CN105562872A - 一种led灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，它涉及一种LED灯金属基底低温焊接方法。本发明的目的是要解决现有LED灯金属基底的焊接存在生产效率低，热量传到慢，造成芯片烧毁，焊接温度高和导致LED等的整体寿命不长的问题。方法：一、制备待焊件；二、将待焊件预热；三、初步钎焊，得到焊接面；四、超声波振动焊接，即完成LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。本发明的焊接温度由现有技术中的回流焊接的最高峰值温度260℃降低到110℃，极大的减少了焊接过程中对LED芯片的损伤，降低了光衰，有效延长了LED灯珠的使用寿命。本发明可获得一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED灯金属基底低温焊接方法。
背景技术
LED是把电能转化为光能的电子元器件，当前的发展水平，LED仅能把30％左右的电能转化为光能，其余70％都以光能的形式散发。由于LED芯片发光的衰减性和寿命都受温度的影响较大，所以LED的散热功能成为影响LED性能和寿命的关键因素。而LED的焊接技术，则是决定LED芯片所发出的热量能否快速散发的重要环节。
目前LED的焊接技术主要有两种：一是用电烙铁手工焊接，灯珠底部用导热硅脂作为热量的传导介质，这种方法生产效率低，由于导热硅脂的导热系数一般小于3，热量传导慢容易造成热量大量沉积，最终芯片烧毁。另一种是采用焊锡膏做介质，用回流焊进行焊接，这种方法可以实现LED的灯珠底部与基板之间的焊接，但是由于回流焊接曲线的温度一般最高点在240℃～260℃，这种焊接方式效率高，可批量进行，由于导热媒介主要成分是锡，所以散热效果较第一种要提高。
但现有LED灯金属基底的焊接存在以下几个缺陷：
一、用电烙铁手工焊接，生产效率低，由于导热硅酯的导热系数一般小于3，热量传导慢容易造成热量大量沉积，最终芯片烧毁；
二、用回流焊接方法由于温度较高，会造成LED光源中的荧光粉不稳定，形成色温漂移，也会产生一定的光衰，造成光效率下降；
三、由于回流焊的高温会使LED芯片中的胶水膨胀，使芯片的结构发生改变，内部的金线容易拉断或焊点虚焊，导致LED灯的整体寿命不长。
发明内容
本发明的目的是要解决现有LED灯金属基底的焊接存在生产效率低，热量传到慢，造成芯片烧毁，焊接温度高和导致LED等的整体寿命不长的问题，而提供一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。
一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法是按以下步骤完成的：
一、制备待焊件：将钎料制成粒径为20μm～30μm颗粒，得到粒径为20μm～30μm的钎料颗粒；再将粒径为20μm～30μm的钎料颗粒和助焊剂混合均匀，得到焊料；将焊料置于LED灯金属基底与基底板的焊缝间隙中，得到待焊件；
步骤一中所述的焊料中粒径为20μm～30μm的钎料颗粒与助焊剂的质量比为(8～10):1；
二、将待焊件在温度为80℃～90℃下预热2min～3min，得到预热后的待焊件；
三、在超声波频率为20kHz～100kHz、振幅为1μm～50μm和钎焊温度为100℃～110℃的条件下对预热后的待焊件的钎焊部分进行超声钎焊0.1s～60s，完成初步钎焊，得到焊接面；
四、在超声波频率为20kHz～100kHz、振幅为1μm～50μm和温度为90℃～100℃的条件下对焊接面进行超声波振动60s～120s，再在60s内将焊接面的温度降到50℃以下，即完成LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。
本发明的原理：
超声波作用于接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊件的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。在环境恒温的状态下，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使待焊件的焊接面间的焊料迅速熔化，使其融合成一体。当超声波停止作用后，将温度迅速下降，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。
本发明中加入粒径为20μm～30μm的钎料颗粒是为了增加焊接面的振动的摩擦力，以实现温度的快速攀升，达到焊接温度；本发明中使用助焊剂作用主要是清除焊料和被焊母材表面的氧化物，使金属表面达到必要的清洁度；它防止焊接时表面的再次氧化，降低焊料的表面张力。
