專利名稱：單束激光輔助led芯片與熱沉直接釬焊的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種LED芯片與熱沉的釬焊方法。
技術背景隨著國民經(jīng)濟和科學技術的高速發(fā)展，LED芯片正向大功率集成化的方 向發(fā)展，LED芯片的散熱問題愈加突出。如何改進封裝結構，采用全新的設 計理念和低熱阻封裝結構和技術正成為LED業(yè)界內(nèi)努力的方向。傳統(tǒng)封裝方式，從芯片到熱沉之間通常夾有多種如陶瓷基板或膠粘層的高 熱阻材料，正是這些夾在芯片和熱沉之間的高熱阻材料形成了芯片封裝中散熱 問題的瓶頸。因此簡化芯片到熱沉之間的封裝層次和工藝，必將成為功率型 LED封裝的一種發(fā)展趨勢。申請?zhí)枮?00710144581.6、發(fā)明專利名稱為"LED 芯片與熱沉直接封裝的散熱組件及其制造設備和方法"的中國發(fā)明專利提出了 一種新的功率LED封裝結構，在芯片到熱沉之間只有高熱傳導率的釬料層， 熱阻可忽略不計，如圖l，它雖然解決了芯片封裝的散熱問題，但是芯片與熱 沉之間的釬焊，采用的是傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，即芯片貼裝熱沉上后置于回流焊爐 中進行釬焊。運用此種方法，存在著以下問題1、銅、鋁熱沉由于其高導熱 率，在回流焊中需較長的加熱保溫時間以達到釬焊溫度，而較長時間的高溫極 易對LED芯片造成熱損害，尤其是對于多達由幾十片、幾百片的LED組成的 陣列來說，其成品率和質量較難保證；2、整體加熱引線鍵合焊盤受到氧化或 污染，導致鍵合質量下降；3、定位困難，難以定位準確，影響封裝的光學質發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有傳統(tǒng)的封裝方法中較長時間的高溫對LED芯片造 成熱損害，以及鍵合質量低、定位困難、定位不準影響封裝的光學質量的缺點， 而提出的單束激光輔助LED芯片與熱沉直接釬焊的方法。本發(fā)明由下列步驟完成步驟一在矩形管狀熱沉1-5上表面的預設位置各焊點上先鍍有多個熱沉
金屬膜1-4，在熱沉金屬膜1-4的上表面再鍍或印刷上釬料層1-3，形成預設的 焊盤；步驟二將激光器發(fā)射頭2-l固定在多頭貼片機的一個機頭上，另一個機 頭為真空吸嘴2-3;步驟三首先采用多頭貼片機的真空吸嘴2-3吸取鍍有芯片金屬膜1-2的LED芯片處于等待狀態(tài)；步驟四令激光器發(fā)射頭2-l對準待焊焊盤；步驟五啟動激光器，激光束2-2加熱釬料并使之熔化；步驟六激光器關閉停止加熱，通過多頭貼片機的程序設計，使激光器發(fā)射頭2-1置于下一個焊接位置，將真空吸嘴2-3行進至該焊盤上；步驟七真空吸嘴2-3快速下降使LED芯片1-1的芯片金屬膜1-2與熱焊盤接觸，直至釬料層l-3凝固；步驟八真空吸嘴2-3卸壓復位；步驟九真空吸嘴2-3吸取下一個LED芯片1-1，重復上述程序，即可進 行下一個I^D芯片1-1的鍵合。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、能量集中，對熱沉只有局部點加熱，不會造成 矩形管狀熱沉1-5及釬料層1-3的氧化和污染；2、由于激光功率密度高，加 熱焊盤至釬料熔化一般不超過兩秒時間，所以成品率高、生產(chǎn)效率高；3、激 光釬焊易于實現(xiàn)自動化，與芯片貼裝機配合使用，具有智能化和柔性化制造的 特點，控制精確，鍵合質量好，定位準確，使產(chǎn)品達到較好的光學效果。激光 器采用10.6um波長的C02激光器和1.06um波長的YAG激光器。
圖1是LED芯片與熱沉直接封裝的散熱組件結構示意圖；圖2是本發(fā)明 方法流程示'意圖；圖3是本發(fā)明方法的流程圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式由下列 步驟完成步驟一在矩形管狀熱沉1-5上表面的預設位置各焊點上先鍍有多個熱沉 金屬膜1-4，在熱沉金屬膜1-4的上表面再鍍或印刷上釬料層1-3，形成預設的 焊盤；步驟二將激光器發(fā)射頭2-l固定在多頭貼片機的一個機頭上，另一個機 頭為真空吸嘴2-3;步驟三首先采用多頭貼片機的真空吸嘴2-3吸取鍍有芯片金屬膜1-2的LED芯片1-1處于等待狀態(tài)；步驟四令激光器發(fā)射頭2-l對準待焊焊盤；步驟五；啟動激光器，激光束2-2如熱釬料并使之熔化；步驟六激光器關閉停止加熱，通過多頭貼片機的程序設計，使激光器發(fā)射頭2-1置于下一個焊接位置，將真空吸嘴2-3行進至該焊盤上；步驟七真空吸嘴2-3快速下降使LED芯片1-1的芯片金屬膜1-2與熱焊盤接觸，直至釬料層l-3凝固；步驟八真空吸嘴2-3卸壓復位；步驟九真空吸嘴2-3吸取下一個LED芯片1-1，重復上述程序，即可進 行下一個LED芯片1-1的鍵合。
具體實施方式
二結合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式一不同點在于在矩形管狀熱沉1-5下增加一個預熱裝置2-5，使矩形管狀熱 沉1-5的溫度恒溫在0°C 100°C，其它步驟和連接方式與具體實施方式
一相 同。
具體實施方式
三結合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式一不同點在于在真空吸嘴2-3下增加一個微型加熱器2-4，以預熱LED芯片 1-1，使LED芯片1-1的溫度恒溫在10(TC 30(rC，其它步驟和連接方式與具 體實施方式一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二和三不同點在于激光束 采用脈沖激光或連續(xù)激光。其它步驟和連接方式與具體實施方式
