CN103325922B - 一种led封装方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED封装方法，包括以下步骤：（1）预处理；其中包括对玻璃盖板、膨胀合金和基板焊接区的表面进行预处理；（2）焊接；（a）金属与陶瓷焊接，首先将膨胀合金与基板组装放置在夹具中，陶瓷基板接阴极，膨胀合金接阳极，采用高频感应加热，将夹具放在交变磁场中，调节频率控制膨胀合金温度在200~300℃；施加700~900V的直流电压，维持温度、电压15~30min以后，将直流电压停止，将陶瓷基板与膨胀合金焊接在一起；（b）金属与玻璃焊接，将玻璃盖板移到膨胀合金上，膨胀合金接阳极，玻璃盖板接阴极，将夹具放在交变磁场中，施加600~900v的直流电压，维持温度、电压15~50min以后，将直流电压停止，焊接完成。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明领域，尤其是应用于UVLED或大功率的LED封装。
背景技术
LED即发光二极管，是一种固体半导体发光器件。随着LED技术的发展，LED的封装波段逐渐往近紫外甚至深紫外方向发展，而功率也往大功率方面发展。然而采用传统的有机硅胶材的封装，比如，直插式LED多采用环氧树脂封装，贴片式LED多采用硅树脂或硅胶封装，而此类有机硅材料在长时间服役条件下，由于水、光、热等因素的影响容易失效，导致器件的光通量、辐射通量等的急剧衰减，甚至导致器件失效。对于大功率LED集成光源来说，由于各种原因，如芯片发热、散热不足等情况，导致器件表面温度过高，进而导致器件失效。
目前UVLED主要集中在UVA和UVB波段，UVA波段，波长320～400nm，又称为长波黑斑效应紫外线。它有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料；UVB波段，波长275～320nm，又称为中波红斑效应紫外线。中等穿透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收。针对紫外光各个波段的特性，针对不同波段采用不同的封装方式，如UVA中385nm以上波段的UVLED主要是采用有机硅材料封装，385nm以下、UVB和UVC由于其高能量，对有机硅类材料中的苯基等一些集团具有破坏作用，长期服役中将导致器件最终失效。为提高低波段UVLED的使用寿命，采用无机方式封装是途径之一，但目前实现无机密封封装技术困难较大，其主要原因是温度的限制，以及材料各方面综合性能的制约。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种LED封装方法，在低温条件下，实现对LED器件或集成器件全无机材料封装，同时提高其使用寿命和稳定性。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种LED封装方法，包括以下步骤：
一种LED封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理；其中包括对用于封装的玻璃盖板表面进行预处理；对用于封接的膨胀合金表面进行预处理；对陶瓷基板焊接区进行预处理，焊接区以内为固晶区；
（2）焊接；（a）金属与陶瓷焊接，首先将膨胀合金与陶瓷基板组装放置在夹具中，陶瓷基板接阴极，膨胀合金接阳极，使用高频感应加热，具体的将夹具放在交变磁场中，调节频率控制膨胀合金温度在200~300℃；施加700~900V的直流电压，维持温度、电压15~30min以后，将直流电压停止，将陶瓷基板与膨胀合金焊接在一起；（b）金属与玻璃焊接，将玻璃盖板移到膨胀合金上，膨胀合金接阳极，玻璃盖板接阴极，将夹具放在交变磁场中，施加600~900v的直流电压，维持温度、电压15~50min以后，将直流电压停止，焊接完成。
本发明为了避免高温对芯片的破坏，在焊接时采用高频感应的加热方式。由于高频感应加热只对金属起作用，高频感应加热使得热源转变为金属本身，有利于陶瓷-膨胀合金、玻璃-膨胀合金界面之间形成过渡层。高频感应加热对器件在焊接过程中进行局部加热，从而使得温度对芯片的影响降低。
