用于大功率led的固晶焊錫膏及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，由無鉛金屬合金粉末與固晶助焊膏混合制成，其重量配比范圍分別為80%~90%與10%~20%。無鉛金屬合金粉末為SnAgCu金屬合金粉末、SnSb金屬合金粉末、SnSbCu或SnSbAg球形金屬合金粉末中的一種，固晶助焊膏由以下重量百分比的成分組成：樹脂20%～40%、溶劑40%～50%、有機酸5%～8%、表面活性劑4%～5%、觸變劑3%～5%、抗氧劑1%～3%，合成活性劑1%～3%。本發(fā)明熱導率更高、固晶時間更短、性能穩(wěn)定；其制備方法簡單，制備后的固晶焊錫膏對金層的潤濕性特別好，氣孔率低，膏體均勻細膩、無異味、觸變指數(shù)高，具有優(yōu)異焊接強度及力學性能。
【專利說明】用于大功率LED的固晶焊錫膏及其制備方法
[0001]本申請是申請日為2010年11月26日、申請?zhí)枮?01010562247.4發(fā)明名稱為《用于大功率LED的固晶焊錫膏及其制備方法》的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，特別是一種固晶焊錫膏，尤其是一種用于大功率LED的固晶及對大功率LED芯片表面金屬層有很好的潤濕性與低氣孔率要求的固晶焊錫膏的研究及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0003]目前大功率LED特別是白光LED已產(chǎn)業(yè)化并推向市場，這使得超高亮度LED的應用面不斷擴大，并向普通照明市場邁進。由于LED芯片輸入功率的不斷提高，對這些功率型LED的封裝技術(shù)提出了更高的要求。功率型LED封裝技術(shù)主要應滿足以下二點要求:一是封裝結(jié)構(gòu)要有高的取光效率，其二是熱阻要盡可能低，這樣才能保證功率LED的光電性能和可靠性。另外，如果LED器件的熱系統(tǒng)設(shè)計不完善，會導致pn結(jié)結(jié)溫過高，使得LED芯片快速劣化、器件壽命縮短。所以，在功率型LED器件的封裝中，芯片鍵合材料在芯片到熱沉熱量傳導過程中起著非常重要的作用，但目前芯片鍵合材料已經(jīng)成為大功率LED散熱通道的一個瓶頸，因此低熱阻、散熱性好的芯片鍵合材料是封裝技術(shù)關(guān)鍵。
[0004]LED芯片封裝一般可以通過四種方式:導熱膠粘貼、導電型銀漿粘貼，錫膏粘貼和錫金合金共晶焊接。
[0005]導熱膠的硬化溫度一般低于150°C，甚至可以在室溫下固化，但導熱膠的熱導率較小，導熱特性較差，且只能用于V型電極的封裝。導電型銀漿粘貼的固化溫度一般低于200°C，既有良好的熱導特性，又有較好的粘貼強度。但是銀漿對光的吸收比較大，導致光效下降，而且銀漿中環(huán)氧樹脂熱阻遠大于合金焊料，且使用壽命比合金短得多。小功率LED生產(chǎn)過程中普遍使用銀漿作鍵合材料，但是對于大功率LED芯片來說，導電銀膠已不能滿足其散熱需求。錫金合金(Au80Sn20)導熱導電性好，但成本太高，且易脆。而錫膏內(nèi)含錫、銀、銅、銻等金屬，均具有良好的導熱性能。錫膏用金屬合金的熱導特系數(shù)為40W/M*K左右(其合金的導熱系數(shù)根據(jù)金屬的不同稍有變化)，是四種方式中最優(yōu)的，一般用于金屬之間焊接，實現(xiàn)金屬之間的融合，導電性和連接強度也非常優(yōu)越。根據(jù)理論分析以及有關(guān)實驗結(jié)果表明，使用銀漿作鍵合材料的LED器件熱阻比錫膏作為鍵合材料的熱阻大10?30K/W，因此，在大功率LED封裝等領(lǐng)域超細錫膏可代替現(xiàn)有的導電銀膠和導熱膠等封裝材料，從而實現(xiàn)更好的導熱效果，大大降低界面熱阻，且大幅度降低封裝成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種熱導率更高、固晶時間更短、效率高、性能穩(wěn)定，既能使LED芯片有更好的散熱通道，緩解LED散熱瓶頸，延長LED燈的使用壽命，又能滿足現(xiàn)有成熟的回流焊接工藝的大功率LED的固晶焊錫膏及其制備方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，由無鉛金屬合金粉末與固晶助焊膏混合制成，所述無鉛金屬合金粉末與所述助焊膏的重量配比范圍分別為 80%?90% 與 10%?20%。
[0008]所述無鉛金屬合金粉末為SnAgCu金屬合金粉末、SnSb金屬合金粉末、SnSbAg金屬合金粉末或SnSbCu球形金屬合金粉末中的一種,所述SnAgCu金屬合金粉末中Sn、Ag、Cu之間的重量比例為95、6.5:0.3飛:0.5^1 ;所述SnSb金屬合金粉末中Sn、Sb之間的重量比例為85?95:5?15 ;所述SnSbAg球形金屬合金粉末中Sn、Sb、Ag之間的重量比例為89?90:9.5?10.5:0.5?1.0 ;所述SnSbCu球形金屬合金粉末中Sn、Sb、Cu之間的重量比例為89.5:10:0.5，所述球形合金粉末粒徑大小為5 μ m-25 μ m。
[0009]所述固晶助焊膏由以下重量百分比的成分組成:樹脂20%?40%、溶劑40%?50%、有機酸5%?8%、表面活性劑4%?5%、觸變劑3%?5%、抗氧劑1%?3%，合成活性劑1%?
