CN101794857B - 一种高效散热led封装及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体照明技术，尤其涉及一种高效散热LED封装及其制备方法。高效散热LED封装包括LED芯片和基板；LED芯片和基板之间具有AuSn焊层。制备方法包括以下步骤：b1步，提供LED芯片，以真空溅射方式在LED芯片之待焊接面设置AuSn镀层，扩晶；b2步，提供基板，以真空镀方式在基板之待固晶面设置AlN镀层；b3步，提供AuSn焊条，提供微焊机，该微焊机具有氮气保护焊接室，该微焊机具有能够定温、定量点射熔融AuSn的焊枪；b4步，向基板之待固晶面定温、定量点射熔融AuSn，然后向熔融AuSn放置LED芯片，冷却；b5步，向LED芯片出光面涂布荧光粉硅胶；第b6步，封硅胶。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明技术，尤其涉及一种高效散热LED封装及其制备方法。
背景技术
LED灯具有寿命长、省电力的特点，越来越广泛地应用于照明领域。传统的LED封装，固晶材料一般采用银浆，参考图1，是一种效典型的LED封装结构，基板005与LED芯片003之间是银浆004，再上面是硅胶荧光粉002和硅胶lens001。
这种以银浆为固晶材料封装技术，是目前LED照明领域的主流。如中国专利文献CN201396621于2010年2月3日最新公开的一种大功率LED光源结构，其包括：一铜基板，包括绝缘基板层和覆盖其上的铜箔层；复数LED片，矩阵排列于铜基板上；一散热器，设置于铜基板上一侧，并通过导热硅胶与铜基板接触。进一步的所述的LED片包括散热板，其中间为镂空，外缘为带内凹弧的多边形；LED晶片，设置于散热板的镂空部；高导热银浆分布于LED晶片、散热板与铜基板之间；硅胶封装于铜基板上方，包覆LED晶片和散热板。再如中国专利文献CN201017896于2008年2月6日公开的一种发光二极管的封装结构，该LED发光二极管的封装结构的铝基板采用阳极氧化处理工艺处理且在其面形成一层绝缘氧化层，LED的硅晶片直接封装在绝缘氧化层上，绝缘氧化层上采用银浆烧结工艺设有导电层，硅晶片通过金丝电极与导电层相连接。
传统的封装方式是造成LED光衰的主要原因，特别是使用半年后急剧光衰的主要原因：一方面一般银浆的导热系数只有3w/mk，而基板的导热系数＞200w/mk，芯片发热要传到基板，通过银浆产生散热瓶颈，不能及时导出热量，使LED芯片过热，因而造成光衰；另一方面也有将银浆做到20w/mk，即现在市面上流行的高导热银浆，但因所在银浆都需要高分子材料（如硅胶）作为载体，而所有高分子材料都存在气密性的问题，也就是所有高分子都会透空气、水蒸汽等，而银遇到气体后会发生氧化，氧化后的氧化银浆导热系数仅剩下0.2w/mk。参考图2，其中曲线A是采用传统封装LED光衰试验绘制的光衰图，由此可以看出，使用到了500小时以后，LED急剧光衰。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种抗氧化性能好、高效散热LED封装及其制备方法，从而实现光衰小，延长LED芯片的寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高效散热LED封装，包括LED芯片和基板；其特征在于：LED芯片和基板之间具有AuSn焊层；本发明的一个实施例中，AuSn焊层之Au的含量为77.9%至82%；本发明的一个实施例中，AuSn焊层之Au的含量为80%。
本发明的一个实施例中，AuSn焊层是金锡共晶体。
高效散热LED封装，其特征在于：所述LED芯片出光面还设置有硅胶荧光粉层和硅胶层；所述基板是金属基板。
高效散热LED封装，其特征在于：所述LED芯片之焊接面设有AuSn镀层，该AuSn镀层采用真空镀方式设置；所述基板之焊接面设有AlN镀层，该AlN镀层采用真空镀方式设置。LED芯片预镀AuSn，可使焊接过程不影响芯片，并提高结合力，本发明的一个实施例中，预镀AuSn采用常温下真空溅射方式。在本发明的一个实施例中，以Cu、或CuWu、或AlSi、或AlN+Al、或陶瓷代替AlN，也可以得到与AlN大体相当的效果。
本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：
