專利名稱：帶凹杯led氮化鋁陶瓷支架的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED支架領(lǐng)域技術(shù)，尤指一種可獲得具有高導(dǎo)熱性、高布線精度的帶凹杯氮化鋁陶瓷支架的制備方法。
背景技術(shù)：
LED支架是一種底座電子元件，是LED封裝的重要元件之一，主要為L(zhǎng)ED芯片及其相互聯(lián)線提供機(jī)械承載、支撐、氣密性保護(hù)和促進(jìn)LED器件散熱等功能。近年來，隨著半導(dǎo)體材料和封裝工藝的完善、光通量和出光效率的提高，功率型LED已在城市景觀、交通標(biāo)志、IXD背光源、汽車照明、廣告牌等特殊照明領(lǐng)域得到應(yīng)用，并向普通照明市場(chǎng)邁進(jìn)。然而，隨著LED芯片輸入功率的不斷提高，大耗散功率帶來的大發(fā)熱量及要求高的出光效率給LED支架提出了更新、更高的要求。對(duì)高功率LED產(chǎn)品來講，其芯片支架要求具有高電絕緣性、高穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性及與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)、平整性和較高的強(qiáng)度。陶瓷材料具有高的導(dǎo)熱系數(shù)、與LED芯片相近的熱膨脹系數(shù)、高耐熱及抗紫外輻射等特點(diǎn)，能有效地解決熱歪斜及黃化問題，應(yīng)用于LED支架極具競(jìng)爭(zhēng)力。采用低溫共燒技術(shù)制備的LTCC陶瓷支架在LED產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)被使用，但LTCC為了降低燒結(jié)溫度，于材料中加入了玻璃材料，使整體的熱傳導(dǎo)率降低至2 3W/mK之間。再者，LTCC使用網(wǎng)印方式印制線路，使線路本身具有線徑寬度不夠精細(xì)、以及網(wǎng)版張網(wǎng)問題，導(dǎo)致線路精準(zhǔn)度不足、表面平整度不佳等現(xiàn)象，加上多層疊壓燒結(jié)又有基板收縮比例的問題要考量，并不符合高功率小尺寸的需求?；诒∧ぜ夹g(shù)開發(fā)的直接鍍銅陶瓷板(DPC)部分解決了上述問題，其工藝為在高導(dǎo)熱的氧化鋁陶瓷板上采用真空濺鍍方式鍍上薄銅，再以黃光微影工藝完成導(dǎo)電線路布置。薄膜法具備了線路高精準(zhǔn)度與高表面平整度的特性，在微電子封裝尤其是高功率、小尺寸LED陶瓷封裝中得到了應(yīng)用。薄膜法采用的黃光微影技術(shù)都只能在平板上進(jìn)行布線，其工藝局限性使得它們無法在帶凹杯的立體結(jié)構(gòu)氮化鋁陶瓷表面布置精細(xì)的立體線路，而平板型陶瓷支架對(duì)封裝技術(shù)要求極高，封裝設(shè)備也非常昂貴；此外，黃光微影中顯影等濕法制程會(huì)引起氮化鋁陶瓷的氧化和水解，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)嚴(yán)重下降。以上問題嚴(yán)重阻礙了其在大功率LED封裝領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。因此，開發(fā)出同時(shí)具有高導(dǎo)熱性、高布線精度的帶凹杯氮化鋁陶瓷支架將極大促進(jìn)高功率LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的制備方法，能有效解決現(xiàn)有LED支架無法兼顧采用帶凹杯結(jié)構(gòu)形式及高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷材料的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案:
一種帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的制備方法，包括以下步驟:
(1)清洗，對(duì)帶凹杯氮化鋁陶瓷片進(jìn)行清洗，去除陶瓷片表面的雜質(zhì)和沾污；
(2)真空濺鍍，以真空濺鍍方式在帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面依序形成一鈦層以及一銅層；
(3)激光布線，利用激光在鍍膜后的帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面有選擇地去除部分金屬層，形成細(xì)微立體的線路圖案；
(4)電鍍加厚，在成形的立體線路圖案上電鍍銅加厚，形成銅線路；
(5)化學(xué)蝕刻，采用化學(xué)蝕刻方式去除氮化鋁陶瓷表面除銅線路以外的鈦層及銅層，在帶凹杯氮化鋁陶瓷片上獲得細(xì)微立體導(dǎo)電線路層；
作為一種優(yōu)選方案，所述帶凹杯陶瓷片的主要成分為具有高導(dǎo)熱系數(shù)的氮化鋁陶瓷。作為一種優(yōu)選方案，步驟(2)中真空濺鍍所形成的該鈦層厚度為0.02 0.1 y m ;銅層厚度為0.5 1.0 ii m。作為一種優(yōu)選方案，進(jìn)一步包括有以下步驟:
(7)鍍鎳，在前述陶瓷基板和銅線路的表面鍍上鎳層；
(8)鍍金/銀，在前述鎳層的表面鍍上金層或者銀層。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知:
由于采用具有高導(dǎo)熱系數(shù)氮化鋁陶瓷作為基材，故而散熱性好；由于采用真空濺鍍進(jìn)行表面金屬化，并配合濺鍍合適厚度的鈦層和銅層，因此各金屬層附著力高；由于采用高精密度激光加工技術(shù)對(duì)氮化鋁陶瓷表面線路輪廓處的金屬進(jìn)行有選擇的去除，故可在氮化鋁陶瓷凹杯內(nèi)形成細(xì)微立體的導(dǎo)電線路，更可減少顯影等濕法制程中氮化鋁陶瓷的氧化及水解等問題；由于采用電鍍技術(shù)加厚，因此線路層表面平整光滑；由于采用帶凹杯的結(jié)構(gòu)形式，因此對(duì)封裝設(shè)備和技術(shù)要求簡(jiǎn)單。本發(fā)明制備方法重復(fù)性好，成本低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)精細(xì)，散熱性好，布線精度高，可實(shí)現(xiàn)LED裸晶的直接貼裝，產(chǎn)品在大功率LED封裝領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。為更清楚地闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:


圖1是本發(fā)明之較佳實(shí)施例的工藝流程 圖2是本發(fā)明之較佳實(shí)施例的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)立體 圖3是本發(fā)明之較佳實(shí)施例中制作過程的第一狀態(tài)示意 圖4是本發(fā)明之較佳實(shí)施例中制作過程的第二狀態(tài)示意 圖5是本發(fā)明之較佳實(shí)施例中制作過程的第三狀態(tài)示意 圖6是本發(fā)明之較佳實(shí)施例中制作過程的第四狀態(tài)示意 圖7是本發(fā)明之較佳實(shí)施例中制作過程的第五狀態(tài)示意 圖8是本發(fā)明之較佳實(shí)施例中制作過程的第六、七狀態(tài)示意圖。附圖標(biāo)識(shí)說明:
10、帶凹杯氮化鋁陶瓷片20、銅線路
30、欽層40、鎮(zhèn)層
50、金層或銀層201、銅層。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖8所示，其顯示出了本發(fā)明之較佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，包括有帶凹杯氮化鋁陶瓷片10以及設(shè)置于帶凹杯氮化鋁陶瓷片10上的銅線路20。如圖2所示，該帶凹杯氮化鋁陶瓷片10的主要成分為具有高導(dǎo)熱系數(shù)的氮化鋁(A1N)，符合高功率密度電子封裝器件散熱性的要求。該銅線路20與帶凹杯氮化鋁陶瓷片10之間設(shè)置有鈦層30，該鈦層30將銅線路20與帶凹杯氮化鋁陶瓷片10粘結(jié)在一起，該鈦層30的厚度為0.02 0.1 ii m ;以及，該銅線路20的表面鍍有鎳層40，該鎳層40的表面上鍍有金層或銀層50。詳述本實(shí)施例帶凹杯LED陶瓷支架的制作過程，包括有清洗；真空濺鍍；激光布線；電鍍加厚；化學(xué)蝕刻；鍍鎳；鍍金/銀等步驟，具體如下:
(1)清洗，如圖3所示，對(duì)立體成形帶凹杯氮化鋁陶瓷片10進(jìn)行清洗，以去除陶瓷表面的雜質(zhì)和沾污；
(2)真空濺鍍，如圖4所示，以真空濺鍍方式在帶帶凹杯氮化鋁陶瓷片10表面依序形成一鈦層30以及一銅層201 ;該鈦層30的厚度為0.02 0.1 ii m，濺鍍所形成的銅層201厚度為0.5 1.0 y m ;在磁控濺射過程中，如果鈦層30和銅層201過薄，附著力將下降；但如果增加鈦層30和銅層201厚度，濺射時(shí)間將延長(zhǎng)，生產(chǎn)效率將下降；此外，激光布線時(shí)無法將線路輪廓處的金屬層去除干凈，造成線路短路等不良。(3)激光布線，如圖5所示，利用激光在鍍膜后的帶凹杯氮化鋁陶瓷片10表面有選擇地去除部分金屬鈦層30和銅層201，細(xì)微的激光束根據(jù)軟件中輸入的圖案數(shù)據(jù)沿帶凹杯氮化鋁陶瓷片10表面起伏，去除線路輪廓處的金屬鈦層30和銅層201，形成細(xì)微立體的線路圖案；通過修改軟件中的圖案數(shù)據(jù)就可以實(shí)現(xiàn)線路的改變。(4)電鍍加厚，如圖6所示，在成形的立體線路圖案上電鍍銅加厚，形成銅線路20 ；由于銅線路20輪廓處的金屬層被激光去除，銅線路20之外的金屬鈦層30和銅層201因斷路而保持原來厚度。(5)化學(xué)蝕刻，如圖1所示，采用化學(xué)蝕刻方式去除帶凹杯陶瓷片10除銅線路20以外的鈦層30及銅層201。(6)鍍鎳，在前述銅線路20的表面鍍上鎳層40，該鎳層40是為避免銅線路20中的銅離子遷移至后續(xù)形成的金層或者銀層50中。(7)鍍金/銀，是于前述銅線路20的表面再鍍上金層或者銀層50，此時(shí)帶凹杯氮化鋁陶瓷支架將符合高功率LED封裝的要求。經(jīng)過上述步驟后制得的帶凹杯LED陶瓷支架至少具備以下優(yōu)點(diǎn):
