CN107919426B - Uv led无机封装用陶瓷基座及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种UV LED无机封装用陶瓷基座及其制作方法，其制作方法包括：在具有导通孔的陶瓷基板第一表面印刷第一金属层，在与第一表面相对的第二表面印刷第二金属层，以形成导电线路并在第一表面形成焊盘区，且第二金属层的厚度大于第一金属层的厚度，第一表面和第二表面之间的距离大于或等于0.5mm。在第一表面的待附框焊盘区上印刷焊料层。将封装框附着于焊料层上。在真空条件下对附着有封装框的陶瓷金属衬板进行烧结。该UV LED无机封装用陶瓷基座及其制作方法有效地减少了由于整版不对称结构引起的残余应力，从而有效地改善了陶瓷基座的翘曲度，方便后续UV LED芯片的整版封装，提高了封装效率。
Description
技术领域
本发明涉及基板制造加工领域，具体而言，涉及一种UV LED无机封装用陶瓷基座及其制作方法。
背景技术
目前LED的主流封装方式是采用有机封装，且主要封装材料多为环氧树脂及硅树脂等有机材料。若对紫外LED而言，由于紫外光波长短，辐射能量高，这些有机材料受到其长时间照射易出现老化，从而降低LED芯片的发光效率，影响其使用性能和寿命。为了解决此问题，UV LED无机封装方式被提出，但目前此方式封装效率低，主要以单颗封装为主。若要提高封装效率，整版封装是发展趋势，但采用整版封装，首要必须解决基板翘曲度大等难题，否则会严重影响后续封装工序的进行，即封装时易出现基板碎裂，且难以实现气密性封装等问题。因此，选择合适的工艺，有效控制、改善基板翘曲度就成了UV LED整版封装的亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，以有效控制和改善基板翘曲度，促进后续无机整版封装工序的进行。
本发明的另一目的在于提供一种UV LED无机封装用陶瓷基座，其基板具有较低的翘曲度，方便实现UV LED无机整版封装，从而提高UV LED封装效率。
本发明是这样实现的：
一种UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，包括：在具有导通孔的陶瓷基板第一表面印刷第一金属层，在与第一表面相对的第二表面印刷第二金属层，以形成导电线路并在第一表面形成焊盘区，且第二金属层的厚度大于第一金属层的厚度，得到陶瓷金属衬板，第一表面和第二表面之间的距离大于或等于0.5mm。在第一表面的待附框焊盘区上印刷焊料层。将封装框附着于焊料层上。在真空条件下对附着有封装框的陶瓷金属衬板进行烧结。
进一步地，本发明的较佳实施例中，上述第二金属层比第一金属层厚10～50微米。
进一步地，本发明的较佳实施例中，对附着有封装框的陶瓷金属衬板进行烧结过程中，在第一表面放置压板，压板具有压面，压面与第一表面位于导电线路所在区域之外的部分贴合。
进一步地，本发明的较佳实施例中，上述压板的重量为40～120g。
进一步地，本发明的较佳实施例中，进行烧结是将附着有封装框的陶瓷金属衬板放置于真空烧结炉中进行烧结，烧结过程包括升温阶段、恒温阶段以及降温阶段。
进一步地，本发明的较佳实施例中，上述恒温阶段的温度为780～950℃，恒温时间为10～60min。
进一步地，本发明的较佳实施例中，上述升温阶段的升温速率为2～10℃/min。
进一步地，本发明的较佳实施例中，上述降温阶段的降温速率为1～10℃/min。
进一步地，本发明的较佳实施例中，将封装框附着于焊料层之前对封装框进行清洗。
一种UV LED无机封装用陶瓷基座，其由上述UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法制作而成。
本发明实现的有益效果：通过在具有导通孔的陶瓷基板的第一表面印刷第一金属层，在与第一表面相对的第二表面印刷第二金属层，以形成导电线路并在第一表面形成焊盘区，且第二金属层的厚度大于第一金属层的厚度，得到陶瓷金属衬板。上述第二金属层的厚度大于第一金属层的厚度的设置，增加了第二金属层在烧结过程中的收缩应力，从而抵消一部分第一表面封装框与焊料层结合过程以及第一金属层收缩过程对陶瓷基板产生的应力，从而改善了陶瓷基座的翘曲度，同时陶瓷基板选用第一表面和第二表面之间的距离大于或等于0.5mm的陶瓷基板，其厚度较大，抗形变能力较好，从而进一步地增强了改善翘曲度的效果。因此，通过上述UV LED无机封装用陶瓷基座制作方法中工艺上的设置，有效地减少了由于整版不对称结构引起的残余应力，从而有效地改善了陶瓷基座的翘曲度，方便后续UV LED芯片的整版封装，提高了封装效率。