本发明中使用超声波对LED灯金属基底和基底板进行焊接，使得焊接过程很短暂，并且可以在相对低的环境温度下进行，所以可以保证光源的各项光指标与焊接前一致，不会受到焊接过程的高温损伤。主要体现在色温恒定，封装胶不会膨胀变型，芯片发光性能不会衰减。
本发明的优点：
一、本发明的焊接温度由现有技术中的回流焊接的最高峰值温度260℃降低到110℃，极大的减少了焊接过程中对LED芯片的损伤，提高了LED灯的灯珠封装胶水和荧光粉等材料的稳定性，降低了光衰，有效延长了LED灯珠的使用寿命；
二、本发明的低温焊接工艺使用了金属作为导热介质，导热效果有明显提升，可使得LED芯片在发光过程中所产生的热量迅速的散发出去，避免了热量的大量沉积所导致的死珠，芯片烧毁等现象；
三、本发明的方法，焊接周期短，比现有方法减少了15％～20％的时间；
四、使用本发明方法焊接后的LED灯金属基底与基底板，焊接后的接头强度为1.8kg/cm2～2.0kg/cm2，与现有方法比，接头强度提高了20％～30％；
五、使用本发明的焊接方法，LED芯片的损伤率降低了80％～90％；
六、使用本发明的方法焊接后，LED灯的光衰为0，与其他方法相比，光衰降低了3％～5％；
七、使用本发明的方法焊接后，LED灯的的使用寿命增加了55％～60％。
本发明可获得一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。
附图说明
图1为实施例一步骤一中所述的待焊件的结构示意图，图1中1为光学透镜，2为LED芯片，3为LED灯金属基底，4为正负极引角，5为焊料，6为基底板。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法是按以下步骤完成的：
一、制备待焊件：将钎料制成粒径为20μm～30μm颗粒，得到粒径为20μm～30μm的钎料颗粒；再将粒径为20μm～30μm的钎料颗粒和助焊剂混合均匀，得到焊料；将焊料置于LED灯金属基底与基底板的焊缝间隙中，得到待焊件；
步骤一中所述的焊料中粒径为20μm～30μm的钎料颗粒与助焊剂的质量比为(8～10):1；
二、将待焊件在温度为80℃～90℃下预热2min～3min，得到预热后的待焊件；
三、在超声波频率为20kHz～100kHz、振幅为1μm～50μm和钎焊温度为100℃～110℃的条件下对预热后的待焊件的钎焊部分进行超声钎焊0.1s～60s，完成初步钎焊，得到焊接面；
四、在超声波频率为20kHz～100kHz、振幅为1μm～50μm和温度为90℃～100℃的条件下对焊接面进行超声波振动60s～120s，再在60s内将焊接面的温度降到50℃以下，即完成LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。
本实施方式的原理：
超声波作用于接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊件的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。在环境恒温的状态下，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使待焊件的焊接面间的焊料迅速熔化，使其融合成一体。当超声波停止作用后，将温度迅速下降，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。
本实施方式中加入粒径为20μm～30μm的钎料颗粒是为了增加焊接面的振动的摩擦力，以实现温度的快速攀升，达到焊接温度；本实施方式中使用助焊剂作用主要是清除焊料和被焊母材表面的氧化物，使金属表面达到必要的清洁度；它防止焊接时表面的再次氧化，降低焊料的表面张力。
本实施方式中使用超声波对LED灯金属基底和基底板进行焊接，使得焊接过程很短暂，并且可以在相对低的环境温度下进行，所以可以保证光源的各项光指标与焊接前一致，不会受到焊接过程的高温损伤。主要体现在色温恒定，封装胶不会膨胀变型，芯片发光性能不会衰减。
本实施方式的优点：
一、本实施方式的焊接温度由现有技术中的回流焊接的最高峰值温度260℃降低到110℃，极大的减少了焊接过程中对LED芯片的损伤，提高了LED灯的灯珠封装胶水和荧光粉等材料的稳定性，降低了光衰，有效延长了LED灯珠的使用寿命；
二、本实施方式的低温焊接工艺使用了金属作为导热介质，导热效果有明显提升，可使得LED芯片在发光过程中所产生的热量迅速的散发出去，避免了热量的大量沉积所导致的死珠，芯片烧毁等现象；
三、本实施方式的方法，焊接周期短，比现有方法减少了15％～20％的时间；