1、兼顧帶凹杯立體結(jié)構(gòu)及高導(dǎo)熱陶瓷材質(zhì):現(xiàn)通過前述激光布線步驟采用具有微米級(jí)光斑直徑的激光束沿帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面進(jìn)行高精密度加工，使得以往在高導(dǎo)熱陶瓷基材上難以實(shí)現(xiàn)的細(xì)微立體布線成為可能。2、線路光滑平整，結(jié)合力強(qiáng):現(xiàn)通過前述電鍍加厚及化學(xué)蝕刻步驟形成的線路表面光滑平整，結(jié)合高度的電路密集性，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的LED裸晶封裝和打線貼合；另外，通過清洗和濺鍍厚度為0.02 0.1 U m鈦過渡層，使得線路與陶瓷表面的結(jié)合力更強(qiáng)，產(chǎn)品的使用性能更佳。3、具高導(dǎo)熱效率及電氣特性:由于本發(fā)明在氮化鋁陶瓷表面以電鍍方式形成適當(dāng)厚度的銅線路，電傳導(dǎo)效率佳，而銅線路層本身具有理想的導(dǎo)熱效果，因此具備理想的導(dǎo)電性、散熱性以及穩(wěn)定的物理特性。4、線路制作方便快捷、成本低:由于本發(fā)明通過高精密度激光加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)微立體圖案，再以電鍍方式直接形成適當(dāng)厚度的銅線路，只需通過修改軟件中的數(shù)據(jù)就可以方便地更改線路圖，因此線路制作方便快捷，工序簡(jiǎn)單，有效縮短了制造周期，降低制造成本。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)清洗，對(duì)帶凹杯氮化鋁陶瓷片進(jìn)行清洗，去除陶瓷片表面的雜質(zhì)和沾污； (2)真空濺鍍，以真空濺鍍方式在帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面依序形成一鈦層以及一銅層； (3)激光布線，利用激光在鍍膜后的帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面有選擇地去除部分金屬層，形成細(xì)微立體的線路圖案； (4)電鍍加厚，在成形的立體線路圖案上電鍍銅加厚，形成銅線路； (5)化學(xué)蝕刻，采用化學(xué)蝕刻方式去除氮化鋁陶瓷表面除銅線路以外的鈦層及銅層，在帶凹杯氮化鋁陶瓷片上獲得細(xì)微立體導(dǎo)電線路層； 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的制備方法，其特征在于:所述帶凹杯陶瓷片的主要成分為具有高導(dǎo)熱系數(shù)的氮化鋁陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的制備方法，其特征在于:步驟(2)中真空濺鍍所形成的該鈦層厚度為0.02 0.1 ii m ;銅層厚度為0.5 1.0 ii m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的制備方法，其特征在于:進(jìn)一步包括有以下步驟: (7)鍍鎳，在前述陶瓷基板和銅線路的表面鍍上鎳層； (8)鍍金/銀，在前述鎳層的表面鍍上金層或者銀層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的制備方法，主要包含超聲清洗、真空鍍膜、激光布線、電鍍加厚、化學(xué)蝕刻、鍍鎳及鍍金/銀等步驟。由于采用具有高導(dǎo)熱系數(shù)的氮化鋁陶瓷作為基材，故散熱性好；由于采用真空濺鍍進(jìn)行表面金屬化，并配合濺鍍合適厚度的鈦層和銅層，因此各金屬層附著力高；由于采用高精密度激光加工技術(shù)對(duì)陶瓷金屬化部分進(jìn)行有選擇的去除，故可在陶瓷凹杯內(nèi)形成細(xì)微立體的導(dǎo)電線路；由于采用電鍍技術(shù)加厚，因此線路層表面平整光滑；由于采用帶凹杯的結(jié)構(gòu)形式，因此對(duì)封裝設(shè)備和技術(shù)要求簡(jiǎn)單。本發(fā)明重復(fù)性好，成本低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)精細(xì)，散熱性好，布線精度高，可實(shí)現(xiàn)LED裸晶的直接貼裝，產(chǎn)品在大功率LED封裝領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01L33/62GK103208577SQ201310082908
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者吳朝暉, 劉浩, 李杰民, 廖秋榮 申請(qǐng)人:東莞市凱昶德電子科技股份有限公司, 深圳市泓亞光電子有限公司