再以黄光微影工艺完成导电线路布置。薄膜法具备了线路高精准度与高表面平整度的特性，在微电子封装尤其是高功率、小尺寸LED陶瓷封装中得到了应用。薄膜法采用的黄光微影技术都只能在平板上进行布线，其工艺局限性使得它们无法在带凹杯的立体结构氮化铝陶瓷表面布置精细的立体线路，而平板型陶瓷支架对封装技术要求极高，封装设备也非常昂贵；此外，黄光微影中显影等湿法制程会引起氮化铝陶瓷的氧化和水解，导致导热系数严重下降。以上问题严重阻碍了其在大功率LED封装领域的应用与发展。因此，开发出同时具有高导热性、高布线精度的带凹杯氮化铝陶瓷支架将极大促进高功率LED在照明领域的应用和推广。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种带凹杯LED氮化铝陶瓷支架的制备方法，能有效解决现有LED支架无法兼顾采用带凹杯结构形式及高导热氮化铝陶瓷材料的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种带凹杯LED氮化铝陶瓷支架的制备方法，包括以下步骤：

（1）清洗，对带凹杯氮化铝陶瓷片进行清洗，去除陶瓷片表面的杂质和沾污；

（2）真空溅镀，以真空溅镀方式在带凹杯氮化铝陶瓷片表面依序形成一钛层以及一铜层； 

（3）激光布线，利用激光在镀膜后的带凹杯氮化铝陶瓷片表面有选择地去除部分金属层，形成细微立体的线路图案；

（4）电镀加厚，在成形的立体线路图案上电镀铜加厚，形成铜线路；

（5）化学蚀刻，采用化学蚀刻方式去除氮化铝陶瓷表面除铜线路以外的钛层及铜层，在带凹杯氮化铝陶瓷片上获得细微立体导电线路层；

作为一种优选方案，所述带凹杯陶瓷片的主要成分为具有高导热系数的氮化铝陶瓷。

作为一种优选方案，步骤（2）中真空溅镀所形成的该钛层厚度为0.02～0.1μm；铜层厚度为0.5～1.0μm。

作为一种优选方案，进一步包括有以下步骤：

（7）镀镍，在前述陶瓷基板和铜线路的表面镀上镍层；

（8）镀金/银，在前述镍层的表面镀上金层或者银层。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

由于采用具有高导热系数氮化铝陶瓷作为基材，故而散热性好；由于采用真空溅镀进行表面金属化，并配合溅镀合适厚度的钛层和铜层，因此各金属层附着力高；由于采用高精密度激光加工技术对氮化铝陶瓷表面线路轮廓处的金属进行有选择的去除，故可在氮化铝陶瓷凹杯内形成细微立体的导电线路，更可减少显影等湿法制程中氮化铝陶瓷的氧化及水解等问题;由于采用电镀技术加厚,因此线路层表面平整光滑；由于采用带凹杯的结构形式，因此对封装设备和技术要求简单。本发明制备方法重复性好，成本低，产品结构精细，散热性好，布线精度高，可实现LED裸晶的直接贴装,产品在大功率LED封装领域具有广阔的应用前景。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明：

附图说明

图1是本发明之较佳实施例的工艺流程图；

图2是本发明之较佳实施例的产品结构立体图；

图3是本发明之较佳实施例中制作过程的第一状态示意图；

图4是本发明之较佳实施例中制作过程的第二状态示意图；

图5是本发明之较佳实施例中制作过程的第三状态示意图；

图6是本发明之较佳实施例中制作过程的第四状态示意图；

图7是本发明之较佳实施例中制作过程的第五状态示意图；

图8是本发明之较佳实施例中制作过程的第六、七状态示意图。

附图标识说明：

10、带凹杯氮化铝陶瓷片              20、铜线路

30、钛层                            40、镍层

50、金层或银层                      201、铜层。

具体实施方式

请参照图1至图8所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有带凹杯氮化铝陶瓷片10以及设置于带凹杯氮化铝陶瓷片10上的铜线路20。

如图2所示，该带凹杯氮化铝陶瓷片10的主要成分为具有高导热系数的氮化铝（AlN），符合高功率密度电子封装器件散热性的要求。

该铜线路20与带凹杯氮化铝陶瓷片10之间设置有钛层30，该钛层30将铜线路20与带凹杯氮化铝陶瓷片10粘结在一起，该钛层30的厚度为0.02～0.1μm；以及，该铜线路20的表面镀有镍层40，该镍层40的表面上镀有金层或银层50。

