專利名稱：Led封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，該焊錫漿可顯著提高LED的熱傳導(dǎo)和散熱性能，提高LED出光率及壽命，尤其對于中高功率LED效果更為突出。
背景技術(shù)：
LED因其工作時產(chǎn)生的熱量較少，發(fā)光率較高，被視為冷光源，與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈相比，其節(jié)電效率可達(dá)90%以上。在當(dāng)前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED 為代表的新型照明光源時代。LED雖被視為冷光源，但一般在工作時也只有15% 25%的電能轉(zhuǎn)換成光能，目前代表芯片制作最高水平的CREE公司，其芯片的光電轉(zhuǎn)換效率也才達(dá)到40%左右。也就是說，對于現(xiàn)有的LED光效水平而言，輸入電能的75-85%左右會轉(zhuǎn)變成為熱量，而使芯片的結(jié)溫(Junction Temperature,簡稱TJ，指LED中P-N結(jié)的溫度)升高，導(dǎo)致LED因過熱而損壞。TJ越高會使LED的出光率越低，壽命越短。所以目前從技術(shù)方面左右功率性LED技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化的瓶頸在如何散熱，尤其對于中高功率LED此問題更為突出，成為當(dāng)前研究的一個重點(diǎn)。如何提高LED的散熱性能，人們從不同角度進(jìn)行了大量的研究，200510050585. 9、 200610122604.9,200710164533. 3,200710073118. 7,200710102789. 1,200710029589. 8、 200710019048.7,200810050391.2,200810026077. 0,200810119393. 2,200810141865. 4、 200810027959. 9,200910111204. 1等眾多中國專利分別從熱沉材料、燈具散熱結(jié)構(gòu)等方面
對提高LED散熱效果提供了很好的思路。圖1為典型LED的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為透鏡，2為LED芯片，3為熱沉，4為PCB 板，5為主要散熱方向。熱量傳遞的主要方向為芯片-熱沉-PCB-空氣。芯片、熱沉和PCB 板通過一定材料粘接在一起，顯然芯片與熱沉間的粘接材料以及熱沉與PCB間的粘接材料構(gòu)成的熱阻也會影響熱量的傳遞。由于LED的熱量主要由芯片產(chǎn)生，然后通過粘接材料傳遞給熱沉，完成第一次熱量擴(kuò)散，因此芯片與熱沉間的粘接材料的導(dǎo)熱性能在LED散熱中起到至關(guān)重要的作用。導(dǎo)電銀膠由于使用簡單、易于固化粘接等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前芯片與熱沉間的粘接通常采用的是導(dǎo)電銀膠固化粘接。但導(dǎo)電銀膠熱傳導(dǎo)系數(shù)較低(目前報道的銀膠最高的熱傳導(dǎo)系數(shù)僅為25. 8ff/m · K)，并且其中的樹脂部分高溫性質(zhì)不穩(wěn)、易劣化，對散熱的影響尤為嚴(yán)重。專利200610014157. 5發(fā)明了一種納米銀(小于IOOnm)焊膏來實現(xiàn)對芯片和熱沉的焊接，但需要在290°C高溫下滯留35 40min才能實現(xiàn)焊接，如此長時間的高溫?zé)o疑會對LED芯片和其他部件產(chǎn)生損傷。專利200710124275. 6、200810026214. 0、 200910180899. 9,200910201265. 7,200810141812. 2采用錫膏焊接將芯片和熱沉焊接，專利 200610097250. 7,200810216078. 1直接用金屬焊料將芯片和熱沉焊接起來，取代了導(dǎo)電膠
