一種用于led倒裝固晶的基板及利用其固晶制備led的方法
【專利摘要】一種用于LED倒裝固晶的基板及利用其固晶制備LED的方法，涉及用于LED倒裝固晶的基板及利用其固晶制備LED的方法。本發(fā)明解決現(xiàn)有用于LED倒裝固晶的基板使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)孔洞及斷層的問(wèn)題。基板由絕緣載體、導(dǎo)電金屬層、反應(yīng)金屬層及反光金屬層組成。利用其固晶制備LED的方法：將錫膏分別涂覆至間隙兩側(cè)，并放置LED芯片，加熱至錫膏熔化，冷卻至室溫，得到利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備的LED。本發(fā)明用于一種用于LED倒裝固晶的基板及利用其固晶制備LED。
【專利說(shuō)明】—種用于LED倒裝固晶的基板及利用其固晶制備LED的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于LED倒裝固晶的基板及利用其固晶制備LED的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著發(fā)光二極管(LED)的日益普及，人們對(duì)其光品質(zhì)、性能、可靠性等方面的要求越來(lái)越高?，F(xiàn)有LED倒裝固晶工藝如AuSn共晶焊、Ag漿燒結(jié)等存在效率低、成本高、可靠性差等缺點(diǎn)。相比之下，以Sn-Ag-Cu等錫膏回流焊的固晶工藝前景最好，可廣泛應(yīng)用于倒裝LED支架封裝，Chip on Board (COB)封裝、Chip on Flexible (COF)封裝等。但是由于Ag反射率較高，在傳統(tǒng)正裝支架封裝和COB封裝中普遍用于基板表層反光材料。其做法是在作為電路聯(lián)通的Cu表層通過(guò)電鍍、濺射等方式覆一厚度1-5微米的Ag層。隨著LED倒裝固晶工藝的進(jìn)展，這種基板金屬層結(jié)構(gòu)被用于采用錫膏回流焊的固晶工藝的倒裝LED封裝。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)如支架封裝結(jié)構(gòu)中的Ag/Cu/環(huán)氧樹(shù)脂，COB封裝結(jié)構(gòu)中的Ag/Cu/A1N及Ag/CuAl2O3等。相應(yīng)地，需要更加優(yōu)化的固晶及封裝工藝。通過(guò)一系列研究，現(xiàn)有用于LED倒裝固晶的基板金屬，Cu表面Ag層厚度約為2 μ m。當(dāng)采用Sn-Ag-Cu錫膏回流焊時(shí),根據(jù)錫膏量及焊接工藝的不同，焊點(diǎn)界面組織存在兩種情況。一是錫膏量少，焊接時(shí)間短的情況下。焊接過(guò)程中焊點(diǎn)界面處的Ag未完全溶解至液態(tài)焊料內(nèi)。此時(shí)在焊料與基板表面的Ag層間形成Ag3Sn金屬間化合物。在LED服役過(guò)程中,Ag層逐漸向焊料內(nèi)擴(kuò)散,并使Ag3Sn金屬間化合物厚度增長(zhǎng)。當(dāng)Ag層由于擴(kuò)散而完全消耗時(shí)，在Ag3Sn金屬間化合物與Cu層間出現(xiàn)孔洞及斷層。另一種情況是錫膏量多，焊接時(shí)間較長(zhǎng)的情況下?；錍u表面Ag層在焊接過(guò)程中完全溶解至液態(tài)焊料內(nèi)。此時(shí)在焊料與基板Cu層間形成的金屬間化合物為Cu6Srv在LED服役過(guò)程中，Cu層逐漸向焊料內(nèi)擴(kuò)散，并使Cu6Sn5金屬間化合物厚度增長(zhǎng)。同時(shí)在Cu6Sn5金屬間化合物于基板Cu層間形成新的化合物層Cu3Sn。Cu3Sn金屬間化合物的出現(xiàn)及粗化會(huì)導(dǎo)致大量孔洞的出現(xiàn)并造成斷層。發(fā)現(xiàn)此種Ag/Cu金屬層結(jié)構(gòu)在回流焊過(guò)程中與焊料間接頭抗高溫時(shí)效性能差，極易在界面處形成孔洞及脫層，嚴(yán)重影響其長(zhǎng)期可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有用于LED倒裝固晶的基板使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)孔洞及斷層的問(wèn)題，而提供了一種用于LED倒裝固晶的基板及利用其固晶制備LED的方法。
[0004]一種用于LED倒裝固晶的基板由絕緣載體、導(dǎo)電金屬層、反應(yīng)金屬層及反光金屬層組成；絕緣載體上層設(shè)有導(dǎo)電金屬層，導(dǎo)電金屬層上設(shè)有反應(yīng)金屬層，反應(yīng)金屬層上設(shè)有反光金屬層，且導(dǎo)電金屬層、反應(yīng)金屬層及反光金屬層的中間位置設(shè)有貫通的間隙。
[0005]利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備LED的方法步驟如下:
[0006]將錫膏通過(guò)印刷或點(diǎn)膠方式分別涂覆至用于LED倒裝固晶的基板上層的間隙兩偵牝然后在錫膏處放置LED芯片，并將涂覆有錫膏的用于LED倒裝固晶的基板加熱至錫膏熔化，熔化5s以上后冷卻至室溫，得到利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備的LED。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明通過(guò)基板表層金屬結(jié)構(gòu)與成分設(shè)計(jì)，結(jié)合優(yōu)化的焊接工藝，在保障基板高反射率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了焊接接頭界面組織結(jié)構(gòu)的控制，有效抑制LED長(zhǎng)期服役過(guò)程中界面孔洞及脫層。焊后的LED結(jié)構(gòu)內(nèi)錫膏所處位置的Ag完全溶解于焊料內(nèi)部，避免了由于殘留Ag層擴(kuò)散形成的孔洞及斷層。此時(shí)的焊料與基板金屬層的界面反應(yīng)主要基于焊料內(nèi)的Sn與基板上的反應(yīng)金屬層。以該反應(yīng)金屬層為Ni為例，該界面反應(yīng)形成的金屬間化合物具有很高的穩(wěn)定性，可以避免LED長(zhǎng)期服役過(guò)程中由于Cu3Sn的形成及粗化造成的孔洞問(wèn)題。從而使LED壽命大幅提升。此外，除了與焊料接觸的位置以外，基板表層的Ag并未溶解?？梢詾長(zhǎng)ED提供極高的光反射率，從而提升LED的光效。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明一種用于LED倒裝固晶的基板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明在基板相應(yīng)位置涂覆錫骨后結(jié)構(gòu)不意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明在涂覆錫膏位置上放置LED芯片未焊接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖4為本發(fā)明在涂覆錫膏位置上放置LED芯片焊接后結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1，本實(shí)施方式是一種用于LED倒裝固晶的基板由絕緣載體1、導(dǎo)電金屬層2、反應(yīng)金屬層3及反光金屬層4組成；絕緣載體I上層設(shè)有導(dǎo)電金屬層2，導(dǎo)電金屬層2上設(shè)有反應(yīng)金屬層3，反應(yīng)金屬層3上設(shè)有反光金屬層4，且導(dǎo)電金屬層2、反應(yīng)金屬層3及反光金屬層4的中間位置設(shè)有貫通的間隙5。
[0013]反應(yīng)金屬層3用于與錫膏6反應(yīng)，同時(shí)形成穩(wěn)定的金屬間化合物。
[0014]間隙5寬度取決于LED芯片兩電極間隙寬度，應(yīng)保證該間隙5寬度小于或等于LED芯片電極寬度。
[0015]本【具體實(shí)施方式】的優(yōu)點(diǎn):本【具體實(shí)施方式】通過(guò)基板表層金屬結(jié)構(gòu)與成分設(shè)計(jì)，結(jié)合優(yōu)化的焊接工藝，在保障基板高反射率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了焊接接頭界面組織結(jié)構(gòu)的控制，有效抑制LED長(zhǎng)期服役過(guò)程中界面孔洞及脫層。焊后的LED結(jié)構(gòu)內(nèi)錫膏6所處位置的Ag完全溶解于錫膏6內(nèi)部，避免了由于殘留Ag層擴(kuò)散形成的孔洞及斷層。此時(shí)的錫膏6與基板金屬層的界面反應(yīng)主要基于錫膏6內(nèi)的Sn與基板上的反應(yīng)金屬層3。以該反應(yīng)金屬層3為Ni為例，該界面反應(yīng)形成的金屬間化合物具有很高的穩(wěn)定性，可以LED避免長(zhǎng)期服役過(guò)程中由于Cu3Sn的形成及粗化造成的孔洞問(wèn)題。從而使LED壽命大幅提升。此外，除了與焊料接觸的位置以外，基板表層的Ag并未溶解。可以為L(zhǎng)ED提供極高的光反射率，從而提升LED的光效。
[0016]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)在于:所述的絕緣載體I為陶瓷、玻璃或聞分子材料。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0017]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一的不同點(diǎn)在于:所述的導(dǎo)電金屬層2為Cu導(dǎo)電金屬層。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0018]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一的不同點(diǎn)在于:所述的反應(yīng)金屬層3為Ni金屬層；所述的反應(yīng)金屬層3厚度為2 μ m-5 μ m。其它與【具體實(shí)施方式】
一至三相同。
[0019]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一的不同點(diǎn)在于:所述的反光金屬層4為Ag金屬層；所述的反光金屬層4厚度為500nm-2 μ m。其它與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0020]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一的不同點(diǎn)在于:所述的間隙5的寬度為100μηι-500μηι。其它與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖2至圖4，本實(shí)施方式是利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備LED的方法步驟如下:
[0022]將錫膏6通過(guò)印刷或點(diǎn)膠方式分別涂覆至用于LED倒裝固晶的基板上層的間隙5兩側(cè)，然后在錫膏6處放置LED芯片7，并將涂覆有錫膏6的用于LED倒裝固晶的基板加熱至錫膏6熔化，熔化5s以上后冷卻至室溫，得到利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備的LED。
[0023]在錫膏6處放置LED芯片7，保證該LED芯片7的兩個(gè)電極與所涂覆錫膏6充分接觸。并將涂覆有錫膏6的絕緣載體I焊接加熱至錫膏6熔化，熔化5s以上后冷卻至室溫，得到利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備的LED。該焊接過(guò)程可以通過(guò)回流爐，加熱板等任意加熱方式。但應(yīng)保證錫膏6熔化后有5s以上的時(shí)間維持在液態(tài)，以保證焊接過(guò)程中錫膏與反光金屬層4接觸部位的Ag完全溶解于液態(tài)焊料。
[0024]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】七的不同點(diǎn)在于:所述的錫膏6為Sn-Ag-Cu系錫膏或Sn-Bi低溫錫膏。其它與【具體實(shí)施方式】七相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】七或八之一的不同點(diǎn)在于:所述錫膏6與反光金屬層4的厚度比大于100:1。其它與【具體實(shí)施方式】七或八相同。
[0026]為保證焊接過(guò)程中錫膏6與基板接觸部位的Ag完全溶解于液態(tài)錫膏6，錫膏6厚度與反光金屬層4 Ag層厚度比大于100:1，以保障焊接過(guò)程中液態(tài)錫膏6與反光金屬層4Ag層間存在足夠的濃度梯度。
【權(quán)利要求】
1.一種用于LED倒裝固晶的基板，其特征在于:一種用于LED倒裝固晶的基板由絕緣載體(I)、導(dǎo)電金屬層(2)、反應(yīng)金屬層(3)及反光金屬層(4)組成；絕緣載體(I)上層設(shè)有導(dǎo)電金屬層(2)，導(dǎo)電金屬層(2)上設(shè)有反應(yīng)金屬層(3)，反應(yīng)金屬層(3)上設(shè)有反光金屬層(4)，且導(dǎo)電金屬層(2)、反應(yīng)金屬層(3)及反光金屬層(4)的中間位置設(shè)有貫通的間隙(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LED倒裝固晶的基板，其特征在于:所述的絕緣載體(I)為陶瓷、玻璃或高分子材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LED倒裝固晶的基板，其特征在于:所述的導(dǎo)電金屬層⑵為Cu導(dǎo)電金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LED倒裝固晶的基板，其特征在于:所述的反應(yīng)金屬層⑶為Ni金屬層；所述的反應(yīng)金屬層(3)厚度為2 μ m_5 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LED倒裝固晶的基板，其特征在于:所述的反光金屬層⑷為Ag金屬層；所述的反光金屬層⑷厚度為500nm-2ym。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LED倒裝固晶的基板，其特征在于:所述的間隙(5)的寬度為100 μ m-500 μ m。
7.利用權(quán)利要求1所述的一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備LED的方法，其特征在于利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備LED的方法步驟如下: 將錫膏(6)通過(guò)印刷或點(diǎn)膠方式分別涂覆至用于LED倒裝固晶的基板上層的間隙(5)兩側(cè)，然后在錫膏(6)處放置LED芯片(7)，并將涂覆有錫膏(6)的用于LED倒裝固晶的基板加熱至錫膏(6)熔化，熔化5s以上后冷卻至室溫，得到利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備的LED。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備LED的方法，其特征在于:所述的錫膏(6)為Sn-Ag-Cu系錫膏或Sn-Bi低溫錫膏。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用一種用于LED倒裝固晶的基板固晶制備LED的方法，其特征在于:所述錫膏(6)與反光金屬層(4)的厚度比大于100:1。
【文檔編號(hào)】H01L33/62GK104183689SQ201410465593
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】劉洋, 孫鳳蓮, 張洪林 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)