四、使用本实施方式方法焊接后的LED灯金属基底与基底板，焊接后的接头强度为1.8kg/cm2～2.0kg/cm2，与现有方法比，接头强度提高了20％～30％；
五、使用本实施方式的焊接方法，LED芯片的损伤率降低了80％～90％；
六、使用本实施方式的方法焊接后，LED灯的光衰为0，与其他方法相比，光衰降低了3％～5％；
七、使用本实施方式的方法焊接后，LED灯的的使用寿命增加了55％～60％。
本实施方式可获得一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的钎料为Sn-Bi-Ag合金；所述的Sn-Bi-Ag合金中Sn的质量百分含量为41％，Bi的质量百分含量为57％，Ag的质量百分含量为2％。其他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的不同点是：步骤一中所述的助焊剂为WTO-718免清洗助焊剂。其他与具体实施方式一或二相同。
本实施方式使用的助焊剂WTO-718免清洗助焊剂是购买自深圳市唯特偶新材料股份有限公司。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤一中所述的基底板的材质为铜，基底板的焊接面为铜表面镀锡。其他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的不同点是：步骤一所述的LED灯金属基底的材质为铜，LED灯金属基底的焊接面为铜表面镀锡。其他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的不同点是：步骤一中所述的焊料中粒径为30μm的钎料颗粒与助焊剂的质量比为9:1。其他与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是：步骤一中将钎料制成粒径为30μm颗粒，得到粒径为30μm的钎料颗粒；再将粒径为30μm的钎料颗粒和助焊剂混合均匀，得到焊料；将焊料置于LED灯金属基底与基底板的焊缝间隙中，得到待焊件。其他与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七的不同点是：步骤三中在超声波频率为25kHz、振幅为15μm和钎焊温度为110℃的条件下对预热后的待焊件的钎焊部分进行超声钎焊50s，完成初步钎焊，得到焊接面。其他与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八的不同点是：步骤四中在超声波频率为25kHz、振幅为30μm和温度为100℃的条件下对焊接面进行超声波振动100s，再在60s内将焊接面的温度降到50℃以下，即完成LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。其他与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九的不同点是：步骤二中将待焊件在温度为90℃下预热2.5min，得到预热后的待焊件。其他与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，是按以下步骤完成的：
一、制备待焊件：将钎料制成粒径为30μm颗粒，得到粒径为30μm的钎料颗粒；再将粒径为0μm的钎料颗粒和助焊剂混合均匀，得到焊料；将焊料置于LED灯金属基底与基底板的焊缝间隙中，得到待焊件；
步骤一中所述的钎料为Sn-Bi-Ag合金；所述的Sn-Bi-Ag合金中Sn的质量百分含量为41％，Bi的质量百分含量为57％，Ag的质量百分含量为2％；
步骤一中所述的助焊剂为WTO-718免清洗助焊剂；
步骤一中所述的基底板的材质为铜，基底板的焊接面为铜表面镀锡；
步骤一所述的LED灯金属基底的材质为铜，LED灯金属基底的焊接面为铜表面镀锡；
步骤一中所述的焊料中粒径为30μm的钎料颗粒与助焊剂的质量比为9:1；
二、将待焊件在温度为90℃下预热2.5min，得到预热后的待焊件；
三、在超声波频率为25kHz、振幅为15μm和钎焊温度为110℃的条件下对预热后的待焊件的钎焊部分进行超声钎焊50s，完成初步钎焊，得到焊接面；
四、在超声波频率为25kHz、振幅为30μm和温度为100℃的条件下对焊接面进行超声波振动100s，再在60s内将焊接面的温度降到50℃以下，即完成LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。
实施例一的优点：
一、实施例一的焊接温度由现有技术中的回流焊接的最高峰值温度260℃降低到110℃，极大的减少了焊接过程中对LED芯片的损伤，提高了LED灯的灯珠封装胶水和荧光粉等材料的稳定性，降低了光衰，有效延长了LED灯珠的使用寿命；
