CN107785470B - Uv-led附框陶瓷基板及其制造方法 - Google Patents

Uv-led附框陶瓷基板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种UV‑LED附框陶瓷基板及其制造方法，其制造方法包括：开设贯通陶瓷基板相对的第一表面和第二表面的多个通孔；在多个通孔内填充第一导电糊剂；在陶瓷基板的第一表面和第二表面印刷第二导电糊剂，以在第一表面和第二表面形成导电线路以及在第一表面形成待附框焊盘；在待附框焊盘表面印刷焊料；将多个封装框附着于对应的待附框焊盘焊料上；在真空条件下对附着有封装框的金属化陶瓷基板前体进行烧结。该UV‑LED附框陶瓷基板具有制备工艺简单，成本低，生产效率高以及封装框与基板的对位精度高等特点，特别适合工业化生产。

Description

UV-LED附框陶瓷基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及陶瓷金属化领域，具体而言，涉及一种UV-LED附框陶瓷基板及其制造方法。
背景技术
随着科学技术的发展，LED趋向大功率发展，LED热流密度不断提高，LED散热问题日益突出，传统的PCB基板已不能满足器件封装要求。故目前行业内人士主要采用MCPCB基板进行散热，但其依然存在明显不足之处：1)由于中间绝缘层为含无机填充物的环氧树脂，导致热导率较低；2)由于有机绝缘层耐热性较差，限制了其使用温度；3)各层材料热膨胀系数不匹配，器件可靠性降低；而为了更好地解决散热问题，采用陶瓷基板是一种很好的选择，特别是氮化铝陶瓷，其具有优良的热传导性，可靠的电绝缘性，低的介电常数和介电损耗，其是新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热封装材料。LED陶瓷基板是用于对LED产品进行封装的基础材料。现有UV-LED附框陶瓷基板的制作方法主要有以下2种：
1)共烧法(低温共烧或高温共烧)：将陶瓷生坯、金属线路一起烧结制作，但该法本身工艺比较复杂，并且前者低温共烧法制备的UVLED陶瓷基板不仅热导率较低，而且烧结后易变形开裂，导致其可靠性较低，严重影响其产品的良率；而后者高温共烧法存在烧结温度高，能耗大，且金属线路材料选择受限，主要为熔点较高且导电性能较差的钨、钼、锰等金属及其合金等缺点。
2)后烧法：先在整版陶瓷烧结体基板印刷金属线路再烧结，以实现整版陶瓷金属化，然后裂片成单颗并附上焊片通过二次烧结将封装框与陶瓷金属化后基板无机结合。此法烧结后封装框存在对位精度低和气密性差的问题，另外由于是单颗进行封装框烧结，无法整版生产且需要二次烧结，不仅生产成本高，而且生产效率也较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种UV-LED附框陶瓷基板及其制造方法，该UV-LED附框陶瓷基板具有制备工艺简单，成本低，生产效率高及封装框与基板的对位精度高等特点，特别适合于工业化生产。
本发明是这样实现的：
一种UV-LED附框陶瓷基板的制造方法，包括：开设贯通陶瓷基板相对的第一表面和第二表面的多个通孔，通孔内填满第一导电糊剂；在陶瓷基板的第一表面和第二表面印刷第二导电糊剂，以在第一表面和第二表面形成导电线路并在第一表面形成多个待附框焊盘，得到金属化陶瓷基板前体；在多个待附框焊盘表面印刷焊料；将多个封装框对应附着于多个待附框焊盘的焊料上；在真空条件下对附着有封装框的金属化陶瓷基板前体进行烧结。
进一步地，本发明的较佳实施例中，上述第一、二导电糊剂除了铜和银、银-铜合金中的任意一种均还包括钛。进一步地，本发明的较佳实施例中，从与氮化铝基板粘合考虑，第一导电糊剂在温度为25℃和转速为20r/min的条件下的粘度为40～200Pa·s。
进一步地，本发明的较佳实施例中，从导电线路精度考虑第二导电糊剂在温度为25℃和转速为5r/min的条件下的粘度为100～450Pa·s。
进一步地，本发明的较佳实施例中，焊料的原料包括铜和银，铜在焊料中的质量百分比为23～28％，银在焊料中的质量百分比为72～77％。
