一种LED共晶焊接的方法技术

技术编号:15117076 阅读:129 留言:0更新日期:2017-04-09 13:31
本发明专利技术揭示一种LED共晶焊接的方法,将支架的热沉插件放置于一金属夹具上,所述热沉插件为Cu柱;通过等离子体处理Cu柱镀层表面,去除油污、表面氧化层;调节自动共晶焊机器加热温度至设定值,把芯片和Cu柱进行共晶焊接;把金属夹具与支架合模,通过冲床把焊接好的芯片,热沉冲压进低温塑胶支架,完成共晶焊接。本发明专利技术相比较银胶固晶或锡膏固晶,封装热阻大大降低,在相同的功率下,其结温低,一方面可以增加发光效率,另外一方面可以增加LED的可靠性。在耐受相同结温的芯片而言,其工作电流显著增加,这将增加单管封装的功率和单位流明的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于LED封装
,涉及一种LED的封装方法,尤其涉及一种功率型LED芯片与支架热沉共晶焊接的方法。
技术介绍
LED(Light Emitting Diode),发光二极管,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,LED市场也开始从显示,指示应用开始向照明领域迅猛发展。但是对通用照明而言,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。为了固定热沉,电极引脚并绝缘,管壳采用塑胶或陶瓷结构。目前国内封装厂家芯片固晶工艺常常采用银胶固晶的工艺。这种工艺是首先在支架的热沉上点上适量的银胶,然后通过手工或自动的方法将芯片从篮膜上取下,放在银胶上,芯片侧面至少3面包胶,银胶高度一般在芯片高度的1/3-1/5之间。然后进行高温固化,完成固晶操作。这种工艺与小功率生产工艺兼容,工艺技术要求较低,因而为许多中小封装厂所采用。但是通常的银胶由银粉,树脂和添加剂等组成,其热导率一般小于10W/mK,相比金属而言热导率要低1-2个数量级;其耐温性能较差,一般的银胶在温度高于200℃以上,会迅速劣化,表现为热导率,电导率降低,粘接强度下降;银胶在使用上也比较苛刻,其在回温、点胶、固化等方面都必须较严格的控制,否则造成粘接性能下降甚至飞晶和短路的现象。为此,一些厂家为了降低封装的热阻,采用锡膏固晶的工艺,其基本工艺类似于银胶的封装方式。锡膏封装使得芯片与热沉通过焊锡金属联结,有效地增加了热导率。但是锡膏通常含有助焊剂,其不均匀的混合比例容易造成焊料中孔洞的形成,同时助焊剂常常会污染芯片,需要增加清洗环节。最重要的是一般的焊锡所耐的温度也是200℃左右,超过这个温度,焊锡将变软,熔化,严重影响焊接质量。最近几年,共晶焊工艺得到了广泛的重视,许多大的LED生产厂家在其产品中已经使用。但是对众多中小企业而言,共晶焊接还存在很大的困难。一个原因是市场上使用的支架基本上是针对银胶固晶的工艺所设计的,一般的塑胶管座在260-280℃左右就开始熔化变形,即使使用LPS塑胶,其所耐的最高温度在300℃左右。这样的耐温特性对市场上普遍使用的Au0.2Sn0.8的共晶焊料其温度还是比较低的。这是因为Au0.2Sn0.8焊料的共晶温度为282℃,在一般的共晶焊机器中,设定的加热板的温度要达到310℃左右才能使得共晶层熔化,这是因为支架从热沉底部到焊接的芯片之间存在温度梯度,而且支架升温也需要时间,这样,靠近热沉底部的塑胶因为高温而很容易熔化。而造成支架的坍塌。通过低温共晶点的金属,如SnAgCu合金,虽然能够解决焊接问题,但是因为共晶点温度为230℃,耐高温特性还没有很大的改善。因此针对市场上普通的大功率支架,目前对共晶焊还没有很好的解决方案。-->
