封装倒置led芯片用的锡基钎焊焊料及其制备方法
【专利说明】封装倒置LED芯片用的锡基钎焊焊料及其制备方法
[0001] 【技术领域】 本发明涉及用于钎焊的焊料，特别是涉及以材料组份和性质为特点的锡基焊料及其制 备方法，尤其涉及用于封装倒置LED芯片或封装其他集成电路芯片用的锡基膏状钎焊焊料 -锡胶。
[0002] 【【背景技术】】 LED是21世纪的照明新光源，它具有光效高，发热量少，工作电压低，耗电量小，体积小 等优点，可平面封装，易于开发轻薄型产品，结构坚固且寿命很长等优点。LED光源本身不含 汞、铅等有害物质，无红外和紫外射线污染，不会在生产和使用中污染环境。因此，无论从节 约电能、降低温室气体排放的角度，还是从减少环境污染的角度，发展LED作为新型照明光 源替代传统的照明灯具将是大势所趋。
[0003] 如图1所示为传统的LED正装结构简图，图2是倒装结构简图，从两者的对比可 知，传统的LED产业采用正装的引线键合技术将电极和凸点连接，实现芯片的导通，然后通 过导电银浆将芯片和基板连接，最后实现电路互联的工艺过程。如图3所示为传统的LED 正装工艺流程简图，包括点胶、贴片、烧结、焊线、封装和固化等多个步骤。LED正装技术工艺 比较复杂，采用引线键合技术其合金线材料成本高，工艺繁杂，将芯片和基板连接过程需要 导电银浆粘接剂即导电银胶，导电银胶对工艺的要求非常精确，而且银粉成本高昂，工艺制 程不易控制，这也是导致市场上LED芯片价格居高不下的主要因素。
[0004] 近年来，以倒装LED芯片技术为代表的覆晶技术，正在越来越多引起LED行业的高 度关注，LED覆晶技术正在逐步摒弃传统的引线键合技术，如图2所示，该技术主要工艺是 在LED电极上采用凸点电极蒸镀技术等将电极和芯片焊盘基板融为一体，省去了固晶等工 艺环节，取而代之的是采用现代SMT，即表面组装技术进行LED贴片和回流。如图4 LED倒 装工艺流程简图，包括点胶、贴片和固化这三个步骤。
[0005] LED倒装技术的出现，对新型连接材料的需求摆在封装企业的面前，传统的LED产 业以导电银胶为连接材料。经LED点胶、固晶后，再送进电热风炉烘烤这样的工艺已经趋于 成熟和完善，在转型向LED倒装技术后，由于现用的固晶锡膏熔融固化需采用类似SMT的回 流工艺，企业面临着高昂的新设备采购压力，先前的电热风烤箱工艺设备面临着被淘汰的 风险，如何能够以最低的成本实现新的倒装工艺，是摆在LED行业面前的头等难题。
[0006] LED芯片封装用的导电胶通常是由高纯度的金属微粒填料、粘合剂、溶剂和助剂所 组成的一种机械混合物的粘稠状胶料，导电胶对其组成物质要求十分严格，其品质的高低、 各组分含量多少、及组分物质的形状、大小对导电胶的性能都有着密切的关系。
[0007] 现有技术固晶锡膏中有将热固性树脂加入助焊剂中，以使制得的固晶锡膏具有焊 接和固化效果，但其焊接时，须先经过150~180°C预热，然后在200~300°C焊接，其焊接 温度必须达到250~300°C，焊接固化温度较高，对基板的要求自然也较高。因焊接温度高 于240度，不适用于LED芯片封装。固晶锡膏中助焊剂，助焊剂焊接后的残留物会影响LED 的光效。
[0008] 针对上述焊接固化温度高的问题，现有技术有使用低熔点SnBi合金粉末与含热 固性树脂的熔剂形成的焊接组合物，但在固化后，所用金属熔点低，在后续组装成灯具的工 艺中易熔化而影响组装连接强度。
[0009] 为获得焊接固化温度低且焊接强度等同于现有技术的锡膏、同时并摆脱对金银 等贵金属的依赖，本发明涉及具有导电导热功能的锡基钎焊焊料俗称锡胶，代替了价格高 昂的导电银胶，以及工艺苛刻的固晶锡膏，为企业减少了成本，推动了 LED照明的大众普及 率，对促进产业转型升级有重要的意义。
[0010] 【
【发明内容】