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无机封装用陶瓷基座的制作方法的流程图；
图2为本发明的实施例中的开设有导通孔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无机封装用陶瓷基座的制作方法中印刷形成导电线路和焊盘区后形成的陶瓷金属衬板的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法中在焊盘区印刷焊料层后的结构示意图；
图5为本发明的实施例提供的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法中在焊料层附着封装框后的结构示意图；
图6为本发明的实施例提供的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法中烧结过程中放置压板的结构示意图。
附图标记汇总：陶瓷基板100；导通孔110；第一表面120；第二表面130；陶瓷金属衬板140；导电线路200；第一金属层210；第二金属层220；待附框焊盘区230；焊料层300；封装框400；压板500；压面510；凹槽520。
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，并同时参加附图2-6，本发明的实施例提供的一种UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，包括：
S101、在具有导通孔110的陶瓷基板100的第一表面120印刷第一金属层210，在与第一表面120相对的第二表面130印刷第二金属层220，以形成导电线路200并在第一表面120形成待附框焊盘区230，且第二金属层220的厚度大于第一金属层210的厚度，第一表面120和第二表面130之间的距离大于或等于0.5mm。
参见附图2，本实施例中选用的陶瓷基板100具有导通孔110，导通孔110的数量为多个，可以根据需要开设。导通孔110是通过激光打孔机对陶瓷基板100进行打孔，形成贯穿第一表面120和第二表面130的通孔，每个通孔的形状规格均一致，然后再通过丝网印刷机将导电糊剂填充满多个通孔，从而填满导电糊剂的通孔构成了连通第一表面120和第二表面130的导通孔110。其中，导通孔110的导电糊剂包括铜、银以及钛，该导电糊剂是将原料铜、银和钛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。此外，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。因此，本实施例中的开设有导通孔110的陶瓷基板100是通过上述方法得到的。当然，其他实施例中，也可以直接使用具有导通孔110的陶瓷基板100。
其中，陶瓷基板100的第一表面120和第二表面130之间的距离大于或等于5mm，即陶瓷基板100的厚度大于或等于5mm。由于本实施例中，采用较厚的陶瓷基板100，其厚度较大，抗形变能力较强，因此，能够在一定程度上改善最终形成的用于无机整版封装的基座的翘曲度。
具体地，参见附图3，本实施例中，通过丝网印刷机在陶瓷基板100的第一表面120印刷第一金属层210，以形成待附框焊盘区230，并在与第一表面120相对的第二表面130印刷第二金属层220。第一金属层210和第二金属层220共同构成陶瓷基板100上的导电线路200，从而得到陶瓷金属衬板140。导电线路200的形状根据需要进行设计印刷。其中，印刷后形成的陶瓷金属衬板140，应当使得第二金属层220的厚度大于第一金属层210的厚度。该设置增加了第二金属层220在烧结过程中的收缩应力，从而抵消一部分第一表面120的封装框400与焊料层300结合过程以及第一金属层210收缩过程对陶瓷基板100产生的应力，从而改善了最终形成的陶瓷基座的翘曲度。
具体地，第二金属层220的厚度比第一金属层210的厚度大10～50微米。在该厚度范围内，能够更加有效地改善最终形成的用于无机整版封装的陶瓷基座的翘曲度。
需要说明的是，在印刷第一金属层210以及第二金属层220时，可以先同时印刷相同厚度的第一金属层210和第二金属220，再对第二金属层220进行加厚操作，其也能够达到相同的效果。
S102、在第一表面120的待附框焊盘区230上印刷焊料层300。
