專利名稱：一種微焊接材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體照明技術，尤其涉及一種LED封裝用微焊接材料及其制備方法。
背景技術：
LED燈具有壽命長、省電力的特點，越來越廣泛地應用于照明領域。傳統(tǒng)的LED封裝，固晶材料一般采用銀漿。這種以銀漿為固晶材料封裝技術，是目前LED照明領域的主流。如中國專利文獻CN201396621于2010年2月3日最新公開的一種大功率LED光源結構，其包括一銅基板，包括絕緣基板層和覆蓋其上的銅箔層；復數(shù)LED片，矩陣排列于銅基板上；一散熱器，設置于銅基板上一側，并通過導熱硅膠與銅基板接觸。進一步的所述的 LED片包括散熱板，其中間為鏤空，外緣為帶內凹弧的多邊形；LED晶片，設置于散熱板的鏤空部；高導熱銀漿分布于LED晶片、散熱板與銅基板之間；硅膠封裝于銅基板上方，包覆LED 晶片和散熱板。再如中國專利文獻CN201017896于2008年2月6日公開的一種發(fā)光二極管的封裝結構，該LED發(fā)光二極管的封裝結構的鋁基板采用陽極氧化處理工藝處理且在其面形成一層絕緣氧化層，LED的硅晶片直接封裝在絕緣氧化層上，絕緣氧化層上采用銀漿燒結工藝設有導電層，硅晶片通過金絲電極與導電層相連接。傳統(tǒng)的封裝方式是造成LED光衰的主要原因，特別是使用半年后急劇光衰的主要原因一方面一般銀漿的導熱系數(shù)只有 3w/mk,而基板的導熱系數(shù)> 200w/mk，芯片發(fā)熱要傳到基板，通過銀漿產生散熱瓶頸，不能及時導出熱量，使LED芯片過熱，因而造成光衰；另一方面也有將銀漿做到20w/mk，即現(xiàn)在市面上流行的高導熱銀漿，但因所在銀漿都需要高分子材料(如硅膠)作為載體，而所有高分子材料都存在氣密性的問題，也就是所有高分子都會透空氣、水蒸汽等，而銀遇到氣體后會發(fā)生氧化，氧化后的氧化銀漿導熱系數(shù)僅剩下0. 2w/mk。參考圖7，其中曲線A是采用傳統(tǒng)封裝LED光衰試驗繪制的光衰圖，由此可以看出，使用到了 500小時以后，LED急劇光衰。為解決上述問題，早在上個世紀90年代，就有專家提出采用金錫合金作為固晶材料，如中國專利文獻CN1066411于1992年11月25日公開的金錫釬料的制造方法，一種大功率、高技術領域用半導體器件用的金錫焊料(含SnlS 23%，余量為Au)的制造方法， 采用多層復合技術將分別預處理過的、軋至一定厚度的金帶和錫帶按照Au/Sn/Au……/Sn/ Au的方式彼此相間層疊在一起(至少5層)，預壓結成復合坯料，再冷軋成所需規(guī)格的箔材。本發(fā)明方法能可靠地保證焊料在釬焊溫度下發(fā)生共晶反應，得到成分均勻、致密的釬接頭。然而，十幾年來，這種焊料并未得到廣泛的應用，其不足之處是顯而易見的，該焊料的層狀結構決定了其只能加工成片狀，一方面又決定了其焊接工藝只能將基板、焊料、晶片疊加后焊接，這樣一來，晶片在焊接過程中要承受280°C以上的高溫，并且要保持一定時間，必要時在基板和晶片之間還有預壓力，這就大大增加了損傷晶片的機會，有些損傷甚至是隱形的，晶片工作一段時間后才有所表現(xiàn)；另一方面片狀焊料需要預先裁切，定量不易準確且不方便自動化生產作業(yè)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種焊接時不損傷LED 芯片且方便實現(xiàn)自動化焊接作業(yè)的微焊接材料。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)
一種微焊接材料，呈條狀，其特征在于包括焊芯和包覆于焊芯外的外皮；焊芯是AuSn 的共晶體，其中Au在焊芯中的含量為78. 9%-82% ；外皮為層狀結構，由Au鍍層和Sn鍍層交替組合而成，至少有二層，且最外層為Au鍍層，其中Au在外皮中的含量為78. 9%-82%。在本發(fā)明的一個實施例中，Au在焊芯中的含量為79%_81%、或79. 2%、或79. 4%、或 79. 5、或 79. 6%、或 79. 8%、或 80%、或 80. 2%、或 80. 4%、或 80. 5%、或 80. 6%、或 80. 8%、或 80. 9%
