CN104599990A - Led共晶焊方法 - Google Patents
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Abstract
一种共晶焊方法，包括如下步骤：步骤1：在基板上表面制作线路；步骤2：将钢网图形与基板上表面线路对准，并固定钢网和基板；步骤3：将LED芯片摆放于基板上表面钢网的图形中；步骤4：对LED芯片加压；步骤5：对基板进行加热，完成共晶焊。本发明可以解决现有的高功率密度LED光源模块共晶效率低、芯片共晶精度低等缺陷。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种LED共晶焊方法。
背景技术
LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。近年来，LED的光电转换效率得到了显著的提高。但是由于单颗芯片功率的增加及LED光学结构的特殊性，传热，散热问题一直是产业人员所关注的重要问题。芯片直接固晶在热沉插件上，这样芯片工作产生的热量迅速通过热沉传到外界环境中。
共晶焊技术在电子封装行业得到广泛应用，具有热导率高、电阻小、传热快、可靠性强、粘接后剪切力大的优点，适用于高频、大功率器件中芯片与基板、基板与管壳的互联。对于有较高散热要求的功率器件必须采用共晶焊接。共晶焊是利用了共晶合金的特性来完成焊接工艺的。目前，在高功率密度光源中，大批量的共晶焊芯片工艺还存在着共晶效率低、芯片共晶精度低等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共晶焊方法，可以解决现有的高功率密度LED光源模块共晶效率低、芯片共晶精度低等缺陷。
为解决上述问题，本发明提供一种共晶焊方法，包括如下步骤：
步骤1：在基板上表面制作线路；
步骤2：将钢网图形与基板上表面线路对准，并固定钢网和基板；
步骤3：将LED芯片摆放于基板上表面钢网的图形中；
步骤4：对LED芯片加压；
步骤5：对基板进行加热，完成共晶焊。
本发明的有益效果是，可以解决现有的高功率密度LED光源模块共晶效率低、芯片共晶精度低等缺陷。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，其中：
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
LED是高效光源，与其他光源不同，LED半导体光源是用半导体材料做成的，由PN结构成，空穴、电子对复合产生光，工作在PN结的正向，P区为正极，N区为负极。理论上LED总的电光转换效率大约为54％，现实中电光转换效率大约只有理论值的1/4，其他的电能转化为热能，因此LED需要散热。结温必须保持在一定数值以下，否则将引起失效。
散热不好导致温度上升，从而造成发光效率下降，引起蓝光向短波长漂移，其他颜色向长波长漂移(红光)，色温变化，正向电压下降，反向电流增大，热应力增大，元器件使用寿命减短，荧光粉质量劣化等。通常LED的失效有两种模式：光衰变和整体失效。当发射光下降50％时发生光衰变；整体失效可由超过最高结温引起，也可由于内部开路引起，内部开路可包括：芯片与键合丝之间，芯片与引线框架之间，键合丝与引线框架之间等。
许多终端的应用产品在特定面积下所需的流明量超过上千流明或上万流明，单芯片封装模组显然不足以应付，多芯片LED封装已是未来发展趋势。因此LED热管理的重要性显得尤为重要。
在LED芯片表面和散热器之间存在着极细微的凹凸不平的空隙，如果将他们直接安装在一起，它们之间的实际接触面积远远小于散热器面积，中间由空气填充，而空气热导率只有0.024W/(m·K)，这导致LED芯片与散热器间的接触热阻非常大，从而提高了整体热阻。使用具有高导热性的热界面材料填充这些空隙，排除其中的空气，在电子元件和散热器之间建立有效的热传导通道，可以大幅度降低接触热阻，使散热器的作用得到充分的发挥。