3% ο
[0010]所述樹脂為原位聚合松香、氫化松香樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂中的一種或幾種的組合。
[0011]所述溶劑為二乙二醇丁醚、二乙二醇己醚、三乙二醇丙醚、乙二醇苯醚、丙二醇苯醚中的一種或幾種的組合。
[0012]所述有機酸為丁二酸、植酸、酒石酸、蘋果酸、甲酸、水楊酸中的一種或幾種的組口 ο
[0013]所述觸變劑為氫化蓖麻油、聚酰胺蠟、聚酰胺樹脂、脂肪酸酰胺蠟中的一種或幾種的組合。
[0014]所述表面活性劑及合成活性劑有機胺中的甲胺、三甲胺、苯胺、二乙丙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、芳香胺中的一種或幾種組合。
[0015]所述抗氧劑的類型為抗氧劑BHT、抗氧劑BHA、抗氧劑DLTP、抗氧劑1010、抗氧劑TBHQ、抗氧劑1076、抗氧劑T501中的一種或幾種組合。
[0016]本發(fā)明同時還提供一種用于大功率LED的固晶焊錫膏的制備方法，包括以下步驟:
(1)、將固晶助焊膏的各組分按所選比例混合均勻，并加熱至完全溶解后自然冷卻到室溫；
(2)、將步驟(I)中所制備的組合物在5-10°C環(huán)境下冷藏制得固晶助焊膏；
(3)、按所選比例將SnAgCu、SnSb,SnSbCu, SnSbAg焊錫粉和助焊膏置于分散機內(nèi)攪拌，得到均勻的膏體；
(4)、將步驟(3)中得到的膏體在三輥扎機中進行研磨，控制壓力和溫度，達到固晶焊錫膏的粘度10000?30000厘泊，制得固晶焊錫膏，再按要求分裝，在2-8°C環(huán)境下保存。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明所提供的用于大功率LED的固晶焊錫膏，具有熱導率更高、固晶時間更短、效率高、性能穩(wěn)定，既能使LED芯片有更好的散熱通道，緩解LED散熱瓶頸，延長LED燈的使用壽命。其制備方法簡單，制備后的固晶焊錫膏對金層的潤濕性特別好、氣孔率低、膏體均勻細膩、無異味、觸變指數(shù)高，具有優(yōu)異的焊接性能和力學性能，在使用時既可采用簡單的加熱臺焊接，也可以用回流焊工藝進行焊接。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實施例1的回流焊接曲線圖；
圖2為本發(fā)明其余實施例的回流焊接曲線圖。

【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明提供一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，由無鉛金屬合金粉末與助焊膏混合制成，無鉛金屬合金粉末與助焊膏的重量配比范圍分別為809Γ90%與109Γ20%。
[0020]無鉛金屬合金粉末為SnAgCu金屬合金粉末、SnSb金屬合金粉末、SnSbAg金屬合金粉末或SnSbCu球形金屬合金粉末中的一種，SnAgCu金屬合金粉末中Sn、Ag、Cu之間的重量比例為95?96.5:0.3?5:0.5?I ；SnSb金屬合金粉末中Sn、Sb之間的重量比例為85?95:5?15 ;SnSbAg球形金屬合金粉末中Sn、Sb、Ag之間的重量比例為89?90:9.5?10.5:0.5?1.0 ；SnSbCu球形金屬合金粉末中Sn、Sb、Cu之間的重量比例為89.5:10:0.5，球形粒徑大小為5 μ m-25 μ m。
[0021 ] 固晶助焊膏由以下重量百分比的成分組成:樹脂20%?40%、溶劑40%?50%、有機酸5%?8%、表面活性劑4%?5%、觸變劑3%?5%、抗氧劑1%?3%，合成活性劑1%?3%。其中，該樹脂為原位聚合松香、氫化松香樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂中的一種或幾種的組合。該溶劑為二乙二醇丁醚、二乙二醇己醚、三乙二醇丙醚、乙二醇苯醚、丙二醇苯醚中的一種或幾種的組合。該有機酸為丁二酸、植酸、酒石酸、蘋果酸、甲酸、水楊酸中的一種或幾種的組合。該觸變劑為氫化蓖麻油、聚酰胺蠟、聚酰胺樹脂、脂肪酸酰胺蠟中的一種或幾種的組合。該表面活性劑為有機胺中的甲胺、三甲胺、苯胺、二乙丙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、芳香胺中的一種或幾種組合。該抗氧劑的類型為抗氧劑BHT、抗氧劑BHA、抗氧劑DLTP、抗氧劑1010、抗氧劑TBHQ、抗氧劑1076、抗氧劑T501中的一種或幾種組合。該合成活化劑為深圳市晨日科技自制的一種活性劑，其分解溫度在200-230°C之間，與無鉛金屬合金粉末的熔融溫度問步。