】 本发明要解决的技术问题在于避免现有技术固晶锡膏焊接温度高、有焊接残留物以 及导电银胶成本高的不足之处，而提供一种封装倒置LED芯片的锡基钎焊焊料及其制备方 法。
[0011] 解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种封装倒置LED芯片用的锡基钎焊焊 料一锡胶，包括以下按质量百分比计量的组分：环氧树脂5. 0~25. 0%、低熔点锡基焊粉混 合填料70. 0~90. 0%、改性松香0. 5~10. 0%和固化剂I. 0~15. 0%。
[0012] 所述低熔点锡基焊粉混合填料包括SnBi、SnBiAg、SnBiCu、SnIn和SnInBi各合金 焊粉中的任意一种或两种以上的混合物，焊粉的粒径为2~45 μ m。
[0013] 所述低熔点锡基焊粉混合填料中包括0. 5~10. 0%的高熔点金属粉末或合金粉 末；所述高恪点金属粉末或合金粉末包括微米级或纳米级镍粉、铜粉、银粉以及SnAgCu合 金和SnSb合金粉中的任意一种或两种以上的混合物。
[0014] 所述改性松香为双丙烯酸改性松香。
[0015] 所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和双环戊二烯-苯酚环氧 树脂中的任意一种或两种以上的混合物。
[0016] 所述固化剂为咪唑类固化剂二乙基四甲基咪唑、胺类固化剂双氰胺和酸酐类固化 剂中甲基四氢基邻苯酸酐的任意一种或两种以上的混合物。
[0017] 所述的封装倒置LED芯片用的锡基钎焊焊料，还包括以下按质量百分比计的组 分：促进剂N，N-二甲基苄胺0. 1~2. 0%和触变剂氢化蓖麻油0. 1~2. 0%。
[0018] -种基于权利要求1所述的封装倒置LED芯片用的锡基钎焊焊料之制备方法，包 括以下步骤：①环氧树脂与低熔点锡基焊粉混合填料混合后经真空搅拌5~30分钟，组成 A组分；②依次加入固化剂、改性松香后，在三辊研磨机内研磨至成为0~12 μ m颗粒膏状 物，搅拌0. 5~I. 0小时至物料均匀，组成B组分；上述步骤①②的先后顺序并不加以限制； ③取A组分和B组分混合，搅拌均匀，即得到所述封装倒置LED芯片用的锡胶。
[0019] 实施所述步骤②时，在加入固化剂和改性松香后，还依次加入促进剂和触变剂，在 三辊研磨机内研磨至成为0~12 μ m颗粒膏状物，组成B组分；所述促进剂为N，N-二甲基 苄胺；所述触变剂为氢化蓖麻油；按质量百分比计，所述促进剂和触变剂分别占总组分的 0· 1 ~2. 0%〇
[0020] 同现有技术相比较，本发明的有益效果是：1、本发明的锡基钎焊焊料具有冶金连 接性，在中低温完成焊接固化，可适用于倒装LED芯片的封装，可代替成本昂贵的导电银胶 及工艺复杂苛刻的固晶锡膏；2、本发明的锡基钎焊焊料即锡胶焊接后，环氧树脂完成固化， 形成热固性焊点，无残留物，解决了固晶锡膏助焊剂残留物的问题，且不影响光效；3、本发 明的锡基钎焊焊料焊接时所获得的焊点重熔温度高，达260Γ，低熔点锡基焊粉混合填料中 可含有的添加粉在焊接过程中与锡基焊粉中的Sn发生原位反应，形成熔点较高的金属间 化合物相，从而提高焊点的耐温度疲劳性和温度冲击性；4、本发明的锡基钎焊焊料即锡胶 为企业节约生产成本，特别是其中填料粒子为低熔点锡基焊粉混合粉，相对导电银胶中的 导电粒子为银或金，价格便宜很多；且无需氮气保护的多段回流焊设备及清洗设备，由于简 化了制造流程，相应的设备费用、人工费用、耗材费用等都会降低，生产效率得到明显提高。
[0021] 【【附图说明】】 图1为LED正装结构简图； 图2为LED倒装结构简图； 图3为LED正装工艺流程简图； 图4为LED倒装工艺流程简图； 图5为封装倒置LED芯片用的锡基钎焊焊料即锡胶的示意简图，图中所用的固化胶为 锡胶；图1至5中，标号1为