一种固晶方法，其特征在于包括以下步骤：第a1步，提供一种LED芯片，以真空镀方式在LED芯片之待焊接面设置AuSn镀层；第a2步，提供一种基板，以真空镀方式在基板之待固晶面设置AlN镀层；第a3步，提供一种AuSn焊条，提供一种能够定温、定量点射熔融AuSn的焊枪；第a4步，在氮气保护室内，所述焊枪向所述基板之待固晶面定温、定量点射熔融AuSn，然后向熔融AuSn放置LED芯片；其中，第a1步、第a2步、第a3步不区分先后顺序。本发明的一个实施例中，在芯片之待焊接面设置AuSn采用常温下真空溅射方式。在本发明的一个实施例中，以Cu、或CuWu、或AlSi、或AlN+Al、或陶瓷代替AlN。
固晶方法，其特征在于：第a4步所述的定温，是指熔融AuSn点射时的温度为290℃至340℃之间。
固晶方法，所述定温为290℃、或300℃、或305℃、或310℃、或315℃、或320℃、或330℃。
固晶方法，其特征在于：还包括于第a4步前将第a4步所述基板冷冻的步骤，以减少所述基板散去熔融AuSn热量的时间。
本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：
一种高效散热LED封装的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第b1步，提供一种LED芯片，以真空溅射方式在LED芯片之待焊接面设置AuSn镀层，扩晶；第b2步，提供一种基板，以真空镀方式在基板之待固晶面设置AlN镀层；第b3步，提供一种AuSn焊条，提供一种微焊机，该微焊机具有氮气保护焊接室，该微焊机具有能够定温、定量点射熔融AuSn的焊枪；第b4步，在第b3步所提供的微焊机之氮气保护焊接室中，通过所述焊枪向所述基板之待固晶面定温、定量点射熔融AuSn，然后向熔融AuSn放置LED芯片，冷却；第b5步，向LED芯片出光面涂布荧光粉硅胶；第b6步，封硅胶。
高效散热LED封装的制备方法，其特征在于，还包括将第b4步所述基板于点射熔融AuSn前冷冻的步骤，以减少所述基板散去熔融AuSn热量的时间。
高效散热LED封装的制备方法，其特征在于，第b4步所述的定温，是指熔融AuSn点射时的温度为290℃至340℃之间。
本发明的高效散热LED封装，LED芯片与与基板之间采用AuSn作为固晶材料，AuSn本身具有良好的导热性能，不需要硅胶等高分子材料作载体，加上AuSn的抗氧化性好，LED工作时，不会产生热量累积，不会因为时间长了而氧化固晶材料，提升热量累积，从而LED芯片工作温度相对稳定，与现有技术相比，光衰小，LED芯片使用寿命长。本发明的固晶方法及本发明的高效散热LED封装制备方法，是制备前述高效散热LED封装的方法，该方法采用微焊技术，通过定温定量地向基板点射熔融AuSn，再放置LED芯片，可以LED芯片免受高温影响，以免降低LED芯片的性能或产生潜在不良；通过预先设置AuSn镀层可以增加焊接结合力，并且AuSn镀层采用真空镀，可以在常温下完成更加不会损伤LED芯片，本发明的固晶方法及本发明的高效散热LED封装制备方法与现有技术相比，具有在制备过程中不损伤LED芯片的前提下，产成品具不光衰小使用寿命长的特点。
附图说明
图1是一种习知的LED封装示意图。
图2是传统LED封装与本发明第一个实施例之LED封装的光衰对比示意图。
图3本发明第一个实施例示意图。
图4是本发明第三个实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详述。参考图3，本发明第一个实施例是一种高效散热LED封装，包括LED芯片103和基板105；LED芯片103和基板105之间具有AuSn焊层104；LED芯片上面是硅胶荧光粉层102和硅胶层101，本实施例中，AuSn焊层之Au的含量为80%；当然，作为本实施例的一种替代方案，Au的含量也可以在77.9%至82%之间。本实施例中，AuSn焊层是金锡共晶体。本实施例中所述基板是铝基板。本实施例中，所述LED芯片103之焊接面设有AuSn镀层，该AuSn镀层采用真空溅射镀方式设置；所述基板之焊接面设有AlN镀层，该AlN镀层采用真空镀方式设置。LED芯片预镀AuSn，可使焊接过程不影响芯片，并提高结合力。 参考图2，是本实施例之高效散热LED封装与传统LED封装（银浆）之光衰试验对比图，其中曲线B是本实施例之高效散热LED封装。