3固化粘接，均在一定程度上提高了芯片與熱沉間的熱傳導(dǎo)，但粘接層的導(dǎo)熱性能受焊料導(dǎo)熱性能的限制，只能達(dá)到50 60W/m · K，對于大功率LED的發(fā)展來說還需進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，它是由錫基合金焊粉為主要焊接材料，配合一定組分的高導(dǎo)熱填充物，與一定量的助焊劑配制而成。用本發(fā)明中的焊錫漿焊接，可顯著提高芯片和熱沉之間的導(dǎo)熱率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，其特征在于它由錫基合金焊粉、高導(dǎo)熱填充物和助焊劑構(gòu)成。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的錫基合金焊粉包括SnBi、SnBiCu, SnBiAg, SnCu, SnAg, SnAgCu, SnZn 或 SnAu 等合金系焊粉，粒徑為 2 μ m 45 μ m。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的高導(dǎo)熱填充物為高導(dǎo)熱率(導(dǎo)熱率> 100ff/m · K)的金屬粉末和非金屬粉末中的一種或幾種的復(fù)合粉末，高導(dǎo)熱填充物占焊錫漿重量的 30%。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的金屬粉末包括Ag、Cu、Al、Ni和/或Si 等，所述的非金屬粉末包括金剛石、BeO和/或AlN等，粒徑為0. 5 μ m 45 μ m。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的高導(dǎo)熱填充物顆粒表面預(yù)先采用Ag、 Sn、Ni、Cu或所述的錫基合金焊料進(jìn)行包覆，以達(dá)到與焊料更好的界面結(jié)合。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的助焊劑為膏狀助焊劑，占焊錫漿重量的 8% 15%。所用助焊劑應(yīng)具有良好的潤濕性，其組份在本發(fā)明中不做具體要求。本發(fā)明所涉及的高導(dǎo)熱率焊錫漿的制備方法，包括如下步驟將錫基合金焊粉、高導(dǎo)熱填充物和助焊劑按照比例配料，均勻機(jī)械混和，攪拌IOmin以上，使高導(dǎo)熱填充物均勻分散在錫基合金焊粉中，得到組分均勻一致的焊錫漿。本發(fā)明所涉及的導(dǎo)熱填充物包括高導(dǎo)熱率的金屬粉末如Ag、Cu、Al、Ni、ai等或高導(dǎo)熱率的非金屬粉末如金剛石、BeO, AlN等，或這些材料的復(fù)合粉末的一種或幾種，粒徑在 0. 5 μ m 45 μ m。為了增加填充物與焊料之間的結(jié)合強(qiáng)度，填充物顆粒表面可預(yù)先進(jìn)行Ag、 Sn、Ni、Cu或所述的錫基合金焊料的包覆，以達(dá)到與焊料更好的界面結(jié)合。高導(dǎo)熱填充物占焊錫漿重量的 30%，填充物太少達(dá)不到提高導(dǎo)熱效果，太多則增大填充物與焊料之間的界面熱阻，且容易造成焊接不良而降低芯片和熱沉粘結(jié)強(qiáng)度，影響熱傳導(dǎo)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供的高導(dǎo)熱焊錫漿通過印刷或點(diǎn)膠在LED芯片和熱沉之間，經(jīng)燒結(jié)或回流，使芯片和熱沉焊接在一起。本發(fā)明的焊錫漿采用了高導(dǎo)熱率填充物，焊接后可顯著提高芯片和熱沉間的熱傳導(dǎo)。因此，用本發(fā)明中的焊錫漿焊接，可顯著提高LED的熱傳導(dǎo)和散熱性能，提高LED出光率及壽命，尤其對于中高功率LED效果更為突出。下面通過附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。


圖1為典型LED的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1焊錫漿各組分配比)SnBi30Cu0. 5(粒徑 15μπι 25μπι) 60Cu 粉(粒徑 10 μ m 20 μ m)30助焊劑LF200010將錫基合金焊粉、高導(dǎo)熱填充物和助焊劑按照比例配料，均勻機(jī)械混和，攪拌 15min，使高導(dǎo)熱填充物均勻分散在錫基合金焊粉中，得到組分均勻一致的焊錫漿。將制備的焊錫漿點(diǎn)膠在熱沉的LED芯片位置上，貼上芯片，經(jīng)回流使芯片和熱沉焊接在一起?；亓鞯姆逯禐?10°C，高于SnBi30Cu0. 5熔程上限溫度(186°C )60s。實施例2焊錫漿各組分配比)SnAg3. 5 (粒徑 25 μ m 45 μ m)75
