专利名称：Led封装用高导热焊锡浆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED封装用高导热焊锡浆，该焊锡浆可显著提高LED的热传导和散热性能，提高LED出光率及寿命，尤其对于中高功率LED效果更为突出。
背景技术：
LED因其工作时产生的热量较少，发光率较高，被视为冷光源，与传统的白炽灯、荧光灯相比，其节电效率可达90%以上。在当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED 为代表的新型照明光源时代。LED虽被视为冷光源，但一般在工作时也只有15% 25%的电能转换成光能，目前代表芯片制作最高水平的CREE公司，其芯片的光电转换效率也才达到40%左右。也就是说，对于现有的LED光效水平而言，输入电能的75-85%左右会转变成为热量，而使芯片的结温(Junction Temperature,简称TJ，指LED中P-N结的温度)升高，导致LED因过热而损坏。TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。所以目前从技术方面左右功率性LED技术走向产业化的瓶颈在如何散热，尤其对于中高功率LED此问题更为突出，成为当前研究的一个重点。如何提高LED的散热性能，人们从不同角度进行了大量的研究，200510050585. 9、 200610122604.9,200710164533. 3,200710073118. 7,200710102789. 1,200710029589. 8、 200710019048.7,200810050391.2,200810026077. 0,200810119393. 2,200810141865. 4、 200810027959. 9,200910111204. 1等众多中国专利分别从热沉材料、灯具散热结构等方面
对提高LED散热效果提供了很好的思路。图1为典型LED的结构示意图，其中1为透镜，2为LED芯片，3为热沉，4为PCB 板，5为主要散热方向。热量传递的主要方向为芯片-热沉-PCB-空气。芯片、热沉和PCB 板通过一定材料粘接在一起，显然芯片与热沉间的粘接材料以及热沉与PCB间的粘接材料构成的热阻也会影响热量的传递。由于LED的热量主要由芯片产生，然后通过粘接材料传递给热沉，完成第一次热量扩散，因此芯片与热沉间的粘接材料的导热性能在LED散热中起到至关重要的作用。导电银胶由于使用简单、易于固化粘接等优点，当前芯片与热沉间的粘接通常采用的是导电银胶固化粘接。但导电银胶热传导系数较低(目前报道的银胶最高的热传导系数仅为25. 8ff/m · K)，并且其中的树脂部分高温性质不稳、易劣化，对散热的影响尤为严重。专利200610014157. 5发明了一种纳米银(小于IOOnm)焊膏来实现对芯片和热沉的焊接，但需要在290°C高温下滞留35 40min才能实现焊接，如此长时间的高温无疑会对LED芯片和其他部件产生损伤。专利200710124275. 6、200810026214. 0、 200910180899. 9,200910201265. 7,200810141812. 2采用锡膏焊接将芯片和热沉焊接，专利 200610097250. 7,200810216078. 1直接用金属焊料将芯片和热沉焊接起来，取代了导电胶
3固化粘接，均在一定程度上提高了芯片与热沉间的热传导，但粘接层的导热性能受焊料导热性能的限制，只能达到50 60W/m · K，对于大功率LED的发展来说还需进一步提高。
发明内容
本发明目的在于提供一种LED封装用高导热焊锡浆，它是由锡基合金焊粉为主要焊接材料，配合一定组分的高导热填充物，与一定量的助焊剂配制而成。用本发明中的焊锡浆焊接，可显著提高芯片和热沉之间的导热率。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种LED封装用高导热焊锡浆，其特征在于它由锡基合金焊粉、高导热填充物和助焊剂构成。一种优选的技术方案，其特征在于所述的锡基合金焊粉包括SnBi、SnBiCu, SnBiAg, SnCu, SnAg, SnAgCu, SnZn 或 SnAu 等合金系焊粉，粒径为 2 μ m 45 μ m。一种优选的技术方案，其特征在于所述的高导热填充物为高导热率(导热率> 100ff/m · K)的金属粉末和非金属粉末中的一种或几种的复合粉末，高导热填充物占焊锡浆重量的 30%。一种优选的技术方案，其特征在于所述的金属粉末包括Ag、Cu、Al、Ni和/或Si 等，所述的非金属粉末包括金刚石、BeO和/或AlN等，粒径为0. 5 μ m 45 μ m。一种优选的技术方案，其特征在于所述的高导热填充物颗粒表面预先采用Ag、 Sn、Ni、Cu或所述的锡基合金焊料进行包覆，以达到与焊料更好的界面结合。一种优选的技术方案，其特征在于所述的助焊剂为膏状助焊剂，占焊锡浆重量的 8% 15%。所用助焊剂应具有良好的润湿性，其组份在本发明中不做具体要求。本发明所涉及的高导热率焊锡浆的制备方法，包括如下步骤将锡基合金焊粉、高导热填充物和助焊剂按照比例配料，均勻机械混和，搅拌IOmin以上，使高导热填充物均勻分散在锡基合金焊粉中，得到组分均勻一致的焊锡浆。