依据工件厚度决定高频感应加热的频率。如超高频感应加热电流频率达27兆赫兹，加热层极薄，仅约0.15mm。本发明适用高频感应加热，由于工件为铁系合金，磁导率较高，焊接过程中采用高频感应加热，电流频率控制在100-300千赫之间，加热厚度控制在0.5-1mm之间，确保焊接工件加热完全。
作为改进，陶瓷基板上可设一台阶为，旨在精确定位玻璃。同时陶瓷基板内部设有导通孔，导通孔内设置导电金属，借以实现焊接过程中的电压施加。
作为改进，所述基板为Al2O3或AlN陶瓷基。
作为改进，所述玻璃盖板为高硼玻璃或石英玻璃。
作为改进，所述膨胀合金为可伐合金，如GB4J29，其是一种Fe、Co、Ni系合金，相当于ASTMF15，UNSK94610）；该合金在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，和较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工。
作为改进，步骤（1）中，对玻璃盖板表面的预处理为：利用丙酮或酒精的有机溶剂清洗玻璃盖板，除去玻璃盖板表面的油渍，然后烘干。
作为改进，步骤（1）中，对膨胀合金的预处理为：对膨胀合金的焊接面进行抛光，要求表面粗糙度小于1.5μm，然后用丙酮酒精灯清洗烘干。有研究表明当工件焊接表面粗糙度Ra值≥1.5μm时，焊接面积将明显减少。
作为改进，所述焊接区外围设有通过高温烧结形成的陶瓷框体，使基板与框体之间形成台阶，用以精确定位膨胀合金和玻璃盖板，确保在焊接过程中，膨胀合金和玻璃盖板是配合一致的。
作为改进，步骤（2）中，膨胀金属与陶瓷焊接时需要施加压力，膨胀金属与玻璃盖板焊接时，施加压力，压力范围在0.5-10kg。有实验表明当实验压力小于0.5kg时，焊接材料间结合强度将下降。压力过大时容易导致陶瓷基板被压碎。
作为改进，本发明可应用于UVLED或大功率的LED封装。
为解决上述技术问题，本发明另一技术方案是：一种LED封装方法，包括以下步骤：
（1）预处理；其中包括对用于封装的玻璃盖板表面进行预处理；对用于封接的膨胀合金表面进行预处理；对AlSiC基板焊接区进行预处理，所述基板焊接区上设有陶瓷座；焊接区内为固晶区；
（2）焊接；（a）金属与陶瓷焊接，首先将膨胀合金与AlSiC基板组装放置在夹具中，陶瓷座接阴极，膨胀合金接阳极，将夹具放在交变磁场中，调节频率控制膨胀合金温度在200~300℃；施加700~900V的直流电压，维持温度、电压15~30min以后，将直流电压停止，将陶瓷座与膨胀合金焊接在一起；（b）金属与玻璃焊接，将玻璃盖板移到膨胀合金上，膨胀合金接阳极，玻璃盖板接阴极，将夹具放在交变磁场中，施加600~900v的直流电压，维持温度、电压15~50min以后，将直流电压停止，焊接完成。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
本发明为了避免高温对芯片的破坏，在焊接时采用高频感应的加热方式。由于高频感应加热只对金属其作用，高频感应加热使得热源转变为金属本身，有利于陶瓷-膨胀合金、玻璃-膨胀合金界面之间形成过渡层。高频感应加热对器件在焊接过程中进行局部加热，从而使得温度对芯片的影响降低。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
图2施例1Al2O3基板结构示意图。
图3为实施例1AlN基板结构示意图。
图4为实施例2AlSiC基板结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图2、3所示，一种UVLED，包括Al2O3/AlN陶瓷基板1、8，所述Al2O3/AlN陶瓷基板1、8中间设有凹槽形成固晶区，芯片4固定在所述凹槽内，在凹槽周围形成焊接区。如图3,为准确定位可伐合金、玻璃的位置，可在基板上烧结外壁，借以与基板构成定位卡槽，限定玻璃盖板的位置；外壁可以是陶瓷件或金属框体。