[0022]本發(fā)明同時還提供一種用于大功率LED的固晶焊錫膏的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)、將固晶助焊膏的各組分按所選比例混合均勻，并加熱至完全溶解后自然冷卻到室溫；
(2)、將步驟(I)中所制備的組合物在5-10°C環(huán)境下冷藏制得固晶助焊膏；
(3)、按所選比例將SnAgCu、SnSb,SnSbCu, SnSbAg焊錫粉和固晶助焊膏置于分散機內(nèi)攪拌，得到均勻的膏體；
(4)、將步驟(3)中得到的膏體在三輥扎機中進行研磨，控制壓力和溫度，達到固晶焊錫膏的粘度10000?30000厘泊，制得固晶焊錫膏，再按要求分裝，在2-8°C環(huán)境下保存。
[0023]實施例1
本發(fā)明提供一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，由無鉛金屬合金粉末與固晶助焊膏混合制成，無鉛金屬合金粉末與固晶助焊膏的重量配比數(shù)值分別為87%與13%。其中，固晶助焊膏由原位聚合松香、氫化松香樹脂、丙烯酸樹脂、乙二醇苯醚、丙二醇苯醚、聚酰胺樹脂、脂肪酸酰胺蠟、蘋果酸、水楊酸、苯胺、芳香胺、抗氧劑168、抗氧劑TBHQ與自制活化劑組成，上述原料的重量百分比數(shù)值為原位聚合松香20%、氫化松香樹脂10%、丙烯酸樹脂5%、乙二醇苯醚22%、丙二醇苯醚22%、聚酰胺樹脂1.5%、脂肪酸酰胺蠟2.5%、蘋果酸4%、水楊酸4%、苯胺2%、芳香胺2%、抗氧劑1682%、抗氧劑TBHQ1%、表面活化劑2%、合成活化劑1%。該固晶助焊膏制備方法為:先按組分比例混合均勻，然后加熱至完全溶解后自然冷卻到室溫，再將該組合物在5-10°C環(huán)境下冷藏制得固晶助焊膏。無鉛金屬合金粉末為SnAgCu金屬合金粉末，其中，SnAgCu金屬合金粉末中Sn、Ag、Cu之間的重量比例為96.5:3:0.5。
[0024]本發(fā)明提供的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏的制備方法為，將重量百分比為87%與13%的SnAgCu金屬合金粉末和固晶助焊膏置于分散機內(nèi)攪拌均勻，再將得到的膏體在三輥扎機中進行研磨，控制壓力和溫度，達到固晶焊錫膏的粘度10000?30000厘泊，制得大功率LED固晶焊錫膏，再按要求分裝，在2-8°C環(huán)境下保存。
[0025]如圖1所示，途中橫坐標為時間/S，縱坐標為焊接溫度/°C，圖中從左到右的4個線段依次為:a、預熱區(qū):溫升速度為1_3°C /s ;b、浸濡區(qū):最大溫升速度< 2°C /s ;c、回焊區(qū):溫升速度為2-3°C /s，最高溫度為230-245°C ;時間為217°C (熔點)以上50_90s，高于220°C時間為20-50s ;d、冷卻區(qū):溫降< 4°C /s。生產(chǎn)表明本發(fā)明能夠滿足LED芯片焊接加工工藝要求。
[0026]實施例2
本發(fā)明提供一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，由無鉛金屬合金粉末與固晶助焊膏混合制成，無鉛金屬合金粉末與固晶助焊膏的重量配比數(shù)值分別為86%與14%。其中，固晶助焊膏由丙烯酸樹脂、氫化松香樹脂、二乙二醇丁醚、三乙二醇丙醚、己二酸、酒石酸、氫化蓖麻油、脂肪酸酰胺蠟、三甲胺、二乙二胺、抗氧劑BHT、抗氧劑1010與合成活化劑組成，上述原料的重量百分比數(shù)值為丙烯酸樹脂20%、氫化松香樹脂20%、二乙二醇丁醚22%、三乙二醇丙醚17%、己二酸5%、酒石酸3%、氫化蓖麻油3%、脂肪酸酰胺蠟1%、三甲胺4%、二乙二胺2%、抗氧劑BHT 1%、抗氧劑1010 1%、合成活化劑1%。該固晶助焊膏制備方法為:先按組分比例混合均勻，然后加熱至完全溶解后自然冷卻到室溫，再將該組合物在5-10°C環(huán)境下冷藏制得固晶助焊膏。無鉛金屬合金粉末為SnSb金屬合金粉末,其中，SnSb金屬合金粉末中Sn、Sb之間的重量比例為90:10。
