CN103298268B - 一种led封装用陶瓷散热基座的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，包括以下步骤：S1在陶瓷基片的至少一表面依次涂覆油墨A和B，所述油墨A和油墨B在不同的溶液中具有不同的溶解性；S2用激光器在步骤S1得到的陶瓷基片涂覆有油墨A和油墨B的表面进行绘制电路图；S3将已经绘制电路图的陶瓷基片浸入活化液中进行活化；S4去除活化后的陶瓷基片表面的油墨B；S5将步骤S4得到的陶瓷基片进行金属化；S6去除油墨A。本发明的方法更为简便，涉及的技术容易掌握，所用设备更为常规，线路精度高。
Description
技术领域
本发明属于LED封装领域，尤其涉及一种LED封装用陶瓷散热基座的制备方法。
背景技术
随着LED封装功率的提高，产生的热量越来越多，要实现LED的大功率，高密度封装，必须对散热材料进行改进。铝基板由于其良好的散热性能在大功率封装方面迅速取代FR-4基板。但铝基板要在其上布线，必须加入一层热阻较高的有机层作为绝缘层，这层物质阻挡了热量快速的散失，阻碍更大功率LED的封装。目前比较一致的解决此问题的方法是使用陶瓷板，陶瓷板具有高绝缘强度，所以在其上形成电路不需要加入绝缘层，同时陶瓷材料也具有优异的热导率，比如高性能AlN陶瓷的热导率与金属铝不分上下。目前陶瓷板上布线的方式主要有厚膜法（HIC），薄膜法（DPC）及直接覆铜法（DBC）的方式。
厚膜法是在陶瓷表面丝网印刷导电浆料，为了让其和陶瓷结合良好，浆料中加入了大量的玻璃粉。玻璃粉的加入阻碍了导热导电性能。同时丝网印刷电路表面粗糙，线路精度受网板张力影响。直接覆铜法是在高温下铜和陶瓷通过铜氧共晶液相键合，其烧结温度高，烧结难度大，产品成本高。其上铜通常在100μm以上，蚀刻后线路解析度差，满足不了LED高集成密度的要求，主要应用在需要大电流（100A以上）通过的大功率控制模块。最为适合LED大功率封装的方法是薄膜法的方法，其本意就是直接镀铜法。但其要经过溅射镀膜，黄光显影，电镀加厚，蚀刻等步骤，所涉及的技术难度大，设备精度要求高，价格昂贵，投资大。
发明内容
本发明为解决现有的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法价格昂贵，投资大的技术问题，提供一种价格便宜的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法。本发明提供了一种LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1在陶瓷基片的至少一表面依次涂覆油墨A和B，所述油墨A和油墨B在不同的溶液中具有不同的溶解性；
S2用激光器在步骤S1得到的陶瓷基片涂覆有油墨A和油墨B的表面进行绘制电路图；
S3将已经绘制电路图的陶瓷基片浸入活化液中进行活化；
S4去除活化后的陶瓷基片表面的油墨B；
S5将步骤S4得到的陶瓷基片进行金属化；
S6去除油墨A。
本发明的方法更为简便，涉及的技术容易掌握，所用设备更为常规。本发明通过油墨B的保护，进行选择性活化。油墨A的作用是防止在化学镀铜的过程中，发生挂镀现象，即没有活化的部分也有铜颗粒沉积，同时，油墨A保证线路宽度，否则由于铜横向生长，导致线路超出设计宽度，甚至细导线之间导通。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1在陶瓷基片的至少一表面依次涂覆油墨A和B，所述油墨A和油墨B在不同的溶液中具有不同的溶解性；
S2用激光器在步骤S1得到的陶瓷基片涂覆有油墨A和油墨B的表面进行绘制电路图；
S3将已经绘制电路图的陶瓷基片浸入活化液中进行活化；
S4去除活化后的陶瓷基片表面的油墨B；
S5将步骤S4得到的陶瓷基片进行金属化；
S6去除油墨A。
