專利名稱：采用激光在熱沉背部加熱的led芯片與熱沉鍵合方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是LED芯片與熱沉鍵合的方法，屬于LED芯片封裝的一 種方法。
背景技術：
隨著LED芯片向大功率方向發(fā)展，散熱問題愈加突出。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高熱阻材料，如陶瓷基 板、膠粘層或墊片等，它們形成了芯片封裝中的散熱瓶頸部分。因此簡化芯 片到熱沉之間的封裝層次和工藝，必將并正在成為功率型LED封裝的一種發(fā) 展趨勢。
在公開號為CN101150163的發(fā)明專利申請"LED芯片與熱沉直接封裝 的散熱組件及其制造設備和方法"中本發(fā)明的發(fā)明人提出了一種新的功率 LED封裝結構，參見圖1，從芯片1-1到熱沉1-2之間只有高熱傳導率的釬 料層1-3，熱阻可忽略不計，它雖然解決了芯片封裝的散熱問題，但是芯片 1-1與熱沉l-2之間的釬焊，采用的是傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，即芯片貼裝在熱沉上， 置于回流焊爐中進行釬焊。該封裝結構由于其優(yōu)良的散熱特性而具有廣闊的 發(fā)展前景。據(jù)此封裝結構，本發(fā)明的發(fā)明人又提出了一種新的LED芯片鍵合 方法，即公開號CN101159304的發(fā)明專利申請"單束激光輔助LED芯片與 熱沉直接釬焊方法"。該發(fā)明采用激光釬焊的方法，利用激光作為熱源加熱釬 料實施釬焊，參見圖2，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2-5;將SnAg、 SnAgCu或PbSn釬料層2-3貼在 鍍有金Au的熱沉焊盤2-4上，令激光器發(fā)射頭2-1對準所述熱沉焊盤2-4; 參見圖2 (b)，真空吸嘴2-5吸取鍍有芯片金屬膜2-8的LED芯片2-7處于 等待狀態(tài)，此期間利用芯片加熱器2-6對芯片進行預熱，溫度控制在100°C -300'C之間；參見圖2 (a)，啟動激光器，激光束2-2直接加熱釬料層2-3并 使之熔化；然后移開激光，參見圖2 (c)和(d)，貼片機載著LED芯片2-7 行進至該焊盤上方，真空吸嘴2-5下降使芯片金屬膜2-8與熱沉焊盤接觸，直至釬料2-3凝固,實現(xiàn)LED芯片2-7與熱沉2-9的鍵合，最后，參見圖2 (e)，真空吸嘴2-5卸壓復位。整個過程熱沉加熱器2-10—直在加熱。該方 法具有功率密度高、焊接速度快、熱影響區(qū)小、控制精確、易于實現(xiàn)自動化 等優(yōu)點。但是激光直接加熱釬料鍍層的方法存在局限性1)、由于激光直接 照射到釬料層上，釬料會在短時間內急劇升溫而很容易氧化甚至氣化；2)、 能否可靠鍵合受貼片機速度和精度的制約。由于激光作用的緣故，芯片不能 預先安置在釬料層上，當激光移開，釬料層及熱沉急劇降溫，當貼片機載著 芯片到達釬料層位置時，釬料層可能已經(jīng)下降到釬焊溫度以下，因此該方法 對貼片機的運行速度和精度要求很高，也使貼片機的復雜程度增加。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決激光直接照射到釬料層上，釬料在短時間內急劇升溫而 產(chǎn)生氧化甚至氣化，以及不能保證LED芯片與熱沉可靠鍵合的問題，而提出 一種采用激光在熱沉背部加熱的LED芯片與熱沉鍵合方法，本發(fā)明具體步驟 為
