[发明专利]一种LED共晶焊接的方法

说明书

技术领域

本发明属于LED封装技术领域，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。

背景技术

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Au_0.2Sn_0.8的共晶焊料其温度还 是比较低的。这是因为Au_0.2Sn_0.8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。

发明内容

本发明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，本发明采用如下技术方案：

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。

作为本发明的一种优选方案，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；