CN104183689A - 一种用于led倒装固晶的基板及利用其固晶制备led的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于LED倒装固晶的基板及利用其固晶制备LED的方法，涉及用于LED倒装固晶的基板及利用其固晶制备LED的方法。本发明解决现有用于LED倒装固晶的基板使用过程中会出现孔洞及断层的问题。基板由绝缘载体、导电金属层、反应金属层及反光金属层组成。利用其固晶制备LED的方法：将锡膏分别涂覆至间隙两侧，并放置LED芯片，加热至锡膏熔化，冷却至室温，得到利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备的LED。本发明用于一种用于LED倒装固晶的基板及利用其固晶制备LED。
Description
技术领域
本发明涉及用于LED倒装固晶的基板及利用其固晶制备LED的方法。
背景技术
随着发光二极管(LED)的日益普及，人们对其光品质、性能、可靠性等方面的要求越来越高。现有LED倒装固晶工艺如AuSn共晶焊、Ag浆烧结等存在效率低、成本高、可靠性差等缺点。相比之下，以Sn-Ag-Cu等锡膏回流焊的固晶工艺前景最好，可广泛应用于倒装LED支架封装，Chip on Board(COB)封装、Chip on Flexible(COF)封装等。但是由于Ag反射率较高，在传统正装支架封装和COB封装中普遍用于基板表层反光材料。其做法是在作为电路联通的Cu表层通过电镀、溅射等方式覆一厚度1-5微米的Ag层。随着LED倒装固晶工艺的进展，这种基板金属层结构被用于采用锡膏回流焊的固晶工艺的倒装LED封装。常见的结构如支架封装结构中的Ag/Cu/环氧树脂，COB封装结构中的Ag/Cu/AlN及Ag/Cu/Al2O3等。相应地，需要更加优化的固晶及封装工艺。通过一系列研究，现有用于LED倒装固晶的基板金属，Cu表面Ag层厚度约为2μm。当采用Sn-Ag-Cu锡膏回流焊时，根据锡膏量及焊接工艺的不同，焊点界面组织存在两种情况。一是锡膏量少，焊接时间短的情况下。焊接过程中焊点界面处的Ag未完全溶解至液态焊料内。此时在焊料与基板表面的Ag层间形成Ag3Sn金属间化合物。在LED服役过程中，Ag层逐渐向焊料内扩散，并使Ag3Sn金属间化合物厚度增长。当Ag层由于扩散而完全消耗时，在Ag3Sn金属间化合物与Cu层间出现孔洞及断层。另一种情况是锡膏量多，焊接时间较长的情况下。基板Cu表面Ag层在焊接过程中完全溶解至液态焊料内。此时在焊料与基板Cu层间形成的金属间化合物为Cu6Sn5。在LED服役过程中，Cu层逐渐向焊料内扩散，并使Cu6Sn5金属间化合物厚度增长。同时在Cu6Sn5金属间化合物于基板Cu层间形成新的化合物层Cu3Sn。Cu3Sn金属间化合物的出现及粗化会导致大量孔洞的出现并造成断层。发现此种Ag/Cu金属层结构在回流焊过程中与焊料间接头抗高温时效性能差，极易在界面处形成孔洞及脱层，严重影响其长期可靠性。
发明内容
本发明是要解决现有用于LED倒装固晶的基板使用过程中会出现孔洞及断层的问题，而提供了一种用于LED倒装固晶的基板及利用其固晶制备LED的方法。
一种用于LED倒装固晶的基板由绝缘载体、导电金属层、反应金属层及反光金属层组成；绝缘载体上层设有导电金属层，导电金属层上设有反应金属层，反应金属层上设有反光金属层，且导电金属层、反应金属层及反光金属层的中间位置设有贯通的间隙。
利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备LED的方法步骤如下：
将锡膏通过印刷或点胶方式分别涂覆至用于LED倒装固晶的基板上层的间隙两侧，然后在锡膏处放置LED芯片，并将涂覆有锡膏的用于LED倒装固晶的基板加热至锡膏熔化，熔化5s以上后冷却至室温，得到利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备的LED。
本发明的优点：本发明通过基板表层金属结构与成分设计，结合优化的焊接工艺，在保障基板高反射率的同时，实现了焊接接头界面组织结构的控制，有效抑制LED长期服役过程中界面孔洞及脱层。焊后的LED结构内锡膏所处位置的Ag完全溶解于焊料内部，避免了由于残留Ag层扩散形成的孔洞及断层。此时的焊料与基板金属层的界面反应主要基于焊料内的Sn与基板上的反应金属层。以该反应金属层为Ni为例，该界面反应形成的金属间化合物具有很高的稳定性，可以避免LED长期服役过程中由于Cu3Sn的形成及粗化造成的孔洞问题。从而使LED寿命大幅提升。此外，除了与焊料接触的位置以外，基板表层的Ag并未溶解。可以为LED提供极高的光反射率，从而提升LED的光效。
附图说明
图1为本发明一种用于LED倒装固晶的基板结构示意图；
图2为本发明在基板相应位置涂覆锡膏后结构示意图；
图3为本发明在涂覆锡膏位置上放置LED芯片未焊接结构示意图；
图4为本发明在涂覆锡膏位置上放置LED芯片焊接后结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1，本实施方式是一种用于LED倒装固晶的基板由绝缘载体1、导电金属层2、反应金属层3及反光金属层4组成；绝缘载体1上层设有导电金属层2，导电金属层2上设有反应金属层3，反应金属层3上设有反光金属层4，且导电金属层2、反应金属层3及反光金属层4的中间位置设有贯通的间隙5。
反应金属层3用于与锡膏6反应，同时形成稳定的金属间化合物。
间隙5宽度取决于LED芯片两电极间隙宽度，应保证该间隙5宽度小于或等于LED芯片电极宽度。