ο微焊接材料，其特征在于所述焊芯包括至少二條子焊芯。微焊接材料，其特征在于二條以上子焊芯絞合設置成所述焊芯。微焊接材料，其特征在于所述Au鍍層及所述Sn鍍層均采用真空鍍方式設置而成。微焊接材料，其特征在于所述焊芯的最大直徑為10 μ m-150 μ m。 在本發(fā)明的一個實施例中，所述焊芯的最大直徑為15 μ m、或20 μ m、或30 μ m、或 40 μ m> bJc 50 μ m> bJc 60 μ m> bJc 70 μ m> bJc 80 μ m> bJc 100 μ m> 120 μ m> 140 μ m。微焊接材料，其特征在于所述子焊芯的直徑為5μπι-20μπι。在本發(fā)明的一個實施例中，所述子焊芯的直徑為6μπι、或8μπι、或ΙΟμπκ或 12 μ m>gJc 15 μ m> 16 μ m> 18 μ m。微焊接材料，其特征在于所述Au鍍層的厚度為2nm-50nm，所述Sn鍍層的厚度為 8nm_50nmo在本發(fā)明的一個實施例中，所述Au鍍層的厚度為4nm-10nm，所述Sn鍍層的厚度為 6nm-12nm。微焊接材料，其特征在于所述焊芯包括三條子焊芯，三條以上子焊芯絞合設置； 所述Au鍍層及所述Sn鍍層均采用真空蒸鍍方式設置而成；所述焊芯的最大直徑為50 μ m ； 所述Au鍍層的厚度為2nm-50nm，所述Sn鍍層的厚度為8nm-50nm。本發(fā)明的目的還可以通過以下技術方案實現(xiàn)
一種微焊接材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟第ι步，延展，將Au延展成薄片；第2步，卷附，將第1步延展后的Au薄片卷附于一棒狀部件；第3步，熔Sn，在一設有加熱裝置的容器內將Sn熔融；第4步，加Au，用第2步所述的卷附有Au的棒狀部件在第3步所述的容器內攪拌；第5步，擠出成型，冷卻；第6步，鍍Sn ；第7步，鍍Au。微焊接材料的制備方法，其特征在于還包括設置于第5步和第6步之間的成束步驟，即將第5步成型的半成品直接成束或絞合成束。微焊接材料的制備方法，其特征在于第1步所述的延展，Au薄片的厚度小于 10 μ m ；第2步所述的棒狀部件為Pt或陶瓷材料；第3步熔Sn的溫度為275°C _310°C ；第 5步和第6步之間還設有成束步履，即第5步同時擠出3條半成品，將三條半成品在線絞合成一束；第6步所述的鍍Sn及第7步所述的鍍Au均為真空蒸鍍。本發(fā)明的微焊接材料，采用條狀的AuSn共晶體，外部包覆層狀外皮，是一種軟包硬結構，可以減小微焊條因外力而折斷機會，具有一定的抗沖擊能力；尤其是采用了二條以上子焊芯的情況，微焊條抗外力沖擊的能力更高；由于本發(fā)明的微焊材料呈條狀，且具有抗沖擊能力，可以采用焊槍定溫、定量點射方式向基板點射熔融焊料，在焊料未固化前放置 LED芯片再冷卻即可，因此在整個焊接過程中，LED芯片僅很少的時間承受高溫，大大地減小了損傷LED芯片的機會；本發(fā)明的微焊接材料，因為可采用焊槍定溫定量點射，整個焊接過程很容易實現(xiàn)高效自動化作業(yè)。與銀漿固晶相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于抗氧化性好、導熱系數(shù)高。與片狀金錫焊料相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于焊接時LED芯片承受高溫時間短，不易損傷 LED芯片，并容易實現(xiàn)自動作作業(yè)。


圖1是本發(fā)明第一個實施例示意圖。圖2是本發(fā)明第二個實施例示意圖。圖3是本發(fā)明第三個實施例示意圖。圖4是本發(fā)明第四個實施例的流程圖。圖5是本發(fā)明第五個實施例示意圖。圖6是本發(fā)明第六個實施例示意圖。圖7是傳統(tǒng)LED封裝與本發(fā)明第六個實施例之LED封裝的光衰對比示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。參考圖1，本發(fā)明的第一個實施例是一種微焊接材料，呈條狀，包括焊芯101和包覆于焊芯101外的外皮102/103 ；焊芯101是AuSn的共晶體，其中Au在焊芯101中的含量為80% ；外皮102/103為層狀結構，由Au鍍層103和Sn鍍層102組成，外層為Au鍍層103， 其中Au在外皮中的含量為80% ；本實施例中，所述Au鍍層103及所述Sn鍍層102均采用真空蒸鍍方式設置而成，當然，也可以采用真空濺射方式。