进一步地，本发明的较佳实施例中，从与封装框粘合考虑，焊料在温度为25℃和转速为5r/min的条件下的粘度为40～100Pa·s。
进一步地，本发明的较佳实施例中，陶瓷基板材质可为氮化铝、氧化铝或氮化硅。
进一步地，本发明的较佳实施例中，对附框后金属化陶瓷基板前体进行烧结之后进行化学镍金或化学镍钯金镀覆。
一种UV-LED附框陶瓷基板，其由上述UV-LED附框陶瓷基板的制造方法制造而成。
本发明实现的有益效果：通过在陶瓷基板上开设通孔并进行填充导电糊剂后，再在陶瓷基板的两个表面印刷导电线路以及第一表面印刷多个待附框焊盘，然后通过在多个待附框焊盘印刷焊料，再将多个封装框附着在焊料上，便于多个封装框同时与金属化陶瓷基板前体完成精确地定位，最后进行烧结得到高精度附着有多个封装框的金属化陶瓷基板。该UV-LED附框陶瓷基板的制备工艺简单，封装框与基板的对位精度高，并且可同时完成整版附框，提高了生产效率，进而可以得到整版规格的UV-LED陶瓷基板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的实施例提供的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法的流程图；
图2为本发明的实施例提供的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法中陶瓷基板开设通孔后的陶瓷基板的结构示意图；
图3为本发明的实施例提供的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法中陶瓷基板的多个通孔填充后的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法中的陶瓷基板印刷导电线路后形成金属化陶瓷基板前体的结构示意图；
图5为本发明的实施例提供的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法中金属化陶瓷基板前体印刷焊料后的结构示意图；
图6为本发明的实施例提供的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法中的金属化陶瓷基板前体附着多个封装框后的结构示意图；
图7为本发明的实施例提供的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法中化学镀覆后的结构示意图；
图8为本发明的实施例提供的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法制造形成的整版UV-LED附框陶瓷基板的结构示意图。
附图标记汇总：陶瓷基板100；通孔110；第一表面120；第二表面130；金属化陶瓷基板前体140；第一导电糊剂200；导电线路300；待附框焊盘310；焊料400；封装框500；镀覆层600。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参见附图1，并同时参见附图2-7，本发明的实施例提供的一种UV-LED附框陶瓷基板的制造方法，包括：
S101、开设贯通陶瓷基板100相对的第一表面120和第二表面130的多个通孔110。
具体地，通过激光打孔机对陶瓷基板100进行打孔，参见附图2，打孔后形成的多个通孔110均贯穿陶瓷基板100相对的上下表面，本实施例中，陶瓷基板100的上表面为第一表面120，陶瓷基板100的下表面为第二表面130。本实施例中，多个通孔均为圆柱形的通孔，当然，其他实施例中，也可以根据实际情况打出多棱柱等其他形状的通孔。其中，陶瓷基板100可为氮化铝、氧化铝或氮化硅，优先选择氮化铝基板。
S102、在多个通孔110填充满第一导电糊剂。
具体地，本实施例中，对多个通孔110进行填充是通过丝网印刷机将第一导电糊剂200填充多个通孔110。参见附图3，陶瓷基板100的多个通孔110内充满了第一导电糊剂200。第一导电糊剂200齐平于陶瓷基板100的第一表面120和第二表面130，其他实施例中，在陶瓷基板100的表面再进行印刷一层第二导电糊剂，并与通孔110的第一导电糊剂200的两端连接。