[0027]本發(fā)明提供的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏的制備方法為，將重量百分比為86%與14%的SnSb金屬合金粉末和固晶助焊膏置于分散機內(nèi)攪拌均勻，再將得到的膏體在三輥扎機中進行研磨，控制壓力和溫度，達到固晶焊錫膏的粘度10000?30000厘泊，制得大功率LED固晶焊錫膏，再按要求分裝，在2-8°C環(huán)境下保存。
[0028]實施例3
本發(fā)明提供一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，由無鉛金屬合金粉末與固晶助焊膏混合制成，無鉛金屬合金粉末與固晶助焊膏的重量配比數(shù)值分別為85%與15%。其中，固晶助焊膏由原位聚合松香、丙烯酸樹脂、二乙二醇丁醚、二乙二醇己醚、丁二酸、油酸、氫化蓖麻油、甲胺、乙二丙胺、抗氧劑BHT與合成活化劑組成，上述原料的重量百分比數(shù)值為原位聚合松香18%、丙烯酸樹脂20%、二乙二醇丁醚24%、二乙二醇己醚19%、丁二酸3.5%、油酸3%、氫化蓖麻油4%、甲胺3%、乙二丙胺3%、抗氧劑BHT 1.5%，合成活化劑1%。該固晶助焊膏制備方法為:先按組分比例混合均勻，然后加熱至完全溶解后自然冷卻到室溫，再將該組合物在5-10°C環(huán)境下冷藏制得固晶助焊膏。無鉛金屬合金粉末為SnSbCu球形金屬合金粉末，其中，SnSbCu球形金屬合金粉末中的球形粒徑大小為5 μ m-25 μ m, Sn,Sb,Cu之間的重量比例為 89.5:10:0.5。
[0029]本發(fā)明提供的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏的制備方法為，將重量百分比為85%與15%的SnSbCu球形金屬合金粉末和固晶助焊膏置于分散機內(nèi)攪拌均勻，再將得到的膏體在三輥扎機中進行研磨，控制壓力和溫度，達到固晶焊錫膏的粘度10000?30000厘泊，制得大功率LED固晶焊錫膏，再按要求分裝，在2-8°C環(huán)境下保存。
[0030]如圖2所示，途中橫坐標為時間/S，縱坐標為焊接溫度/°C，圖中從左到右的4個線段依次為:a、預熱區(qū):溫升速度為1_3°C /s ;b、浸濡區(qū):最大溫升速度< 2°C /s ;c、回焊區(qū):溫升速度為2-3°C /s，最高溫度為270-285°C ;時間為250°C (熔點)以上50_90s，高于260°C時間為20-50s ;d、冷卻區(qū):溫降< 4°C /s。生產(chǎn)表明本發(fā)明能夠滿足LED芯片焊接加工工藝要求。
[0031]本發(fā)明提供的固晶焊錫膏熱導率高、電阻小、傳熱快，能滿足大功率LED芯片散熱需求。該錫膏固晶速度快，固化時間只有通用銀膠的十分之一，而且通過回流爐焊接可以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，大幅度提高工業(yè)生產(chǎn)率。另外該固晶錫膏不僅機械強度高、能有效保證固晶的可靠性，還能完全滿足RoHS及國際電工委員會無鹵素等環(huán)保標準。
[0032]惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，舉凡熟悉此項技藝的專業(yè)人士，在了解本發(fā)明的技術(shù)手段之后，自然能依據(jù)實際的需要，在本發(fā)明的教導下加以變化。