參考圖2，本發(fā)明的第二個實施例也是一種微焊接材料，呈條狀，包括焊芯和包覆于焊芯外的外皮202/203 ；焊芯是AuSn的共晶體，其中Au在焊芯中的含量為80. 05% ；外皮 202/203為層狀結構，由Au鍍層203和Sn鍍層202組成，外層為Au鍍層203，其中Au在外皮202/203中的含量為80. 05% ；本實施例中，所述焊芯由三條子焊芯201絞合設置而成；本實施例中，所述Au鍍層203及所述Sn鍍層202均采用真空蒸鍍方式設置而成。所述焊芯的最大直徑為40 μ m，焊芯的最大真徑指的是焊芯截面所內接的最大圓的直徑，本實施例中， 所述子焊芯201的直徑為18μπι。當然，根據(jù)具體焊接設備和具體用途也可以采用其它規(guī)格如 15 μ m、或 20 μ m、或 30 μ m、或 40 μ m、或 50 μ m、或 60 μ m、或 70 μ m、或 80 μ m、或 100 μ m、 或120 μ m、或140 μ m最大直徑的焊芯，本實施例中，Sn鍍層202的厚度為lOnm，Au鍍層203 的厚度約為8nm，具體厚度依Au和Sn的組分配比。參考圖3，本發(fā)明的第三個實施例也是一種微焊接材料，呈條狀，包括焊芯和包覆于焊芯外的外皮302/303 ；焊芯是AuSn的共晶體，其中Au在焊芯中的含量為79. 9% ；外皮 302/303為層狀結構，共四層，由二層Au鍍層303和二層Sn鍍302層交替組合而成，最外層為八11鍍層303^11在外皮中的含量為79.9%。本實施例中所述焊芯為七條子焊芯301絞合設置而成。所述Au鍍層及所述Sn鍍層均采用真空蒸鍍方式設置而成。本實施例中，焊芯的最大直徑為60 μ m,子焊芯301的直徑為20 μ m ;2層所述Sn鍍層302的厚度均為10nm， 2層Au鍍層303的厚度均約為8nm。參考圖4，本發(fā)明第四個實施例是一種微焊接材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟第1步，延展，將Au延展成薄片；第2步，卷附，將第1步延展后的Au薄片卷附于一棒狀部件；第3步，熔Sn，在一設有加熱裝置的容器內將Sn熔融；第4步，加Au，用第2步所述的卷附有Au的棒狀部件在第3步所述的容器內攪拌；第5步，擠出成型，冷卻；第6步，鍍 Sn ；第7步，鍍Au。本實施例中，第1步所述的延展，Au薄片的厚度小于10 μ m ；第2步所述的棒狀部件為Pt或陶瓷材料；第3步熔Sn的溫度為275°C _310°C;第5步和第6步之間還設有成束步履，即第5步同時擠出3條半成品，將三條半成品在線絞合成一束；第6步所述的鍍Sn及第7步所述的鍍Au均為真空蒸鍍。參考圖5，本發(fā)明第五個實施例是一種應用本發(fā)明第二個實施例之微焊材料制備一種高效散熱LED封裝的方法，該方法包括以下步驟第bl步，提供一種LED芯片，以真空濺射方式在LED芯片之待焊接面設置AuSn鍍層，擴晶；第M步，提供一種基板，以真空鍍方式在基板之待固晶面設置AlN鍍層；第b3步，提供一種AuSn焊條，提供一種微焊機，該微焊機具有氮氣保護焊接室，該微焊機具有能夠定溫、定量點射熔融AuSn的焊槍；第b4步，在第b3步所提供的微焊機之氮氣保護焊接室中，通過所述焊槍向所述基板之待固晶面定溫、 定量點射熔融AuSn，然后向熔融AuSn放置LED芯片，冷卻；第沾步，向LED芯片出光面涂布熒光粉硅膠；第M步，封硅膠。本實施例中，還包括將第b4步所述基板于點射熔融AuSn 前冷凍的步驟，即圖4中的冰窖，以減少所述基板散去熔融AuSn熱量的時間從而避免焊接過程中對LED芯片的生損傷。本實施例中，第b4步所述的定溫，是指熔融AuSn點射時的溫度為310°C，作為本實施例的替代方案，所述溫度也可以是290°C、295°C、°C 300°C、305°C、 310°C、315°C、32(TC、33(rC。參考圖6，是本發(fā)明第五個實施例制備而成的一種高效散熱 LED封裝，包括LED芯片403和基板405 ；LED芯片403和基板405之間具有AuSn焊層404 ； LED芯片上面是硅膠熒光粉層402和硅膠層401。