本发明的方法与DPC最大的区别在于形成线路的方法不同，DPC需要进行溅射镀膜，贴膜，曝光，显影，蚀刻等步骤，而本方法只需使用激光进行绘制电路图，通过保护油墨B选择性活化，通过A油墨保证线路精度及成品率。同时由于激光对陶瓷表面具有粗化作用，进一步提高了铜和陶瓷的结合力。
根据本发明所提供的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，优选地，所述油墨A在有机溶剂中溶解，而对酸、碱具有稳定性的油墨。更优选地，所述油墨A为抗酸碱蚀刻油墨。所述油墨A的去除方法为将陶瓷基片放入含CCl4或二甲苯的溶液中超声清洗30-60S。
根据本发明所提供的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，优选地，所述油墨B在弱碱中容易分解，而对酸性条件下稳定。更优选地，所述油墨B为抗酸蚀刻油墨。所述油墨B的去除方法为将覆有两层油墨的陶瓷基片放入0.1mol/l的NaOH的溶液，超声清洗1-3min。
根据本发明所提供的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，优选地，在涂覆油墨B之前对涂覆的油墨A进行固化，固化温度为80-110℃，时间为30-90min。
根据本发明所提供的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，优选地，对步骤S1中涂覆的油墨B进行固化，固化的温度为80-110℃，时间为30-90min。
根据本发明所提供的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，优选地，所述陶瓷基片为Al2O3、AlN、ZrO2和SiC中的至少一种。
本发明涉及的制备方法的具体步骤如下：
步骤1、陶瓷片清洗及粗化
将陶瓷片放在除油剂中超声除油数分钟，然后放入粗化液中进行粗化。其除油剂可以是有机溶剂乳化除油，也可以是碱性溶液皂化除油或是两者。粗化液可以是酸性的，也可以是碱性的，这与陶瓷材料本身的性质有关，比如氧化铝陶瓷就适合用酸性粗化液，氮化铝就比较适合用碱性粗化液。粗化程度依据对粗糙度或金属与陶瓷的附着力要求而定。
步骤2、陶瓷表面涂覆油墨
在陶瓷一面或两面先丝网印刷或喷涂一层油墨A，一面油墨A或两面油墨A取决于是单面线路还是双面线路。然后经烘箱或UV固化。之后在油墨A表面丝网印刷或喷涂一层油墨B，经过烘烤或UV进行固化。涂覆油墨优选丝网印刷，以便形成厚度均匀的保护层。
步骤3、激光绘制电路图
根据设计图纸用绘图工具绘制线路图，然后转换为激光器可以识别的格式，或直接用激光器自带软件绘制线路图。用定位夹具固定好涂覆油墨的陶瓷片（需要形成线路的一面在上）后，开启激光，调整好打标参数后进行绘图。
步骤4、陶瓷选择性活化
将绘制完图形的陶瓷片依次浸入敏化、活化或一步可以活化的溶液中进行活化处理。之后用水冲洗干净，放入0.1mol/l的NaOH的溶液超声1-3分钟去除油墨B，等油墨B完全溶解或分散到溶液中时取出陶瓷片，此时只剩一层油墨A，同时只有经过激光绘制露出陶瓷的部分被活化。这样完成了陶瓷选择性活化。
步骤5、金属化
首先将上述步骤4处理过的样品放入镀液中，使活化过的陶瓷表面形成一层金属，此后根据需要，通过继续化学镀或电镀金属的方法加厚线路层。步骤6、油墨A的去除及清洗
将金属化的陶瓷片浸入含CCl4或二甲苯的溶液中去除油墨A，超声清洗30-60秒直到油墨A去除干净，最后将产品经过超声清洗，吹干。
步骤7、印刷白色阻焊油墨
根据图纸要求选择性丝网印刷阻焊油墨并固化，或在整个表面印刷阻焊油墨，经过曝光，显影，露出焊盘。
步骤8、产品分切，包装
根据图纸设定程序，应用大功率激光切割器将上述具有陶瓷线路板的产品进行划片，最后检验、包装。