所述Al2O3/AlN陶瓷基板1、8上设有玻璃盖板3，玻璃盖板3的材质为高硼玻璃或石英玻璃，本实施例采用石英玻璃，对于石英玻璃有以下几种：1、ZS-1（远紫外光学石英玻璃）对应牌号JGS1，它是用高纯度氢氧熔化的光学石英玻璃，所以含有大量的羟基（2000ppm），具有优良的透紫外性能，特别是在短波紫外区，其透过性能远远地胜过所有其他玻璃，在185μm处的透过率可达90％，合成石英玻璃在2730nm处具有很强的吸收峰，无颗粒结构。是185—2500mμ波段范围内的优良光学材料。2、ZS-2（紫外光学石英玻璃）对应牌号JGS2，石英原料和氢氧焰生产的石英玻璃，含有几十ppm的金属杂质。在2730nm处有吸收峰（羟基含量100-200ppm），有条纹和颗粒结构。它是透过220—2500μm波段范围内的良好材料。3、HS（红外光学石英玻璃）对应牌号JGS3，用石英原料和真空电熔法生产的石英玻璃，含有几十ppm的金属杂质。有小气泡，颗粒结构和条纹，几乎不含（OH），具有较高的透红外性能，透过率高达85％以上，其应用波段范围260—3500μm的光学材料。
所述玻璃盖板3与Al2O3/AlN陶瓷基板1、8之间设有膨胀合金2，本实施例的膨胀合金2是一种Fe、Co、Ni系合金，如GB4J29，ASTMF15，UNSK94610。该合金在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，和较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工。
如图2所示，本发明的UVLED的封装方法包括以下步骤：
（1）预处理；其中包括对用于封装的玻璃盖板3表面进行预处理，利用丙酮或酒精的有机溶剂清洗玻璃盖板3，除去玻璃盖板3表面的油渍，然后烘干；
对用于封接的膨胀合金2表面进行预处理，对膨胀合金2的焊接面进行抛光，要求表面粗糙度小于1.5μm，然后用丙酮酒精灯清洗烘干；
对Al2O3/AlN陶瓷基板1/8焊接区进行预处理；
（2）焊接；（a）金属与陶瓷焊接，首先将膨胀合金2与基板组装放置在夹具中，Al2O3/AlN陶瓷基板1、8接阴极，由于陶瓷不导电，需要在Al2O3/AlN陶瓷基板1、8上钻导通孔5用于焊接电压的施加，膨胀合金2接阳极；将夹具放在交变磁场中，调节频率控制膨胀合金2温度在200~300℃；施加700~900V的直流电压，并同时施加大于0.5kg的压力，注意压力不能压坏器件；维持温度、电压15~30min以后，将直流电压停止，将Al2O3/AlN陶基板1、8与膨胀合金2焊接在一起；（b）金属与玻璃焊接，将玻璃盖板3移到膨胀合金2上，膨胀合金2接阳极，玻璃盖板3接阴极，将夹具放在交变磁场中，施加600~900v的直流电压，并同时施加大于0.5kg的压力，注意压力不能压坏器件；维持温度、电压15~50min以后，将直流电压停止，焊接完成。
本发明为了避免高温对芯片4的破坏，在焊接时采用高频感应的加热方式。由于高频感应加热只对金属其作用，高频感应加热使得热源转变为金属本身，有利于陶瓷-膨胀合金2、玻璃-膨胀合金2界面之间形成过渡层。高频感应加热对器件在焊接过程中进行局部加热，从而使得温度对芯片4的影响降低到最小。
实施例2
如图4所示，一种UVLED，包括导电的AlSiC基板6，所述AlSiC基板6中间设有凹槽形成固晶区，芯片4固定在所述凹槽内，在凹槽周围形成焊接区，所述焊接区上设有陶瓷座7，所述陶瓷座7上设有膨胀合金2，所述膨胀合金2上设有玻璃盖板3
玻璃盖板3的材质为高硼玻璃或石英玻璃，本实施例采用高硼玻璃。
由于AlSiC基板6无法实施焊接工艺，故其表面烧结一层陶瓷材料，之后实现与膨胀合金2的焊接。
所述玻璃盖板3与基板之间设有膨胀合金2，本实施例的膨胀合金2是一种Fe、Co、Ni系合金，如GB4J29，ASTMF15，UNSK94610；该合金在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，和较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工。
如图4所示，本发明的UVLED的封装方法包括以下步骤：
（1）预处理；其中包括对用于封装的玻璃盖板3表面进行预处理，利用丙酮或酒精的有机溶剂清洗玻璃盖板3，除去玻璃盖板3表面的油渍，然后烘干；
对用于封接的膨胀合金2表面进行预处理，对膨胀合金2的焊接面进行抛光，要求表面粗糙度小于1.5μm，然后用丙酮酒精灯清洗烘干；