步驟一、分別在LED芯片的背面及熱沉的焊盤上鍍金Au;
步驟二、在所述鍍金AU焊盤上鍍或印刷上釬料層；
步驟三、將LED芯片貼在鍍金Au焊盤的釬料層上； 步驟四、用激光束對準熱沉上鍍金Au焊盤位置背面加熱，直到釬料層 熔化為止。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點①激光束對芯片位置背面的熱沉進行局部加熱， 通過熱傳導的方式使鍵合界面達到釬焊溫度，避免了釬料的氧化和氣化；②
工藝簡單，生產(chǎn)效率高。由于激光功率密度高，加熱焊盤至釬料熔化一般不
足一秒；③激光釬焊易于實現(xiàn)自動化，具有智能化和柔性化制造的特點；
可實現(xiàn)無釬劑釬悍。


圖1是公開號為CN101150163的發(fā)明專利申請的示意圖。圖2是公開號 為CN101159304的發(fā)明專利申請的示意圖。圖3是采用具體實施方式
一所述 的LED芯片與熱沉激光背部加熱鍵合方法進行鍵合時的系統(tǒng)結構示意圖。圖 4是具體實施方式
二所述的對多個LED芯片進行鍵合時，多個LED芯片在熱沉上的分布示意圖。圖5是具體實施方式
三所述的采用激光光點指示器實 現(xiàn)激光束與LED芯片對準時的系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結合圖3，說明本實施方式所述的采用激光在熱沉背 部加熱的LED芯片與熱沉鍵合方法，它的具體步驟為
步驟一、分別在LED芯片3-1的背面及熱沉3-2的焊盤上鍍金Au;
步驟二、在所述鍍金Au焊盤上鍍或印刷釬料層3-3;
步驟三、將LED芯片3-1貼在鍍金Au焊盤的釬料層3-3上；
步驟四、用激光束3-4對準熱沉3-2上鍍金Au焊盤位置背面加熱，直 到釬料層3-3熔化為止。
本實施方式所述的熱沉3-2的形狀是平板形、U形或散熱片形。
本實施方式所述的熱沉3-2的材料是銅Cu或鋁Al。
本實施方式所述的釬料層3-3是SnAg、 SnAgCu或PbSn。
本實施方式采用激光束3-4對LED芯片3-1位置背面的熱沉3-2進行局 部加熱，通過熱傳導的方式使鍵合界面達到釬焊溫度，由于激光功率密度高， 加熱焊盤至釬料熔化一般不足一秒的時間，提高了鍵合速度，也避免了釬料 的氧化和氣化，并且生產(chǎn)工藝簡單，易于實施。
具體實施方式
二本實施方式是采用具體實施方式
一所述的鍵合方法實 現(xiàn)多個LED芯片3-l與熱沉3-2的鍵合，具體過程為
重復步驟一，實現(xiàn)在多個LED芯片3-1背面和熱沉3-2上的多個焊盤鍍 金Au;
重復步驟二，分別在多個鍍金Au焊盤上鍍或印刷上釬料層3-3; 重復步驟三，分別將多個LED芯片3-1貼在多個鍍金Au焊盤的釬料層 3-3上；
通過手動或自動的方式移動熱沉3-2或者激光束3-4，重復步驟四逐個實 現(xiàn)LED芯片3-1與熱沉3-2的鍵合。
本實施方式通過重復具體實施方式
一所述的步驟，實現(xiàn)對多個LED芯片 3-1與熱沉3-2的鍵合。
本實施方式中的釬焊激光輸出鏡頭3-5和LED芯片3-1貼裝是分離操作，可以先通過手動或者貼片機將多個LED芯片3-1預先貼放在待鍵合焊盤上， 鍵合過程不受LED芯片3-1貼裝速度的影響。
具體實施方式
三結合圖5，說明本實施方式。本實施方式與具體實施 方式一或二的不同點在于，在所述步驟四中采用激光光點指示器3-7實現(xiàn)鍍 金Au焊盤與激光束3-4對準。