本具体实施方式的优点：本具体实施方式通过基板表层金属结构与成分设计，结合优化的焊接工艺，在保障基板高反射率的同时，实现了焊接接头界面组织结构的控制，有效抑制LED长期服役过程中界面孔洞及脱层。焊后的LED结构内锡膏6所处位置的Ag完全溶解于锡膏6内部，避免了由于残留Ag层扩散形成的孔洞及断层。此时的锡膏6与基板金属层的界面反应主要基于锡膏6内的Sn与基板上的反应金属层3。以该反应金属层3为Ni为例，该界面反应形成的金属间化合物具有很高的稳定性，可以LED避免长期服役过程中由于Cu3Sn的形成及粗化造成的孔洞问题。从而使LED寿命大幅提升。此外，除了与焊料接触的位置以外，基板表层的Ag并未溶解。可以为LED提供极高的光反射率，从而提升LED的光效。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：所述的绝缘载体1为陶瓷、玻璃或高分子材料。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点在于：所述的导电金属层2为Cu导电金属层。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点在于：所述的反应金属层3为Ni金属层；所述的反应金属层3厚度为2μm-5μm。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点在于：所述的反光金属层4为Ag金属层；所述的反光金属层4厚度为500nm-2μm。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点在于：所述的间隙5的宽度为100μm-500μm。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：结合图2至图4，本实施方式是利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备LED的方法步骤如下：
将锡膏6通过印刷或点胶方式分别涂覆至用于LED倒装固晶的基板上层的间隙5两侧，然后在锡膏6处放置LED芯片7，并将涂覆有锡膏6的用于LED倒装固晶的基板加热至锡膏6熔化，熔化5s以上后冷却至室温，得到利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备的LED。
在锡膏6处放置LED芯片7，保证该LED芯片7的两个电极与所涂覆锡膏6充分接触。并将涂覆有锡膏6的绝缘载体1焊接加热至锡膏6熔化，熔化5s以上后冷却至室温，得到利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备的LED。该焊接过程可以通过回流炉，加热板等任意加热方式。但应保证锡膏6熔化后有5s以上的时间维持在液态，以保证焊接过程中锡膏与反光金属层4接触部位的Ag完全溶解于液态焊料。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七的不同点在于：所述的锡膏6为Sn-Ag-Cu系锡膏或Sn-Bi低温锡膏。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八之一的不同点在于：所述锡膏6与反光金属层4的厚度比大于100:1。其它与具体实施方式七或八相同。
为保证焊接过程中锡膏6与基板接触部位的Ag完全溶解于液态锡膏6，锡膏6厚度与反光金属层4 Ag层厚度比大于100:1，以保障焊接过程中液态锡膏6与反光金属层4 Ag层间存在足够的浓度梯度。
Claims (9)
1.一种用于LED倒装固晶的基板，其特征在于：一种用于LED倒装固晶的基板由绝缘载体(1)、导电金属层(2)、反应金属层(3)及反光金属层(4)组成；绝缘载体(1)上层设有导电金属层(2)，导电金属层(2)上设有反应金属层(3)，反应金属层(3)上设有反光金属层(4)，且导电金属层(2)、反应金属层(3)及反光金属层(4)的中间位置设有贯通的间隙(5)。
2.根据权利要求1所述的一种用于LED倒装固晶的基板，其特征在于：所述的绝缘载体(1)为陶瓷、玻璃或高分子材料。
3.根据权利要求1所述的一种用于LED倒装固晶的基板，其特征在于：所述的导电金属层(2)为Cu导电金属层。
4.根据权利要求1所述的一种用于LED倒装固晶的基板，其特征在于：所述的反应金属层(3)为Ni金属层；所述的反应金属层(3)厚度为2μm-5μm。
5.根据权利要求1所述的一种用于LED倒装固晶的基板，其特征在于：所述的反光金属层(4)为Ag金属层；所述的反光金属层(4)厚度为500nm-2μm。
6.根据权利要求1所述的一种用于LED倒装固晶的基板，其特征在于：所述的间隙(5)的宽度为100μm-500μm。
7.利用权利要求1所述的一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备LED的方法，其特征在于利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备LED的方法步骤如下：
将锡膏(6)通过印刷或点胶方式分别涂覆至用于LED倒装固晶的基板上层的间隙(5)两侧，然后在锡膏(6)处放置LED芯片(7)，并将涂覆有锡膏(6)的用于LED倒装固晶的基板加热至锡膏(6)熔化，熔化5s以上后冷却至室温，得到利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备的LED。
8.根据权利要求7所述的利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备LED的方法，其特征在于：所述的锡膏(6)为Sn-Ag-Cu系锡膏或Sn-Bi低温锡膏。
9.根据权利要求7所述的利用一种用于LED倒装固晶的基板固晶制备LED的方法，其特征在于：所述锡膏(6)与反光金属层(4)的厚度比大于100:1。
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