本发明第二个实施例是一种固晶方法，包括以下步骤：第a1步，提供一种LED芯片，以真空镀方式在LED芯片之待焊接面设置AuSn镀层；第a2步，提供一种基板，以真空镀方式在基板之待固晶面设置AlN镀层；第a3步，提供一种AuSn焊条，提供一种能够定温、定量点射熔融AuSn的焊枪；第a4步，在氮气保护室内，所述焊枪向所述基板之待固晶面定温、定量点射熔融AuSn，然后向熔融AuSn放置LED芯片；本实施例中，第a1步、第a2步、第a3步不区分先后顺序。本实施例中，在芯片之待焊接面设置AuSn采用常温下真空溅射方式。第a4步所述的定温，是指熔融AuSn点射时的温度为310℃。作为本实施例的替代方案，以下温度也可实本现发明目的：290℃、295℃、300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、330℃。本实施例中，还包括于第a4步前将第a4步所述基板冷冻的步骤，以减少所述基板散去熔融AuSn热量的时间，避免焊接过程中损伤LED芯片。
本发明的第三个实施例是一种高效散热LED封装的制备方法，参考图4，该方法包括以下步骤：第b1步，提供一种LED芯片，以真空溅射方式在LED芯片之待焊接面设置AuSn镀层，扩晶；第b2步，提供一种基板，以真空镀方式在基板之待固晶面设置AlN镀层；第b3步，提供一种AuSn焊条，提供一种微焊机，该微焊机具有氮气保护焊接室，该微焊机具有能够定温、定量点射熔融AuSn的焊枪；第b4步，在第b3步所提供的微焊机之氮气保护焊接室中，通过所述焊枪向所述基板之待固晶面定温、定量点射熔融AuSn，然后向熔融AuSn放置LED芯片，冷却；第b5步，向LED芯片出光面涂布荧光粉硅胶；第b6步，封硅胶。本实施例中，还包括将第b4步所述基板于点射熔融AuSn前冷冻的步骤，即图4中的冰窖，以减少所述基板散去熔融AuSn热量的时间从而避免焊接过程中对LED芯片的生损伤。本实施例中，第b4步所述的定温，是指熔融AuSn点射时的温度为310℃，作为本实施例的替代方案，以下温度也可实本现发明目的：290℃、295℃、℃300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、330℃。
Claims (8)
1.一种高效散热LED封装，包括LED芯片和基板；其特征在于：LED芯片和基板之间具有AuSn焊层；所述LED芯片之焊接面设有AuSn镀层，该AuSn镀层采用真空镀方式设置；所述基板之焊接面设有AlN镀层，该AlN镀层采用真空镀方式设置。
2.一种固晶方法，其特征在于包括以下步骤：
第a1步，提供一种LED芯片，以真空镀方式在LED芯片之待焊接面设置AuSn镀层；
第a2步，提供一种基板，以真空镀方式在基板之待固晶面设置AlN镀层；
第a3步，提供一种AuSn焊条，提供一种能够定温、定量点射熔融AuSn的焊枪；
第a4步，在氮气保护室内，所述焊枪向所述基板之待固晶面定温、定量点射熔融AuSn，然后向熔融AuSn放置LED芯片；
其中，第a1步、第a2步、第a3步不区分先后顺序。
3.根据权利要求2所述的固晶方法，其特征在于：第a4步所述的定温，是指熔融AuSn点射时的温度为295℃至340℃之间。
4.根据权利要求3所述的固晶方法，所述定温为300℃、或305℃、或310℃、或315℃、或320℃、或330℃。
5.根据权利要求2所述的固晶方法，其特征在于：还包括于第a4步前将第a4步所述基板冷冻的步骤，以减少所述基板散去熔融AuSn热量的时间。
6.一种高效散热LED封装的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第b1步，提供一种LED芯片，以真空溅射方式在LED芯片之待焊接面设置AuSn镀层，扩晶；
第b2步，提供一种基板，以真空镀方式在基板之待固晶面设置AlN镀层；
第b3步，提供一种AuSn焊条，提供一种微焊机，该微焊机具有氮气保护焊接室，该微焊机具有能够定温、定量点射熔融AuSn的焊枪；
第b4步，在第b3步所提供的微焊机之氮气保护焊接室中，通过所述焊枪向所述基板之待固晶面定温、定量点射熔融AuSn，然后向熔融AuSn放置LED芯片，冷却；
第b5步，向LED芯片出光面涂布荧光粉硅胶；
第b6步，封硅胶。
7.根据权利要求6所述的高效散热LED封装的制备方法，其特征在于，还包括将第b4步所述基板于点射熔融AuSn前冷冻的步骤，以减少所述基板散去熔融AuSn热量的时间。
8.根据权利要求6所述的高效散热LED封装的制备方法，其特征在于，第b4步所述的定温，是指熔融AuSn点射时的温度为295℃至340℃之间。
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