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种LED共晶焊接的方法,解决目前低温塑胶功率型LED支架的共晶焊接问题。为解决上述技术问题,本专利技术采用如下技术方案:一种LED共晶焊接的方法,将支架的热沉插件放置于一金属夹具上,所述热沉插件为Cu柱;通过等离子体处理Cu柱镀层表面,去除油污、表面氧化层;调节自动共晶焊机器加热温度至设定值,把芯片和Cu柱进行共晶焊接;把金属夹具与支架合模,通过冲床把焊接好的芯片,热沉冲压进低温塑胶支架,完成共晶焊接。作为本专利技术的一种优选方案,所述方法具体包括如下步骤:步骤A、将金属夹具和Cu柱分别使用有机溶剂、去离子水进行超声清洗;而后烘干;步骤B、将Cu柱自动或手动装载于金属夹具内,放置于等离子体中进行表面处理,以去除Cu柱的表面氧化层;步骤C、将装载Cu柱的金属夹具装入自动固晶机的料盒,并放置于自动固晶机上料处;设定自动固晶的各段加热丝的温度;步骤D、开启保护气体待自动共晶机器温度达到设定值,并稳定后进行对芯片和Cu柱进行共晶焊;步骤E、把金属夹具通过定位栓与支架连接,然后通过冲床对其冲压,Cu柱柱体大部分进入到支架的塑胶管座内,仅剩下Cu柱的底座留在支架外;步骤F、移去金属夹具,对LED支架、Cu柱进行进一步冲压,至Cu柱底座也大部分进入塑胶管座,完成Cu柱与支架的合模,同时低温支架的共晶固晶工艺完成。作为本专利技术的一种优选方案,步骤A中,将金属夹具和Cu柱分别使用有机溶剂、去离子水进行超声清洗;其中,用丙酮清洗5分钟,用乙醇清洗5分钟,用去离子水清洗5分钟;而后烘干。作为本专利技术的一种优选方案,步骤C中,把固晶时Cu柱的温度控制在330-450℃度范围内,固晶时间为50ms-1s范围内,固晶时压力在20-200gf/mm2。作为本专利技术的一种优选方案,步骤D中,开启的保护气体为N2或N2/H2。作为本专利技术的一种优选方案,所述支架为低温支架,其塑胶耐温在260-280℃;与其配套的Cu柱的镀Ag层厚于普通的Cu柱的Ag层厚度,其厚度在3um-10um;所述金属夹具包括一金属基板,该金属基板的尺寸比2×10单元功率型LED支架大0.5-1cm左右,厚度为1mm-2mm之间。作为本专利技术的一种优选方案,所述金属基板上设置若干Cu柱槽,用以放置Cu柱,其尺寸大于Cu柱底座正公差尺寸;Cu柱槽外设置合模、冲压时为塑胶管座预留的槽,其尺寸大于管座的塑胶正公差尺寸;所述金属基板上设置若干与支架合模时的对位栓,其直径小于LED支架的定位孔径,位置与LED支架的定位孔对应;所述金属基板上设置若干夹具的通孔,自动共晶焊设备的操纵杆通过该通孔对夹具进行拖动定位。作为本专利技术的一种优选方案,所述方法具体包括如下步骤:有机溶剂清洗金属夹具和Cu柱;在金属夹具槽中装填Cu柱;-->等离子体清洗金属夹具和Cu柱;调节自动共晶焊机器,设定温度,时间,压力参数,并开启保护气体;用自动共晶焊机进行Cu柱和芯片共晶焊接;对金属夹具和支架合模,一次冲压移去金属夹具;二次冲压支架,完成共晶焊操作。一种LED共晶焊接的方法,将支架的热沉插件放置于一金属夹具上;通过等离子体处理热沉插件的镀层表面,去除油污、表面氧化层;调节自动共晶焊机器加热温度至设定值,把芯片和热沉插件进行共晶焊接;把金属夹具与支架合模,通过冲床把焊接好的芯片,热沉冲压进低温塑胶支架,完成共晶焊接。