具体地，本实施例中，通过丝网印刷机在待附框焊盘区230上印刷焊料层300。焊料层300为糊状的焊料。参见附图4，焊料层300附着在待附框焊盘区230的表面。
本实施例中，构成焊料层300的原料包括铜和银，其中，铜在金属成分中的质量百分比为20～50％，银在金属成分中的质量百分比为50～80％。构成焊料层300的焊料是将原料铜、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。构成焊料层300的焊料在温度为25℃和转速为5r/min条件下的粘度为40～100Pa·s。
通过丝网印刷机来进行印刷焊料层300，能够很好地在待附框焊盘区230精确地印刷焊料层300，焊料层300的焊料分布比较均匀，不会造成浪费，操作比较方便，效率高，便于后续覆框和烧结过程能够很好地进行。
S103、将封装框400附着于焊料层300上。
具体地，将封装框400附着于焊料层300之前对封装框400进行清洗，主要将封装框400放入超声波离子清洗装置的含有重油清洗剂清洗液中进行清洗，以清洗掉封装框400表面的油渍或污渍。本实施例中，封装框400为可伐合金框。其他实施例中，也可以为陶瓷框，其只需对其表面的污渍进行清洗，同时，上述焊料层300的原料成分也会进行改变。通过对封装框400的清洗操作，使得封装框400能够更好地与焊料层300进行接触，并且烧结后的效果更好。
本实施例中，通过夹具对多个封装框400进行位置限定，再将附着有焊料层300的陶瓷金属衬板140倒扣在多个封装框400上，从而实现对多个封装框400同时与陶瓷金属衬板140上焊料层的位置精确定位。然后再将夹具和陶瓷金属衬板140以及多个封装框400组成的组件翻转过来，取掉夹具。参见附图5，取掉夹具后，多个封装框400附着在陶瓷金属衬板140的第一表面120对应设置的焊料层300上，进行烧结后，即可将多个封装框400稳定的固定在陶瓷金属衬板140上。通过上述的方式可以很好地同时实现对多个封装框400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400依次放置于焊料层300上。本实施例中，封装框400为可伐合金材质。
S104、在真空条件下对附着有封装框400的陶瓷金属衬板140进行烧结。
具体地，本实施例中，将附着有封装框400的陶瓷金属衬板140放置于真空烧结炉中进行烧结。烧结过程包括升温阶段、恒温阶段以及降温阶段。恒温阶段的温度为780～950℃，烧结时间为10～60min。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，促使糊剂与陶瓷基板100，焊料层300与封装框400发生反应，从而封装框400能够很好地固定在陶瓷金属衬板140的表面。并且在上述温度范围和时间范围内进行烧结，使得封装框400与待附框焊盘区230、导电线路200与陶瓷基板100之间的结合力非常高，从而具有更优良的性能。
其中，本实施例在对附着有封装框400的陶瓷金属衬板140进行烧结的过程中升温速率进行控制，使得升温阶段的升温速率为2～10℃/min。恒温阶段结束后对降温速率进行控制，使降温速率为1～10℃/min。从而使得可以尽可能地减小由于第一表面120和第二表面130的不均匀结构引起的残余应力。
进一步地，参见附图6，本实施例中，对附着有封装框400的陶瓷金属衬板140进行烧结过程中，在第一表面120放置压板500，压板500具有压面510，压面510与第一表面120位于导电线路200所在区域之外的部分贴合。压板500与第一表面120相对的面设置有凹槽520，凹槽520可以将封装框400容纳，从而便于对陶瓷金属衬板140进行下压，同时避免对导电线路200造成损坏。因此，利用压板500的自身重力能够尽可能地抵抗由于第一金属层210、封装框400、陶瓷基板100热膨胀系数的差异导致陶瓷金属衬板140翘曲的残余应力。本实施例中，压板500的重量优选为40～120g，从而能够达到更好的压制效果。
需要说明的是图6所示的是一个封装框400对应的压板500的示意图，具体到完整的陶瓷金属衬板140具有多个如图6所示的区域组成。图6中的压板500仅为一个封装框400所在的区域的结构示意图。对应整个陶瓷金属衬板140的压板500由包括多个图6中的压板结构。
本实施例还提供了一种UV LED无机封装用陶瓷基座，其由上述UVLED无机封装用陶瓷基座的制作方法制作而成。通过本方法制作的UVLED无机封装用陶瓷基座由现有基座7.6‰的翘曲度降低到1‰的翘曲度。