因此凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的同等變化與修飾，曾應仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，由無鉛金屬合金粉末與固晶助焊膏混合制成，其特征在于，所述無鉛金屬合金粉末與所述固晶助焊膏的重量配比范圍分別為809Γ90%與109^20%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，其特征在于，所述無鉛金屬合金粉末為SnAgCu金屬合金粉末、SnSb金屬合金粉末、SnSbAg金屬合金粉末或SnSbCu球形金屬合金粉末中的一種，所述SnAgCu金屬合金粉末中Sn、Ag、Cu之間的重量比例為95?96.5:0.3?5:0.5?I ;所述SnSb金屬合金粉末中Sn、Sb之間的重量比例為85?95:5?15 ；所述SnSbAg球形金屬合金粉末中Sn、Sb、Ag之間的重量比例為89?90:9.5?10.5:0.5?1.0 ；所述SnSbCu球形金屬合金粉末中Sn、Sb、Cu之間的重量比例為89.5:10:0.5，所述球形合金粉末粒徑大小為5 μ m-25 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，其特征在于，所述固晶助焊膏由以下重量百分比的成分組成: 樹脂20%?40%、溶劑40%?50%、有機酸5%?8%、表面活性劑4%?5%、觸變劑3%?5%、抗氧劑1%?3%，合成活性劑1%?3%。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，其特征在于，所述樹脂為原位聚合松香、氫化松香樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂中的一種或幾種的組合。
5.如權(quán)利要求3所述的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，其特征在于，所述溶劑為二乙二醇丁醚、二乙二醇己醚、三乙二醇丙醚、乙二醇苯醚、丙二醇苯醚中的一種或幾種的組口 ο
6.如權(quán)利要求3所述的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，其特征在于，所述有機酸為丁二酸、植酸、酒石酸、蘋果酸、甲酸、水楊酸中的一種或幾種的組合。
7.如權(quán)利要求3所述的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，其特征在于，所述觸變劑為氫化蓖麻油、聚酰胺蠟、聚酰胺樹脂、脂肪酸酰胺蠟中的一種或幾種的組合。
8.如權(quán)利要求3所述的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，其特征在于，所述表面活性劑為有機胺中的甲胺、三甲胺、苯胺、二乙丙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、芳香胺中的一種或幾種組合。
9.如權(quán)利要求3所述的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏，其特征在于，所述抗氧劑的類型為抗氧劑BHT、抗氧劑BHA、抗氧劑DLTP、抗氧劑1010、抗氧劑TBHQ、抗氧劑1076、抗氧劑T501中的一種或幾種組合。
10.如權(quán)利要求1所述的一種用于大功率LED的固晶焊錫膏的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、將固晶助焊膏的各組分按所選比例混合均勻，并加熱至完全溶解后自然冷卻到室溫； (2)、將步驟(I)中所制備的組合物在5-10°C環(huán)境下冷藏制得固晶助焊膏； (3)、按所選比例將SnAgCu、SnSb,SnSbCu, SnSbAg焊錫粉和固晶助焊膏置于分散機內(nèi)攪拌，得到均勻的膏體； (4)、將步驟(3)中得到的膏體在三輥扎機中進行研磨，控制壓力和溫度，達到固晶焊錫膏的粘度10000?30000厘泊，制得固晶焊錫膏，再按要求分裝，在2-8°C環(huán)境下保存。
【文檔編號】B23K35/36GK104308388SQ201410564894
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2010年11月26日
【發(fā)明者】錢雪行, 資春芳 申請人:深圳市晨日科技有限公司