[发明专利]一种LED晶片微焊共晶方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED晶片微焊共晶方法，属于LED制作技术领域。

背景技术

共晶焊又称低熔点合金焊接。共晶合金的基本特性是：两种不同的金属可在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成合金。共晶焊是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段。其熔化温度称共晶温度。

二、优势(同等情况下共晶与银浆固晶比较)

1、在同等显色指数下光通量(φ)提高5％左右；

2、亮度基本不会随时间变化衰减；

3、结点温度(Tj)下降2℃以上；

4、导热系数是银浆的5倍以上；

5、剪切推力是银浆的2倍以上；

6、焊接时间仅仅是银浆的1/15；

三、局限性(同等情况下共晶与银浆固晶比较)

1、对于芯片背金厚度有要求；

2、对于支架背金厚度有要求；

3、对于共晶焊料有要求；

LED产业是近年来最受瞩目的产业之一。发展至今，LED产品已具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期长、且不含汞，具有环保效益…等优点。然而通常LED高功率产品输入功率约为20％能转换成光，剩下80％的电能均转换为热能。一般而言，LED发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品使用寿命、发光效率、稳定性。

而影响结点温度的最主要因素除了材料介质以外就是晶片的焊接方法。

晶片的焊接是指晶片与载体形成牢固的、传导性或绝缘性连接的方法。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。总体来说可分为树脂粘接法和金属合金焊接法两大类。

树脂粘贴法是采用树脂粘合剂在晶片和封装体之间形成一层绝缘层或是在其中掺杂金属(如金或银)形成电和热的良导体。粘合剂大多采用环氧树脂。

掺银环氧粘贴法是当前最流行的晶片粘贴方法之一，它所需的固化温度低，操作过程中载体不须加热，设备简单，易于实现工艺自动化操作且经济实惠而得到广泛应用。树脂粘贴的器件热阻和电阻都很高。树脂在高温下容易分解，有可能发生填料的析出，在粘贴面上只留下一层树脂使该处电阻增大。因此它不适于要求在高温下工作或需低粘贴电阻的器件。而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的好坏。由于导热性较差，导致应用寿命减小。另外，树脂粘贴法粘贴面的机械强度远不如共晶焊接强度大。

金属合金焊包含的具有代表性的有以下几种：金锡共晶、银锡共晶。

金锡共晶焊接法就是晶片在一定的压力下(或附以摩擦或超声)，当温度高于共晶温度时，金锡合金融化成液态的Au-Sn共熔体；冷却后，当温度低于共晶温度时，金锡共熔晶体而全部凝固，从而形成了牢固的欧姆接触焊接面。共晶焊接法具有机械强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高和含较少的杂质等优点，在高可靠器件封装业中得到了广泛的应用并备受的青睐。但设备成本极高，工艺难度大，成品率低，对晶片/支架镀层厚度及平整性要求高，产品空洞率高是其难点。

银锡共晶焊接法，由于其焊接机械强度相对于金锡稍小，故又称“软焊料”焊接。同样具有机械强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高等优点。尤其是对支架的镀金/镀银厚度、耐高温程度和工艺难度大大降低。设备成本低，成品率高，产品空洞率大大降低！是现阶段性价比最优的共晶焊接法！

总之，无论采用哪种焊接方法，成功的标志都是芯片与封装体焊接面之间的界面牢固、平整和没有空洞。

晶片与基片间良好的欧姆接触是保证功率型LED正常工作的前提。欧姆接触不良会使LED热阻加大，散热不均匀，影响电流在LED中的分布，破坏LED的热稳定性，甚至使LED器件烧毁。

LED器件的散热有辐射、对流和传导三种方式，其中热传导是其散热的主要方式。Au-Sn或Ag-Sn焊接层的虚焊和空洞是造成欧姆接触不良的主要原因，空洞会引起电流密集效应，在它附近有可能形成不可逆的，破坏性的热电击穿，即二次击穿。焊接层的欧姆接触不良给LED器件的可靠性带来极大隐患。