对AlSiC基板6焊接区烧结一层陶瓷层7；
（2）焊接；（a）金属与陶瓷焊接，首先将膨胀合金2与基板组装放置在夹具中，陶瓷层7接阴极，膨胀合金2接阳极；将夹具放在交变磁场中，调节频率控制膨胀合金2温度在200~300℃；施加700~900V的直流电压，并同时施加大于0.5kg的压力，注意压力不能压坏器件；维持温度、电压15~30min以后，将直流电压停止，将陶瓷层7与膨胀合金2焊接在一起；（b）金属与玻璃焊接，将玻璃盖板3移到膨胀合金2上，膨胀合金2接阳极，玻璃盖板3接阴极，将夹具放在交变磁场中，施加600~900v的直流电压，并同时施加大于0.5kg的压力，注意压力不能压坏器件；维持温度、电压15~50min以后，将直流电压停止，焊接完成。
本发明为了避免高温对芯片4的破坏，在焊接时采用高频感应的加热方式。由于高频感应加热只对金属其作用，高频感应加热使得热源转变为金属本身，有利于陶瓷-膨胀合金2、玻璃-膨胀合金2界面之间形成过渡层。高频感应加热对器件在焊接过程中进行局部加热，从而使得温度对芯片4的影响降低到最小。
Claims (10)
1.一种LED封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理：其中包括对用于封装的玻璃盖板表面进行预处理；对用于封接的膨胀合金表面进行预处理；对陶瓷基板焊接区进行预处理，焊接区以内为固晶区；
（2）焊接：（a）金属与陶瓷焊接，首先将膨胀合金与陶瓷基板组装放置在夹具中，陶瓷基板接阴极，膨胀合金接阳极，使用高频感应加热，具体的将夹具放在交变磁场中，调节频率控制膨胀合金温度在200~300℃；施加700~900V的直流电压，维持温度、电压15~30min以后，将直流电压停止，将陶瓷基板与膨胀合金焊接在一起；（b）金属与玻璃焊接，将玻璃盖板移到膨胀合金上，膨胀合金接阳极，玻璃盖板接阴极，将夹具放在交变磁场中，施加600~900V的直流电压，维持温度、电压15~50min以后，将直流电压停止，焊接完成。
2.根据权利要求1所述的一种LED封装方法，其特征在于：所述陶瓷基板内部设有导通孔。
3.根据权利要求1所述的一种LED封装方法，其特征在于：所述基板为Al2O3或AlN陶瓷基板。
4.根据权利要求1所述的一种LED封装方法，其特征在于：所述玻璃盖板为高硼玻璃或石英玻璃。
5.根据权利要求1所述的一种LED封装方法，其特征在于：所述膨胀合金为可伐合金。
6.根据权利要求1所述的一种LED封装方法，其特征在于：步骤（1）中，对玻璃盖板表面的预处理为：利用丙酮或酒精的有机溶剂清洗玻璃盖板，除去玻璃盖板表面的油渍，然后烘干。
7.根据权利要求1所述的一种LED封装方法，其特征在于：步骤（1）中，对膨胀合金的预处理为：对膨胀合金的焊接面进行抛光，要求表面粗糙度小于1.5μm，然后用丙酮酒精灯清洗烘干。
8.根据权利要求1所述的一种LED封装方法，其特征在于：步骤（2）中，膨胀合金与陶瓷焊接时需要施加压力，膨胀合金与玻璃盖板焊接时，施加压力。
9.根据权利要求1所述的一种LED封装方法，其特征在于：应用于UVLED或大功率的LED封装。
10.一种LED封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理：其中包括对用于封装的玻璃盖板表面进行预处理；对用于封接的膨胀合金表面进行预处理；对AlSiC基板焊接区进行预处理，所述基板焊接区上设有陶瓷座；焊接区内为固晶区；
（2）焊接：（a）金属与陶瓷焊接，首先将膨胀合金与AlSiC基板组装放置在夹具中，陶瓷座接阴极，膨胀合金接阳极，将夹具放在交变磁场中，调节频率控制膨胀合金温度在200~300℃；施加700~900V的直流电压，维持温度、电压15~30min以后，将直流电压停止，将陶瓷座与膨胀合金焊接在一起；（b）金属与玻璃焊接，将玻璃盖板移到膨胀合金上，膨胀合金接阳极，玻璃盖板接阴极，将夹具放在交变磁场中，施加600~900v的直流电压，维持温度、电压15~50min以后，将直流电压停止，焊接完成。
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