下面通过具体的实验作为示例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
将114×114×0.38mm3的Al2O3陶瓷流延片在丙酮中超声清洗3min；之后转移到酸性粗化溶液中在50℃粗化90min，然后冲洗干净并烘干；丝网印刷A油墨，经过UV固化后在其一面丝网印刷B油墨，然后在110℃烘烤30min，待冷却到室温后，在其另外一面印刷B油墨，同样在110℃烘烤30min；用绘图软件绘制线路图，导入到激光器控制软件中，调整好激光焦距，设定好激光打标参数，将上述步骤处理后的陶瓷片放到夹具上固定，开启激光进行绘制电路图；打标完成后，将其浸入到酸基胶体钯活化液中进行活化1min。之后用自来水冲洗陶瓷片，以免残留的活化液带入镀铜溶液中。接着将其放入0.1molNaOH溶液中超声清洗3min中，这时油墨A已经和油墨B分离，分散到溶液中，拿出陶瓷板在清水中冲洗后，直接放入化学镀铜溶液中在48℃镀铜5h，之后转移到镀镍溶液中在88℃镀镍30min，最后在镀金溶液中镀金10min；将上述样品浸入CCl4溶液中，超声数分钟，完全去除A。之后在去离子水中超声清洗数分钟，并烘干。经过上述步骤，完成了陶瓷金属化，接下来，丝网印刷永翰科技FOTOCHEMFSR-8000LED-529白色阻焊油墨，并将挡墙和线路板叠合，并在80℃烘烤50min，切割之后所得样品A1。
实施例2
将40×40×0.635mm3的AlN陶瓷流延片在丙酮中超声清洗3min；之后转移到酸性粗化溶液中在50℃粗化90min，然后冲洗干净并烘干；丝网印刷A油墨，经过UV固化后在其一面丝网印刷B油墨，然后在110℃烘烤30min，待冷却到室温后，在其另外一面印刷B油墨，同样在110℃烘烤30min；用绘图软件绘制15×15mm2的区域及10条宽度为0（设定值），之间间距是线宽(实际宽度)2倍的线条，导入到激光器控制软件中，调整好激光焦距，设定好激光打标参数，将上述步骤处理后的陶瓷片放到夹具上固定，开启激光进行绘制电路图；打标完成后，将其浸入到酸基胶体钯活化液中进行活化1min。之后用自来水冲洗陶瓷片，以免残留的活化液带入镀铜溶液中。接着将其放入0.1molNaOH溶液中超声清洗2min中，这时油墨A已经和油墨B分离，分散到溶液中，拿出陶瓷板在清水中冲洗后，直接放入化学镀铜溶液中在48℃镀铜5h，镀铜结束后将上述样品浸入CCl4溶液中，超声数分钟，完全去除A。最后用去离子水中超声清洗数分钟，并烘干。经过上述步骤，完成了陶瓷金属化，所得产品为A2。
实施例3
将40×40×0.635mm3的ZrO2陶瓷流延片在丙酮中超声清洗3min；之后转移到碱性粗化溶液中在50℃粗化30min，然后冲洗干净并烘干；丝网印刷A油墨，经过UV固化后在其一面丝网印刷B油墨，然后在110℃烘烤30min，待冷却到室温后，在其另外一面印刷B油墨，同样在110℃烘烤30min；用绘图软件绘制15×15mm2的区域及10条宽度为0（设定值），之间间距是线宽(实际宽度)2倍的线条，导入到激光器控制软件中，调整好激光焦距，设定好激光打标参数，将上述步骤处理后的陶瓷片放到夹具上固定，开启激光进行绘制电路图；打标完成后，将其浸入到酸基胶体钯活化液中进行活化1min。之后用自来水冲洗陶瓷片，以免残留的活化液带入镀铜溶液中。接着将其放入0.1molNaOH溶液中超声清洗1min中，这时油墨A已经和油墨B分离，分散到溶液中，拿出陶瓷板在清水中冲洗后，直接放入化学镀铜溶液中在48℃镀铜5h，镀铜结束后将上述样品浸入CCl4溶液中，超声数分钟，完全去除A。最后用去离子水中超声清洗数分钟，并烘干。经过上述步骤，完成了陶瓷金属化，所得产品为A3。
对比例1
将陶瓷基板进行清洗干净，用物理气相沉积（PVD）的方法在其上沉积一层薄铜，厚度为1微米以下；贴曝光膜，黄光室曝光，显影，在显影后露出的铜表面化学镀或电镀加厚。之后将未曝光的膜层去掉，控制好蚀刻速度，正好将底层铜蚀刻掉，这样也就只剩电路部分。所得产品为CA1。