在LED芯片与散热器之间添加热界面材料可以填补两种材料接触面的空隙，降低热阻，良好的热界面材料具有高热传导性、低热阻、可压缩性及柔软性、表面浸润性、适当的粘性冷热循环时稳定性好等特点。
共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段。其熔化温度称共晶温度。共晶焊技术在电子封装行业得到广泛应用，共晶焊接具有热导率高、电阻小、传热快、可靠性强、粘接后剪切力大的优点，适用于高频、大功率器件中芯片与基板、基板与管壳的互联。焊料是共晶焊接非常关键的因素。有多种合金可以作为焊料，如AuGe、AuSn、AuSi、Snln、SnAg、SnBi等，各种焊料因其各自的特性适于不同的应用场合。金锡钎料比锡基或铅基钎料有较优良的热导性和较高的熔点，此外，在功率半导体器件中，钎接头抗热疲劳特性也是人们关注的问题，与高铅钎料相比，金基钎料具有较高的抗热疲劳性能，因此金基钎料是性能优良的微电子器件封装用材料。
请参阅图1所示，本发明提供一种共晶焊方法，包括如下步骤：
步骤1：在基板上表面制作线路，所述基板的材料为陶瓷、金属或塑料，或复合材料；基板材料包括一些常用的金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料，是指用于散热设计的热导率较高的材料。散热材料通常会选用热导率高的一些材料，金属材料由于其较高的导热性应用的最为广泛，另外，新的陶瓷、石墨和复合材料由于超高的导热性，也越来越多的应用到LED热设计热管理中。W/Cu.，Mo/Cu，Cu/Mo/Cu，Cu/Mo70Cu/Cu等系列高性能电子封装材料，它既具有钨的低嘭胀特性又具有铜的高导热特性，通过调整材料的成分可以调整其其热膨胀系数和导热导电性能。这些高性能电子封装材料可以与陶瓷材料、半导体材料、金属材料等形成良好的热嘭胀匹配。
步骤2：将钢网图形与基板上表面线路对准，并固定钢网和基板，所述钢网材料的为陶瓷、金属或复合材料；钢网最初是由丝网制成的，因此那时叫网板(mask)。开始是尼龙(聚脂)网，后来由于耐用性的关系，就有铁丝网、铜丝网的出现，最后是不锈钢丝网。钢网的制作工艺可分为：激光模板，电抛光模板，电铸模板，阶梯模板，邦定模板，镀镍模板，蚀刻模板。
步骤3：将LED芯片摆放于基板上表面钢网的图形中，所述LED芯片为倒装芯片、垂直芯片或正装芯片，所述LED芯片摆放方法为手动摆放、固晶机摆放或共晶机摆放；
其中所述钢网图形在摆放芯片处形成镂空；
步骤4：对LED芯片加压；
步骤5：对基板进行加热，所述基板加热的温度为焊接材料温度曲线，完成共晶焊。
实施例1
在氮化铝陶瓷基板上表面通过金属蒸镀的方法制作线路，将钢网图形与基板上表面线路对准，钢网上镂空图形与氮化铝陶瓷基板上表面线路图形一致，并通过高温胶带固定钢网和基板，通过固晶机将垂直LED芯片摆放于基板上表面上的钢网图形中，在LED芯片上放置配重，对LED芯片施加一定压力，对基板加热至300摄氏度，停留5秒，继而降温至常温。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种共晶焊方法，包括如下步骤：
步骤1：在基板上表面制作线路；
步骤2：将钢网图形与基板上表面线路对准，并固定钢网和基板；
步骤3：将LED芯片摆放于基板上表面钢网的图形中；
步骤4：对LED芯片加压；
步骤5：对基板进行加热，完成共晶焊。
2.如权利要求1所述的共晶焊方法，其中所述基板的材料为陶瓷、金属或塑料，或及其复合材料。
3.如权利要求1所述的共晶焊方法，其中所述钢网图形在摆放芯片处形成镂空。
4.如权利要求3所述的共晶焊方法，其中所述钢网的材料为陶瓷或金属，或及其复合材料。
5.如权利要求1所述的共晶焊方法，其中所述LED芯片为倒装芯片、垂直芯片或正装芯片。
6.如权利要求5所述的共晶焊方法，其中所述LED芯片摆放是为手动摆放、固晶机摆放或共晶机摆放。
7.如权利要求1所述的共晶焊方法，其中所述基板加热的温度为焊接材料共晶温度曲线。
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