Cu/金剛石粉(粒徑38 μ m 45 μ m) 10助焊劑SRT7715制備方法同實施例1。將制備的焊錫漿點(diǎn)膠在熱沉的LED芯片位置上，貼上芯片，經(jīng)回流使芯片和熱沉焊接在一起。回流的峰值為210°C，高于SnAg3.5熔點(diǎn)Q2rC)60s。實施例3焊錫漿各組分配比)SnAg3CuO. 5 (粒徑 2 μ m 11 μ m) 91Ag 粉(粒徑 0. 5 μ m 10 μ m)1助焊劑SRT31028制備方法同實施例1。將制備的焊錫漿點(diǎn)膠在熱沉的LED芯片位置上，貼上芯片，經(jīng)回流使芯片和熱沉焊接在一起?；亓鞯姆逯禍囟葹?45°C，高于SnAg3CuO. 5熔點(diǎn))60s。實施例4焊錫漿各組分配比)SnAu80 (粒徑 25 μ m 45 μ m)80BeO 鍍 Ag (粒徑 20 μ m 38 μ m)4Cu/金剛石粉(粒徑38 μ m 45 μ m) 5助焊劑SRT30NX11制備方法同實施例1。將制備的焊錫漿點(diǎn)膠在熱沉的LED芯片位置上，貼上芯片，在310°C的烘箱中烘烤 5min使芯片和熱沉焊接在一起。在實施例1-4中還可以選擇將高導(dǎo)熱填充物顆粒表面預(yù)先采用Ag、Sn、Ni、Cu或錫基合金焊料進(jìn)行包覆，以達(dá)到與焊料更好的界面結(jié)合。
表1、不同材料和實施例中焊點(diǎn)的導(dǎo)熱率
權(quán)利要求
1.一種LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，其特征在于它由錫基合金焊粉、高導(dǎo)熱填充物和助焊劑構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，其特征在于所述的錫基合金焊粉包括 SnBi、SnBiCu、SnBiAg、SnCu、SnAg、SnAgCu、SnSi 或 SnAu 合金系焊粉，粒徑為 2 μ m 45 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，其特征在于所述的高導(dǎo)熱填充物為高導(dǎo)熱率的金屬粉末和非金屬粉末中的一種或幾種的復(fù)合粉末，高導(dǎo)熱填充物占焊錫漿重量的 30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，其特征在于所述的金屬粉末包括Ag、Cu、Al、Ni和/或Zn，所述的非金屬粉末包括金剛石、BeO和/或A1N，粒徑為0. 5 μ m 45 μ m0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，其特征在于所述的高導(dǎo)熱填充物顆粒表面預(yù)先采用Ag、Sn、Ni, Cu或所述的錫基合金焊料進(jìn)行包覆。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，其特征在于所述的助焊劑為膏狀助焊劑，占焊錫漿重量的8% 15%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED封裝用高導(dǎo)熱焊錫漿，它由錫基合金焊粉、高導(dǎo)熱填充物和助焊劑構(gòu)成。它是由錫基合金焊粉為主要焊接材料，配合一定組分的高導(dǎo)熱率的金屬粉末如Ag、Cu、Al、Ni、Zn等或高導(dǎo)熱率的非金屬粉末如金剛石、BeO、AlN等或這些材料的復(fù)合粉末的一種或幾種作為導(dǎo)熱填充物，與一定量的助焊劑配制而成。用本發(fā)明中的焊錫漿焊接，可顯著提高LED的熱傳導(dǎo)和散熱性能，提高LED出光率及壽命，尤其對于中高功率LED效果更為突出。
文檔編號B23K35/26GK102554488SQ20101060806
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者盧彩濤, 徐駿, 朱捷, 王志剛, 王瑞杰, 祝志華, 胡強(qiáng), 賀會軍, 趙朝輝 申請人:北京康普錫威科技有限公司, 北京有色金屬研究總院