测试方法及结果
1、根据标准ASTMD3359-02将样品A1-A3及CA1镀铜15×15mm2的区域用百格刀横向划6条平行线，纵向划6条平行线，间距为1mm，在这些线交汇的地方便形成了1×1mm2的格子，然后用3M600胶带粘接到格子的区域，用力挤压，使中间无气泡残留，等待1min之后，以60°角迅速将胶带撕开，观察胶带和陶瓷表面铜膜变化情况。结果见表1。
2、将样品A1-A3及CA1放到影像仪（PJ）下观察。结果见表1。
表1
| A1 | A2 | A3 | CA1 | |
| 附着力 | 5B | 5B | 5B | 4B |
| 线宽（μm） | 044.3 | 44.4 | 44.9 | 100 |
| 线距（μm） | 43.2 | 48 | 40.8 | 100 |
从表1中可以看出，用本发明的方法制备的基座的附着力级别均为最高级别5B：切割边缘平滑，无一格脱落。并且发现线路清晰，线宽和线距都不到50μm，线路精度高。而对比例1的方法制备的基座的附着力为4B，线宽和线距都达到100μm，线路精度低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1在陶瓷基片的至少一表面依次涂覆油墨A和B，所述油墨A和油墨B在不同的溶液中具有不同的溶解性；
S2用激光器在步骤S1得到的陶瓷基片涂覆有油墨A和油墨B的表面进行绘制电路图；
S3将已经绘制电路图的陶瓷基片浸入活化液中进行活化；
S4去除活化后的陶瓷基片表面的油墨B；
S5将步骤S4得到的陶瓷基片进行金属化；
S6去除油墨A。
2.根据权利要求1所述的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，所述油墨A在有机溶剂中溶解，而对酸、碱具有稳定性的油墨。
3.根据权利要求2所述的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，所述油墨A为抗酸碱蚀刻油墨。
4.根据权利要求1所述的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，所述油墨B在弱碱中容易分解，而对酸性条件下稳定。
5.根据权利要求4所述的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，所述油墨B为抗酸蚀刻油墨。
6.根据权利要求1所述的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，所述去除油墨B的方法为将覆有两层油墨的陶瓷基片放入0.1mol/l的NaOH的溶液，超声清洗1-3min。
7.根据权利要求1所述的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，所述去除油墨A的方法为将陶瓷基片放入含CCl4或二甲苯的溶液中超声清洗30-60S。
8.根据权利要求1所述的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，在涂覆油墨B之前对涂覆的油墨A进行固化，固化温度80-110℃，时间为30-90min。
9.根据权利要求1所述的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，对步骤S1中涂覆的油墨B进行固化，固化的温度为80-110℃，时间为30-90min。
10.根据权利要求1所述的LED封装用陶瓷散热基座的制备方法，其特征在于，所述陶瓷基片为Al2O3、AlN、ZrO2和SiC中的至少一种。
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