综上所述，首先通过采用厚度大于或等于5mm的较厚的陶瓷基板100，其厚度越大，基板抗变形能力越好。其次，对构成陶瓷金属衬板140的导电线路200的第二金属层220进行优化，使得第二金属层220的厚度大于第一金属层210的厚度，以增加第二金属层220在烧结过程中的收缩应力，从而抵消一部分第一表面120的封装框400与焊料层300结合过程及第一金属层210收缩过程对陶瓷基板100的应力，改善了陶瓷基座的翘曲度。进一步地，在附着有封装框400的陶瓷金属衬板140烧结过程中在其上方放置一定重量的压板500，利用压板的自身重力尽可能地抵抗由于第一金属层210、封装框400、陶瓷基板100热膨胀系数的差异导致陶瓷金属衬板140翘曲的残余应力。此外，还在附着有封装框400的陶瓷金属衬板140烧结过程中，对升降温速率进行控制，尤其是降温速率减慢，以尽可能减小由于第一表面120和第二表面130的不均匀结构引起的残余应力。
总之，以上四种途径相互协同作用有效地减少了由于整版不对称结构引起的残余应力，从而有效改善了陶瓷基座的翘曲度，方便后续UV LED芯片的整版封装，提高了封装效率。
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”应做广义理解。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 (10)
1.一种UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，其特征在于，包括：
在具有导通孔的陶瓷基板第一表面印刷第一金属层，在与所述第一表面相对的第二表面印刷第二金属层，以形成导电线路并在所述第一表面形成焊盘区，且所述第二金属层的厚度大于所述第一金属层的厚度，得到陶瓷金属衬板，所述第一表面和所述第二表面之间的距离大于或等于0.5mm；
在所述第一表面的待附框焊盘区上印刷焊料层；
将封装框附着于所述焊料层上；
在真空条件下对所述附着有所述封装框的所述陶瓷金属衬板进行烧结；
构成焊料层的原料包括铜和银，其中，铜在金属成分中的质量百分比为20～50％，银在金属成分中的质量百分比为50～80％，构成焊料层的焊料是将原料铜、银溶于有机溶剂中形成的糊状物。
2.根据权利要求1所述的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，其特征在于，所述第二金属层比所述第一金属层厚10～50微米。
3.根据权利要求1所述的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，其特征在于，对所述附着封装框的陶瓷金属衬板进行烧结过程中，所述第一表面放置压板，所述压板具有压面，所述压面与所述第一表面位于所述导电线路所在区域之外的部分贴合。
4.根据权利要求3所述的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，其特征在于，所述压板的重量为40～120g。
5.根据权利要求1所述的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，其特征在于，进行烧结是将附着有所述封装框的陶瓷金属衬板放置于真空烧结炉中进行烧结，烧结过程包括升温阶段、恒温阶段以及降温阶段。
6.根据权利要求5所述的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，其特征在于，所述恒温阶段的温度为780～950℃，恒温时间为10～60min。
7.根据权利要求5所述的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，其特征在于，所述升温阶段的升温速率为2～10℃/min。
8.根据权利要求5所述的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，其特征在于，所述降温阶段的降温速率为1～10℃/min。
9.根据权利要求1所述的UV LED无机封装用陶瓷基座的制作方法，其特征在于，将所述封装框附着于所述焊料层之前对所述封装框进行清洗。
10.一种UV LED无机封装用陶瓷基座，其特征在于，其由权利要求1～9任意一项所述的制作方法制作而成。
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