填充第一导电糊剂200时，第一导电糊剂200的原料包括铜、银以及钛。此外，第一导电糊剂200在温度为25℃和转速为5r/min的条件下的粘度为40～200Pa·s。由于第一导电糊剂中含有铜、银和钛，因此，第一导电糊剂200具有导电性，因此，通过填充的第一导电糊剂200可以将陶瓷基板100的上下表面导通。
S103、在陶瓷基板100的第一表面120和第二表面130印刷第二导电糊剂，以在第一表面120和第二表面130形成导电线路300并在第一表面120形成多个待附框焊盘310。
具体地，本实施例中，在陶瓷基板100的两个表面印刷导电线路300是通过丝网印刷机将第二导电糊剂印刷在两个表面，此外同时还在第一表面120形成多个待附框焊盘310，得到金属化陶瓷基板前体140。参见附图4，由第二导电糊剂形成的导电线路300贴合在陶瓷基板100的表面，其具有一定的厚度，不容易被刮掉而导致线路的断开，导电线路300的线条和形状根据实际的电路需要进行印刷。
对导电线路300和待附框焊盘310进行印刷操作时，第二导电糊剂的原料包括铜、银和钛。此外，第二导电糊剂在温度为25℃和行转速为20r/min的条件下的粘度为100～450Pa·s。通过上述操作条件和第二导电糊剂形成的导电线路300，使得其具有很好的导电性。并且通过丝网印刷机可以根据需要很好地将第二导电糊剂均匀地印刷形成导电线路300，使得导电线路300的位置比较精确，工艺操作也比较方便。
S104、在多个待附框焊盘310表面印刷焊料400。
具体地，本实施例中，通过丝网印刷机在多个待附框焊盘310上印刷一层糊状的焊料400。参见附图5，焊料400附着在金属化陶瓷基板前体140的待附框焊盘310的表面。
通过丝网印刷机在待附框焊盘310上印刷焊料时，焊料400的原料包括铜和银，其中，铜在金属成分中的质量百分比为23～28％，银在金属成分中的质量百分比为72～77％。焊料400是将原料铜、银溶于有机溶剂中形成的具有一定粘度的糊状物。本实施例中，该有机溶剂选用1-苯氧基-2-丙醇。当然，其他实施例中，有机溶剂可以根据需要选择其他醇类。焊料400在温度为25℃和转速为5r/min的条件下的粘度为40～100Pa·s。
通过丝网印刷机来进行印刷焊料400，能够很好地在待附框焊盘310上精确地印刷一层焊料400，焊料400的分布比较均匀，不会造成浪费，操作比较方便，效率高，便于后续附框和烧结过程能够很好地进行。
S105、将多个封装框500对应附着于多个待附框焊盘310的焊料400上。
具体地，通过特制夹具对多个封装框500进行位置限定，再将附着有焊料400的金属化陶瓷基板前体140倒扣在多个封装框500上，从而实现多个封装框500同时与金属化陶瓷基板前体140的位置精确定位。然后再将夹具和金属化陶瓷基板前体140以及多个封装框500组成的组件翻转过来，取掉夹具。参见附图6，取掉夹具后，多个封装框500附着在金属化陶瓷基板前体140的第一表面120对应设置的焊料400上，然后进行烧结，这样即可将多个封装框500稳定的固定在金属化陶瓷基板上。通过上述的方式可以很好地同时实现对多个封装框500的同时对接附着，使得生产效率更高，并且定位精度更好。当然，其他实施例中，也可以通过其他方式将多个封装框500依次放置于焊料400上。本实施例中，封装框500可为银、铜，可伐合金等金属，优先设置封装框为铜框。
S106、在真空条件下对附着有封装框500的金属化陶瓷基板前体140进行烧结。
具体地，本实施例中，将金属化陶瓷基板前体140和多个封装框500组成的组件放置于真空烧结炉中进行一次烧结。通过真空烧结炉进行烧结的目的是为了去除掉糊剂中的有机溶剂和树脂，促使糊剂与陶瓷基板，焊料400与封装框500发生化学反应，从而使得封装框500能够很好地固定在金属化陶瓷基板表面。并且在上述温度范围和时间范围内进行烧结，可使得封装框500、导电线路300与金属化陶瓷基板之间的结合力非常高，从而具有更优良的性能。
相比现有的UV附框陶瓷基板制备工艺，本实施例中制备工艺简单，并且只需要一次烧结，从而能够很好地降低工艺条件，节约能源，降低生产成本以及提高生产效率。