二、实施例一的低温焊接工艺使用了金属作为导热介质，导热效果有明显提升，可使得LED芯片在发光过程中所产生的热量迅速的散发出去，避免了热量的大量沉积所导致的死珠，芯片烧毁等现象；
三、实施例一的方法，焊接周期短，比现有方法减少了20％的时间；
四、使用实施例一焊接后的LED灯金属基底与基底板，焊接后的接头强度为2.0kg/cm2，与现有方法比，接头强度提高了30％；
五、使用实施例一的焊接方法，LED芯片的损伤率降低了90％；
六、使用实施例一的方法焊接后，LED灯的光衰为0，与其他方法相比，光衰降低了5％；
七、使用实施例一的方法焊接后，LED灯的的使用寿命增加了60％。
Claims (10)
1.一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法是按以下步骤完成的：
一、制备待焊件：将钎料制成粒径为20μm～30μm颗粒，得到粒径为20μm～30μm的钎料颗粒；再将粒径为20μm～30μm的钎料颗粒和助焊剂混合均匀，得到焊料；将焊料置于LED灯金属基底与基底板的焊缝间隙中，得到待焊件；
步骤一中所述的焊料中粒径为20μm～30μm的钎料颗粒与助焊剂的质量比为(8～10):1；
二、将待焊件在温度为80℃～90℃下预热2min～3min，得到预热后的待焊件；
三、在超声波频率为20kHz～100kHz、振幅为1μm～50μm和钎焊温度为100℃～110℃的条件下对预热后的待焊件的钎焊部分进行超声钎焊0.1s～60s，完成初步钎焊，得到焊接面；
四、在超声波频率为20kHz～100kHz、振幅为1μm～50μm和温度为90℃～100℃的条件下对焊接面进行超声波振动60s～120s，再在60s内将焊接面的温度降到50℃以下，即完成LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。
2.根据权利要求1所述的一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于步骤一中所述的钎料为Sn-Bi-Ag合金；所述的Sn-Bi-Ag合金中Sn的质量百分含量为41％，Bi的质量百分含量为57％，Ag的质量百分含量为2％。
3.根据权利要求1所述的一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于步骤一中所述的助焊剂为WTO-718免清洗助焊剂。
4.根据权利要求1所述的一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于步骤一中所述的基底板的材质为铜，基底板的焊接面为铜表面镀锡。
5.根据权利要求1所述的一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于步骤一所述的LED灯金属基底的材质为铜，LED灯金属基底的焊接面为铜表面镀锡。
6.根据权利要求1所述的一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于步骤一中所述的焊料中粒径为30μm的钎料颗粒与助焊剂的质量比为9:1。
7.根据权利要求1所述的一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于步骤一中将钎料制成粒径为30μm颗粒，得到粒径为30μm的钎料颗粒；再将粒径为30μm的钎料颗粒和助焊剂混合均匀，得到焊料；将焊料置于LED灯金属基底与基底板的焊缝间隙中，得到待焊件。
8.根据权利要求1所述的一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于步骤三中在超声波频率为25kHz、振幅为15μm和钎焊温度为110℃的条件下对预热后的待焊件的钎焊部分进行超声钎焊50s，完成初步钎焊，得到焊接面。
9.根据权利要求1所述的一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于步骤四中在超声波频率为25kHz、振幅为30μm和温度为100℃的条件下对焊接面进行超声波振动100s，再在60s内将焊接面的温度降到50℃以下，即完成LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法。
10.根据权利要求1所述的一种LED灯金属基底低温焊接获得高温使用性能的方法，其特征在于步骤二中将待焊件在温度为90℃下预热2.5min，得到预热后的待焊件。
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