本专利技术的有益效果在于:(1)本专利技术通过简单的金属夹具将共晶过程转移到金属夹具上进行,从而克服了高的共晶温度对塑胶管壳的影响。(2)通过一系列的湿法和干法清洗处理Cu柱镀层金属,去除共晶表面的氧化层,粘污,同时改变表面能,使得镀层与共晶焊料更容易粘接。(3)本工艺还适宜更高温度的共晶焊操作,为新型的更高功率的LED封装提供可行的方案。(4)本共晶方案适用范围广,对有共晶焊料的芯片及大多数功率型支架或管座都可以进行共晶焊操作。(5)本专利技术相比较银胶固晶或锡膏固晶,封装热阻大大降低,在相同的功率下,其结温低,一方面可以增加发光效率,另外一方面可以增加LED的可靠性。在耐受相同结温的芯片而言,其工作电流显著增加,这将增加单管封装的功率和单位流明的成本。(6)与普通的封装兼容,不需要耐高温的塑胶支架,对各种共晶芯片适应性强。(7)由于共晶焊接时没有支架的参与,可本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种LED共晶焊接的方法,其特征在于:将支架的热沉插件放置于一金属夹具上,所述热沉插件为Cu柱;通过等离子体处理Cu柱镀层表面,去除油污、表面氧化层;调节自动共晶焊机器加热温度至设定值,把芯片和Cu柱进行共晶焊接;把金属夹具与支架合模,通过冲床把焊接好的芯片,热沉冲压进低温塑胶支架,完成共晶焊接。

【技术特征摘要】
1.一种LED共晶焊接的方法,其特征在于:将支架的热沉插件放置于一金属夹具上,所述热沉插件为Cu柱;通过等离子体处理Cu柱镀层表面,去除油污、表面氧化层;调节自动共晶焊机器加热温度至设定值,把芯片和Cu柱进行共晶焊接;把金属夹具与支架合模,通过冲床把焊接好的芯片,热沉冲压进低温塑胶支架,完成共晶焊接。2.根据权利要求1所述的LED共晶焊接的方法,其特征在于:所述方法具体包括如下步骤:步骤A、将金属夹具和Cu柱分别使用有机溶剂、去离子水进行超声清洗;而后烘干;步骤B、将Cu柱自动或手动装载于金属夹具内,放置于等离子体中进行表面处理,以去除Cu柱的表面氧化层;步骤C、将装载Cu柱的金属夹具装入自动固晶机的料盒,并放置于自动固晶机上料处;设定自动固晶的各段加热丝的温度;步骤D、开启保护气体待自动共晶机器温度达到设定值,并稳定后进行对芯片和Cu柱进行共晶焊;步骤E、把金属夹具通过定位栓与支架连接,然后通过冲床对其冲压,Cu柱柱体大部分进入到支架的塑胶管座内,仅剩下Cu柱的底座留在支架外;步骤F、移去金属夹具,对LED支架、Cu柱进行进一步冲压,至Cu柱底座也大部分进入塑胶管座,完成Cu柱与支架的合模,同时低温支架的共晶固晶工艺完成。3.根据权利要求2所述的LED共晶焊接的方法,其特征在于:步骤A中,将金属夹具和Cu柱分别使用有机溶剂、去离子水进行超声清洗;其中,用丙酮清洗5分钟,用乙醇清洗5分钟,用去离子水清洗5分钟;而后烘干。4.根据权利要求2所述的LED共晶焊接的方法,其特征在于:步骤C中,把固晶时Cu柱的温度控制在330-450℃度范围内,固晶时间为50ms-1s范围内,固晶时压力在20-200gf/mm2。5....

【专利技术属性】
技术研发人员:宋金德陈志忠张茂胜董维胜张国义
申请(专利权)人:江苏伯乐达光电科技有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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