S107、在导电线路300和所述多个封装框500的表面均进行化学镍金或化学镍钯金镀覆。
具体地，在将多个封装框500和金属化陶瓷基板前体140组成的组件放置在真空烧结炉内烧结后，进行化学镍钯金镀覆。参见附图7，导电线路300和多个封装框500的表面形成镀覆层600，该镀覆层600能够有效地提高封装框500的焊接性和气密性。
需要说明的是，其他实施例中，在导电线路300和多个封装框500的表面均镀覆一层金属的操作可以根据加工的条件和需要去掉该步骤。通过改变焊料400的成分，本技术也可附着其它材质类型的封装框500，如陶瓷框等。
本发明的实施例中还提供了一种通过上述UV-LED附框陶瓷基板的制造方法制造的UV-LED附框陶瓷基板。
需要说明的是，上述图2-图6所示的均为UV-LED附框陶瓷基板上一个封装框500对应的单颗结构的示意图，参见附图8，本实施例最终形成的UV-LED附框陶瓷基板为具有多个封装框500的多个单颗结构组成的联版结构。
综上所述，通过在陶瓷基板100上进行开设通孔110并进行填充后，再在陶瓷基板100的两个表面印刷导电线路300和多个待附框焊盘310，然后通过多个待附框焊盘区印刷一层焊料400，再将多个封装框500附着在焊料400上，便于多个封装框500同时与金属化陶瓷基板前体140完成精确地定位，最后对金属化陶瓷基板前体140和多个封装框500组成的组件进行烧结，即可得到高精度附着有多个封装框500的联版金属化陶瓷基板，该UVLED附框陶瓷基板的制备工艺简单，封装框与基板的对位精度高，并且可同时完成整版附框，提高了生产效率，进而可以得到整版规格的UVLED附框陶瓷基板。
此外，该UV-LED附框陶瓷基板的制造方法为新的无机封装线路奠定了理论基础，使得通过对封装框500进行整版封装，而不用有机材料进行粘连，实现了产品的联版，这样也同时提高了其后续应用时的封装效率。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (6)

1.一种UV-LED附框陶瓷基板的制造方法，其特征在于，包括：
开设贯通陶瓷基板相对的第一表面和第二表面的多个通孔；
在多个所述通孔填充第一导电糊剂；
在所述陶瓷基板的所述第一表面和所述第二表面印刷第二导电糊剂，以在所述第一表面和所述第二表面形成导电线路并在所述第一表面形成多个待附框焊盘得到金属化陶瓷基板前体；
在多个所述待附框焊盘表面印刷焊料；
将多个封装框对应附着于多个所述待附框焊盘的焊料上，以使得多个封装框同时与金属化陶瓷基板前体完成精确地定位；
在真空条件下对附着有所述封装框的金属化陶瓷基板前体进行烧结；
第一导电糊剂在温度为25℃和转速为5r/min的条件下的粘度为40～200Pa·s；第二导电糊剂在温度为25℃和转速为20r/min的条件下的粘度为100～450Pa·s。
2.根据权利要求1所述的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法，其特征在于，所述第一导电糊剂及第二导电糊剂除了铜和银、银-铜合金中的任意一种均还包括钛。
3.根据权利要求1所述的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法，其特征在于，所述焊料包括铜和银或铜-银合金中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法，其特征在于，对所述附框后金属化陶瓷基板前体进行烧结，之后进行化学镍金或化学镍钯金镀覆。
5.根据权利要求1所述的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法，其特征在于，所述陶瓷基板材质为氮化铝、氧化铝及氮化硅。
6.一种UV-LED附框陶瓷基板，其特征在于，所述UV-LED附框陶瓷基板利用权利要求1-5任意一项所述的UV-LED附框陶瓷基板的制造方法制造而成。
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