本发明所涉及的导热填充物包括高导热率的金属粉末如Ag、Cu、Al、Ni、ai等或高导热率的非金属粉末如金刚石、BeO, AlN等，或这些材料的复合粉末的一种或几种，粒径在 0. 5 μ m 45 μ m。为了增加填充物与焊料之间的结合强度，填充物颗粒表面可预先进行Ag、 Sn、Ni、Cu或所述的锡基合金焊料的包覆，以达到与焊料更好的界面结合。高导热填充物占焊锡浆重量的 30%，填充物太少达不到提高导热效果，太多则增大填充物与焊料之间的界面热阻，且容易造成焊接不良而降低芯片和热沉粘结强度，影响热传导。本发明的优点在于本发明提供的高导热焊锡浆通过印刷或点胶在LED芯片和热沉之间，经烧结或回流，使芯片和热沉焊接在一起。本发明的焊锡浆采用了高导热率填充物，焊接后可显著提高芯片和热沉间的热传导。因此，用本发明中的焊锡浆焊接，可显著提高LED的热传导和散热性能，提高LED出光率及寿命，尤其对于中高功率LED效果更为突出。下面通过附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
图1为典型LED的结构示意图。
具体实施例方式实施例1焊锡浆各组分配比)SnBi30Cu0. 5(粒径 15μπι 25μπι) 60Cu 粉(粒径 10 μ m 20 μ m)30助焊剂LF200010将锡基合金焊粉、高导热填充物和助焊剂按照比例配料，均勻机械混和，搅拌 15min，使高导热填充物均勻分散在锡基合金焊粉中，得到组分均勻一致的焊锡浆。将制备的焊锡浆点胶在热沉的LED芯片位置上，贴上芯片，经回流使芯片和热沉焊接在一起。回流的峰值为210°C，高于SnBi30Cu0. 5熔程上限温度(186°C )60s。实施例2焊锡浆各组分配比)SnAg3. 5 (粒径 25 μ m 45 μ m)75
Cu/金刚石粉(粒径38 μ m 45 μ m) 10助焊剂SRT7715制备方法同实施例1。将制备的焊锡浆点胶在热沉的LED芯片位置上，贴上芯片，经回流使芯片和热沉焊接在一起。回流的峰值为210°C，高于SnAg3.5熔点Q2rC)60s。实施例3焊锡浆各组分配比)SnAg3CuO. 5 (粒径 2 μ m 11 μ m) 91Ag 粉(粒径 0. 5 μ m 10 μ m)1助焊剂SRT31028制备方法同实施例1。将制备的焊锡浆点胶在热沉的LED芯片位置上，贴上芯片，经回流使芯片和热沉焊接在一起。回流的峰值温度为245°C，高于SnAg3CuO. 5熔点)60s。实施例4焊锡浆各组分配比)SnAu80 (粒径 25 μ m 45 μ m)80BeO 镀 Ag (粒径 20 μ m 38 μ m)4Cu/金刚石粉(粒径38 μ m 45 μ m) 5助焊剂SRT30NX11制备方法同实施例1。将制备的焊锡浆点胶在热沉的LED芯片位置上，贴上芯片，在310°C的烘箱中烘烤 5min使芯片和热沉焊接在一起。在实施例1-4中还可以选择将高导热填充物颗粒表面预先采用Ag、Sn、Ni、Cu或锡基合金焊料进行包覆，以达到与焊料更好的界面结合。
表1、不同材料和实施例中焊点的导热率
权利要求
1.一种LED封装用高导热焊锡浆，其特征在于它由锡基合金焊粉、高导热填充物和助焊剂构成。
2.根据权利要求1所述的LED封装用高导热焊锡浆，其特征在于所述的锡基合金焊粉包括 SnBi、SnBiCu、SnBiAg、SnCu、SnAg、SnAgCu、SnSi 或 SnAu 合金系焊粉，粒径为 2 μ m 45 μ m0
3.根据权利要求1所述的LED封装用高导热焊锡浆，其特征在于所述的高导热填充物为高导热率的金属粉末和非金属粉末中的一种或几种的复合粉末，高导热填充物占焊锡浆重量的 30%。
4.根据权利要求1所述的LED封装用高导热焊锡浆，其特征在于所述的金属粉末包括Ag、Cu、Al、Ni和/或Zn，所述的非金属粉末包括金刚石、BeO和/或A1N，粒径为0. 5 μ m 45 μ m0
5.根据权利要求1所述的LED封装用高导热焊锡浆，其特征在于所述的高导热填充物颗粒表面预先采用Ag、Sn、Ni, Cu或所述的锡基合金焊料进行包覆。
6.根据权利要求1所述的LED封装用高导热焊锡浆，其特征在于所述的助焊剂为膏状助焊剂，占焊锡浆重量的8% 15%。
全文摘要
本发明涉及一种LED封装用高导热焊锡浆，它由锡基合金焊粉、高导热填充物和助焊剂构成。它是由锡基合金焊粉为主要焊接材料，配合一定组分的高导热率的金属粉末如Ag、Cu、Al、Ni、Zn等或高导热率的非金属粉末如金刚石、BeO、AlN等或这些材料的复合粉末的一种或几种作为导热填充物，与一定量的助焊剂配制而成。用本发明中的焊锡浆焊接，可显著提高LED的热传导和散热性能，提高LED出光率及寿命，尤其对于中高功率LED效果更为突出。
文档编号B23K35/26GK102554488SQ20101060806
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者卢彩涛, 徐骏, 朱捷, 王志刚, 王瑞杰, 祝志华, 胡强, 贺会军, 赵朝辉 申请人:北京康普锡威科技有限公司, 北京有色金属研究总院