详述本实施例带凹杯LED陶瓷支架的制作过程，包括有清洗；真空溅镀；激光布线；电镀加厚；化学蚀刻；镀镍；镀金/银等步骤，具体如下：

（1）清洗，如图3所示，对立体成形带凹杯氮化铝陶瓷片10进行清洗，以去除陶瓷表面的杂质和沾污；

（2）真空溅镀，如图4所示，以真空溅镀方式在带带凹杯氮化铝陶瓷片10表面依序形成一钛层30以及一铜层201；该钛层30的厚度为0.02～0.1μm，溅镀所形成的铜层201厚度为0.5～1.0μm；在磁控溅射过程中，如果钛层30和铜层201过薄，附着力将下降；但如果增加钛层30和铜层201厚度，溅射时间将延长，生产效率将下降；此外，激光布线时无法将线路轮廓处的金属层去除干净，造成线路短路等不良。

（3）激光布线，如图5所示，利用激光在镀膜后的带凹杯氮化铝陶瓷片10表面有选择地去除部分金属钛层30和铜层201，细微的激光束根据软件中输入的图案数据沿带凹杯氮化铝陶瓷片10表面起伏，去除线路轮廓处的金属钛层30和铜层201，形成细微立体的线路图案；通过修改软件中的图案数据就可以实现线路的改变。

（4）电镀加厚，如图6所示，在成形的立体线路图案上电镀铜加厚，形成铜线路20；由于铜线路20轮廓处的金属层被激光去除，铜线路20之外的金属钛层30和铜层201因断路而保持原来厚度。

（5）化学蚀刻，如图7所示，采用化学蚀刻方式去除带凹杯陶瓷片10除铜线路20以外的钛层30及铜层201。

（6）镀镍，在前述铜线路20的表面镀上镍层40，该镍层40是为避免铜线路20中的铜离子迁移至后续形成的金层或者银层50中。

（7）镀金/银，是于前述铜线路20的表面再镀上金层或者银层50，此时带凹杯氮化铝陶瓷支架将符合高功率LED封装的要求。

经过上述步骤后制得的带凹杯LED陶瓷支架至少具备以下优点：

1、兼顾带凹杯立体结构及高导热陶瓷材质：现通过前述激光布线步骤采用具有微米级光斑直径的激光束沿带凹杯氮化铝陶瓷片表面进行高精密度加工，使得以往在高导热陶瓷基材上难以实现的细微立体布线成为可能。

2、线路光滑平整，结合力强：现通过前述电镀加厚及化学蚀刻步骤形成的线路表面光滑平整，结合高度的电路密集性，可实现稳定的LED裸晶封装和打线贴合；另外，通过清洗和溅镀厚度为0.02～0.1μm钛过渡层，使得线路与陶瓷表面的结合力更强，产品的使用性能更佳。

3、具高导热效率及电气特性：由于本发明在氮化铝陶瓷表面以电镀方式形成适当厚度的铜线路，电传导效率佳，而铜线路层本身具有理想的导热效果，因此具备理想的导电性、散热性以及稳定的物理特性。

4、线路制作方便快捷、成本低：由于本发明通过高精密度激光加工技术实现细微立体图案，再以电镀方式直接形成适当厚度的铜线路，只需通过修改软件中的数据就可以方便地更改线路图，因此线路制作方便快捷，工序简单，有效缩短了制造周期，降低制造成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种带凹杯LED氮化铝陶瓷支架的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）清洗，对带凹杯氮化铝陶瓷片进行清洗，去除陶瓷片表面的杂质和沾污；

（2）真空溅镀，以真空溅镀方式在带凹杯氮化铝陶瓷片表面依序形成一钛层以及一铜层； 

（3）激光布线，利用激光在镀膜后的带凹杯氮化铝陶瓷片表面有选择地去除部分金属层，形成细微立体的线路图案；

（4）电镀加厚，在成形的立体线路图案上电镀铜加厚，形成铜线路；

（5）化学蚀刻，采用化学蚀刻方式去除氮化铝陶瓷表面除铜线路以外的钛层及铜层，在带凹杯氮化铝陶瓷片上获得细微立体导电线路层；

根据权利要求1所述的带凹杯LED氮化铝陶瓷支架的制备方法，其特征在于：所述带凹杯陶瓷片的主要成分为具有高导热系数的氮化铝陶瓷。

2.根据权利要求1所述的带凹杯LED氮化铝陶瓷支架的制备方法，其特征在于：步骤（2）中真空溅镀所形成的该钛层厚度为0.02～0.1μm；铜层厚度为0.5～1.0μm。

3.根据权利要求1所述的带凹杯LED氮化铝陶瓷支架的制备方法，其特征在于：进一步包括有以下步骤：

（7）镀镍，在前述陶瓷基板和铜线路的表面镀上镍层；

（8）镀金/银，在前述镍层的表面镀上金层或者银层。

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