二和三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四不同點在于脈沖激光的 頻率為50Hz，功率為3000W，占空比O.IO，脈沖激光的持續(xù)時間ls。其它步 驟和連接方式與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四不同點在于脈沖激光的 頻率為S0Hz，功率為2S00W，占空比0.15，脈沖激光的持續(xù)時間ls。其它步
驟和連接方式與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四不同點在于連續(xù)激光在 未預熱的情況下，功率大于1000W時實現(xiàn)鍵合。其它步驟和連接方式與具體 實施方式四相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
四不同點在于連續(xù)激光在預熱到10(TC時，功率大于600W時實現(xiàn)鍵合。其它步驟和連接方式與具體實 施方式四相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一不同點在于矩形管狀熱 沉l-5采用銅或鋁金屬材料。其它步驟和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一不同點在于芯片金屬膜1-2和熱沉金屬膜1-4采用金Au或銀Ag材料。其它步驟和連接方式與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一不同點在于釬料層l-3采用錫銀SnAg、錫銀銅SnAgCu或錫鉛SnPb合金釬料。其它步驟和連接 方式與具體實施方式
一相同。
權利要求
1、單束激光輔助LED芯片與熱沉直接釬焊的方法，其特征在于它由下列步驟完成步驟一在矩形管狀熱沉(1-5)上表面的預設位置各焊點上先鍍有多個熱沉金屬膜(1-4)，在熱沉金屬膜(1-4)的上表面再鍍或印刷上釬料層(1-3)，形成預設的焊盤；步驟二將激光器發(fā)射頭(2-1)固定在多頭貼片機的一個機頭上，另一個機頭為真空吸嘴(2-3)；步驟三首先采用多頭貼片機的真空吸嘴(2-3)吸取鍍有芯片金屬膜(1-2)的LED芯片(1-1)處于等待狀態(tài)；步驟四令激光器發(fā)射頭(2-1)對準待焊焊盤；步驟五啟動激光器，激光束(2-2)加熱釬料并使之熔化；步驟六激光器關閉停止加熱，通過多頭貼片機的程序設計，使激光器發(fā)射頭(2-1)置于下一個焊接位置，將真空吸嘴(2-3)行進至該焊盤上；步驟七真空吸嘴(2-3)快速下降使LED芯片(1-1)的芯片金屬膜(1-2)與熱焊盤接觸，直至釬料層(1-3)凝固；步驟八真空吸嘴(2-3)卸壓復位；步驟九真空吸嘴(2-3)吸取下一個LED芯片(1-1)，重復上述程序，即可進行下一個LED芯片(1-1)的鍵合。
2、 根據(jù)權利要求1所述的單束激光輔助LED芯片與熱沉直接釬焊的方法， 其特征在于在矩形管狀熱沉(l-5)下增加一個預熱裝置(2-5)，使矩形管狀熱沉 (l-5)的溫度恒溫在0°C 100°C。
3、 根據(jù)權利要求1所述的單束激光輔助LED芯片與熱沉直接釬焊的方法， 其特征在于在真空吸嘴(2-3)下增加一個微型加熱器(2-4)，以預熱LED芯片 (1-1)，使LED芯片(1-1)的溫度恒溫在100。C 300。C。
4、 根據(jù)權利要求2或3所述的單束激光輔助LED芯片與熱沉直接釬焊的 方法，其特征在于激光束采用脈沖激光或連續(xù)激光。
5、 根據(jù)權利要求1所述的單束激光輔助LED芯片與熱沉直接釬焊的方法， 其特征在于矩形管狀熱沉(l-5)采用銅或鋁金屬材料。
6、 根據(jù)權利要求1所述的單束激光輔助LED芯片與熱沉直接釬焊的方法， 其特征在于芯片金屬斷l(xiāng)-2)和熱沉金屬斷l(xiāng)-4沐用金Au或銀Ag材料。
7、 根據(jù)權利要求1所述的單束激光輔助LED芯片與熱沉直接釬焊的方法， 其特征在于釬料層(l-3)采用錫銀SnAg、錫銀銅SnAgCu或錫鉛SnPb合金釬料。
全文摘要
單束激光輔助LED芯片與熱沉直接釬焊的方法，它涉及LED芯片與熱沉的釬焊方法。它解決了傳統(tǒng)封裝方法中對LED芯片造成熱損害，以及鍵合質量低、定位困難、光學質量差的缺點。步驟為在熱沉上形成預設的焊盤；將激光器發(fā)射頭固于多頭貼片機的一個機頭上，另一個機頭為真空吸嘴；真空吸嘴吸取LED芯片處于等待狀態(tài)；激光器發(fā)射頭對準焊盤，并使之熔化；停止加熱，真空吸嘴吸載著的LED芯片行進至該焊盤上并快速下降與熱焊盤接觸，直至釬料凝固；真空吸嘴卸壓復位，吸取下一個LED芯片，重復上述程序。本方法進行鍵合質量好，成品率高，定位準確，光學質量較好，而且利用激光作為熱源具有功率密度高、焊接速度快、熱影響區(qū)小、控制精確、易于實現(xiàn)自動化的優(yōu)點。
文檔編號H01L33/00GK101159304SQ200710144640
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月20日 優(yōu)先權日2007年11月20日
發(fā)明者孔令超, 罡 楊, 王春青, 田艷紅 申請人:哈爾濱工業(yè)大學;華之光電子(深圳)有限公司