參考圖7，是本發(fā)明第五個實施例制備而成的一種高效散熱LED封裝與傳統(tǒng)的銀漿封裝LED這光衰比較圖，圖中曲線B指示的是本發(fā)明第五個實施例制備的高效散熱LED封裝。本發(fā)明的微焊材料，與銀漿固晶相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于抗氧化性好、導熱系數(shù)高。與片狀金錫焊料相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于焊接時LED芯片承受高溫時間短，不易損傷 LED芯片，并容易實現(xiàn)自動作作業(yè)。
權利要求
1.一種微焊接材料，呈條狀，其特征在于包括焊芯和包覆于焊芯外的外皮；焊芯是AuSn的共晶體，其中Au在焊芯中的含量為78. 9%_82% ；外皮為層狀結構，由Au鍍層和Sn鍍層交替組合而成，至少有二層，且最外層為Au鍍層，其中Au在外皮中的含量為78. 9%-82%。
2.根據(jù)權利要求1所述的微焊接材料，其特征在于所述焊芯包括至少二條子焊芯。
3.根據(jù)權利要求2所述的微焊接材料，其特征在于二條以上子焊芯絞合設置成所述焊芯。
4.根據(jù)權利要求1所述的微焊接材料，其特征在于所述Au鍍層及所述Sn鍍層均采用真空鍍方式設置而成。
5.根據(jù)權利要求1-3任意一項所述的微焊接材料，其特征在于所述焊芯的最大直徑 ^ 10 μ m-150 μ m。
6.根據(jù)權利要求2或3所述的微焊接材料，其特征在于所述子焊芯的直徑為 5 μ m-20 μ m。
7.根據(jù)權利要求1或4所述的微焊接材料，其特征在于所述Au鍍層的厚度為 2nm-50nm，所述Sn鍍層的厚度為8nm_50nm。
8.根據(jù)權利要求1所述的微焊接材料，其特征在于所述焊芯包括三條子焊芯，三條以上子焊芯絞合設置；所述Au鍍層及所述Sn鍍層均采用真空蒸鍍方式設置而成；所述焊芯的最大直徑為50 μ m ；所述Au鍍層的厚度為2nm-50nm，所述Sn鍍層的厚度為8nm-50nm。
9.一種微焊接材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟第1步，延展，將Au延展成薄片；第2步，卷附，將第1步延展后的Au薄片卷附于一棒狀部件；第3步，熔Sn，在一設有加熱裝置的容器內將Sn熔融；第4步，加Au，用第2步所述的卷附有Au的棒狀部件在第3步所述的容器內攪拌；第5步，擠出成型，冷卻；第6步，鍍Sn;第7步，鍍Au。
10.根據(jù)權利要求9所述的微焊接材料的制備方法，其特征在于還包括設置于第5步和第6步之間的成束步驟，即將第5步成型的半成品直接成束或絞合成束。
11.根據(jù)權利要求9所述的微焊接材料的制備方法，其特征在于第1步所述的延展，Au薄片的厚度小于10 μ m ；第2步所述的棒狀部件為Pt或陶瓷材料；第3步熔Sn的溫度為275°C _310°C ；第5步和第6步之間還設有成束步履，即第5步同時擠出3條半成品，將三條半成品在線絞合成一束；第6步所述的鍍Sn及第7步所述的鍍 Au均為真空蒸鍍。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體照明技術，尤其涉及一種LED封裝用微焊接材料及其其制備方法。微焊接材料呈條狀，包括焊芯和包覆于焊芯外的外皮；焊芯是AuSn的共晶體，其中Au在焊芯中的含量為78.9%-82%；外皮為層狀結構，由Au鍍層和Sn鍍層交替組合而成，至少有二層，且最外層為Au鍍層，其中Au在外皮中的含量為78.9%-82%。制備方法包括以下步驟延展，將Au延展成薄片；卷附，將第1步延展后的Au薄片卷附于一棒狀部件；熔Sn，在一設有加熱裝置的容器內將Sn熔融；加Au，用卷附有Au的棒狀部件容器內攪拌；擠出成型，冷卻；鍍Sn。本發(fā)明提供一種焊接時不損傷LED芯片且方便實現(xiàn)自動化焊接作業(yè)的微焊接材料。
文檔編號B23K35/30GK102166691SQ20101011364
公開日2011年8月31日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權日2010年2月25日
發(fā)明者李啟智, 李金明 申請人:東莞市萬豐納米材料有限公司