本實施方式所述的對準方法為將激光光點指示器3-7置于熱沉的上方， 固定釬焊激光輸出鏡頭3-5，通過移動所述激光光點指示器3-7使其輸出的激 光指示光3-6與所述釬焊激光輸出鏡頭3-5輸出的釬焊激光束3-4重合，通過 移動熱沉3-2使待鍵合的LED芯片3-1位于所述激光指示光3-6下。
本實施方式增加了激光光點指示器3-7，簡化了激光束3-4與鍍金Au焊 盤的對準方法，便于實現(xiàn)自動化加工。
例如當使用貼片機實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)時，將待加工的工件置于貼片機 平臺上，加工時只需通過貼片機將待鍵合LED芯片3-1逐一移動至激光指示 光點3-6下，即可保證釬焊激光的對準，與工件的規(guī)格無關，進一步簡化了 操作程序，更利于工業(yè)化生產(chǎn)。
權利要求
1、采用激光在熱沉背部加熱的LED芯片與熱沉鍵合方法，其特征在于它的步驟為步驟一、分別在LED芯片(3-1)的背面及熱沉(3-2)的焊盤上鍍金Au；步驟二、在所述鍍金Au焊盤上鍍或印刷上釬料層(3-3)；步驟三、將LED芯片(3-1)貼在鍍金Au焊盤的釬料層(3-3)上；步驟四、用激光束(3-4)對準熱沉(3-2)上鍍金Au焊盤位置背面加熱，直到釬料層(3-3)熔化為止。
2、 根據(jù)權利要求1所述的采用激光在熱沉背部加熱的LED芯片與熱沉鍵 合方法，其特征在于所述的熱沉(3-2)的形狀是平板形、U形或散熱片形。
3、根據(jù)權利要求1所述的采用激光在熱沉背部加熱的LED芯片與熱沉鍵 合方法，其特征在于所述的熱沉(3-2)的材料是銅Cu或鋁Al。
4、 根據(jù)權利要求1所述的采用激光在熱沉背部加熱的LED芯片與熱沉鍵 合方法，其特征在于所述釬料層(3^ SnAg、 SnAgCu或PbSn。
5、 根據(jù)權利要求1所述的采用^光在熱沉背部加熱的LED芯片與熱沉鍵 合方法，其特征在于在所述步驟四中采用激光光點指示器(3-7)實現(xiàn)鍍金Au焊 盤與激光束(3-4)對準。
6、 根據(jù)權利要求5所述的采用激光在熱沉背部加熱的LED芯片與熱沉鍵 合方法，其特征在于所述對準方法為將激光光點指示器(3-7)置于熱沉(3-2) 的上方，固定釬焊激光輸出鏡頭(3-5)，通過移動所述激光光點指示器(3-7)使其 輸出的激光指示光(3-6)與所述釬焊激光輸出鏡頭(3-5)輸出的釬焊激光束(3-4) 重合，通過移動熱沉(3-2)使待鍵合的LED芯片(3-l)位于所述激光指示光(3-6) 下。
全文摘要
一種采用激光在熱沉背部加熱的LED芯片與熱沉鍵合方法，本發(fā)明涉及一種LED芯片與熱沉鍵合的方法。它解決了激光束直接照射到釬料層上，釬料在短時間內急劇升溫而產(chǎn)生的氧化甚至氣化，以及不能保證LED芯片與熱沉可靠鍵合的問題。具體步驟為首先分別在LED芯片的背面及熱沉的焊盤上鍍金Au；然后在所述鍍金Au焊盤上鍍或印刷上釬料層；將LED芯片貼裝在鍍金Au焊盤的釬料層上；用激光束對準熱沉上的LED芯片位置背面加熱，直到釬料熔化為止。本發(fā)明的優(yōu)點在于激光束對芯片位置背面的熱沉進行加熱，避免了釬料的氧化和氣化；多個芯片可預先貼放在待鍵合位置，然后進行鍵合。本發(fā)明可應用于LED芯片封裝領域。
文檔編號B23K1/005GK101304064SQ20081006491
公開日2008年11月12日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權日2008年7月11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