封裝倒置led芯片用的錫基釬焊焊料及其制備方法
【專利說明】封裝倒置LED芯片用的錫基釬焊焊料及其制備方法
[0001] 【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明涉及用于釬焊的焊料，特別是涉及以材料組份和性質(zhì)為特點的錫基焊料及其制 備方法，尤其涉及用于封裝倒置LED芯片或封裝其他集成電路芯片用的錫基膏狀釬焊焊料 -錫膠。
[0002] 【【背景技術(shù)】】 LED是21世紀(jì)的照明新光源，它具有光效高，發(fā)熱量少，工作電壓低，耗電量小，體積小 等優(yōu)點，可平面封裝，易于開發(fā)輕薄型產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)堅固且壽命很長等優(yōu)點。LED光源本身不含 汞、鉛等有害物質(zhì)，無紅外和紫外射線污染，不會在生產(chǎn)和使用中污染環(huán)境。因此，無論從節(jié) 約電能、降低溫室氣體排放的角度，還是從減少環(huán)境污染的角度，發(fā)展LED作為新型照明光 源替代傳統(tǒng)的照明燈具將是大勢所趨。
[0003] 如圖1所示為傳統(tǒng)的LED正裝結(jié)構(gòu)簡圖，圖2是倒裝結(jié)構(gòu)簡圖，從兩者的對比可 知，傳統(tǒng)的LED產(chǎn)業(yè)采用正裝的引線鍵合技術(shù)將電極和凸點連接，實現(xiàn)芯片的導(dǎo)通，然后通 過導(dǎo)電銀漿將芯片和基板連接，最后實現(xiàn)電路互聯(lián)的工藝過程。如圖3所示為傳統(tǒng)的LED 正裝工藝流程簡圖，包括點膠、貼片、燒結(jié)、焊線、封裝和固化等多個步驟。LED正裝技術(shù)工藝 比較復(fù)雜，采用引線鍵合技術(shù)其合金線材料成本高，工藝繁雜，將芯片和基板連接過程需要 導(dǎo)電銀漿粘接劑即導(dǎo)電銀膠，導(dǎo)電銀膠對工藝的要求非常精確，而且銀粉成本高昂，工藝制 程不易控制，這也是導(dǎo)致市場上LED芯片價格居高不下的主要因素。
[0004] 近年來，以倒裝LED芯片技術(shù)為代表的覆晶技術(shù)，正在越來越多引起LED行業(yè)的高 度關(guān)注，LED覆晶技術(shù)正在逐步摒棄傳統(tǒng)的引線鍵合技術(shù)，如圖2所示，該技術(shù)主要工藝是 在LED電極上采用凸點電極蒸鍍技術(shù)等將電極和芯片焊盤基板融為一體，省去了固晶等工 藝環(huán)節(jié)，取而代之的是采用現(xiàn)代SMT，即表面組裝技術(shù)進(jìn)行LED貼片和回流。如圖4 LED倒 裝工藝流程簡圖，包括點膠、貼片和固化這三個步驟。
[0005] LED倒裝技術(shù)的出現(xiàn)，對新型連接材料的需求擺在封裝企業(yè)的面前，傳統(tǒng)的LED產(chǎn) 業(yè)以導(dǎo)電銀膠為連接材料。經(jīng)LED點膠、固晶后，再送進(jìn)電熱風(fēng)爐烘烤這樣的工藝已經(jīng)趨于 成熟和完善，在轉(zhuǎn)型向LED倒裝技術(shù)后，由于現(xiàn)用的固晶錫膏熔融固化需采用類似SMT的回 流工藝，企業(yè)面臨著高昂的新設(shè)備采購壓力，先前的電熱風(fēng)烤箱工藝設(shè)備面臨著被淘汰的 風(fēng)險，如何能夠以最低的成本實現(xiàn)新的倒裝工藝，是擺在LED行業(yè)面前的頭等難題。
[0006] LED芯片封裝用的導(dǎo)電膠通常是由高純度的金屬微粒填料、粘合劑、溶劑和助劑所 組成的一種機(jī)械混合物的粘稠狀膠料，導(dǎo)電膠對其組成物質(zhì)要求十分嚴(yán)格，其品質(zhì)的高低、 各組分含量多少、及組分物質(zhì)的形狀、大小對導(dǎo)電膠的性能都有著密切的關(guān)系。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)固晶錫膏中有將熱固性樹脂加入助焊劑中，以使制得的固晶錫膏具有焊 接和固化效果，但其焊接時，須先經(jīng)過150~180°C預(yù)熱，然后在200~300°C焊接，其焊接 溫度必須達(dá)到250~300°C，焊接固化溫度較高，對基板的要求自然也較高。因焊接溫度高 于240度，不適用于LED芯片封裝。固晶錫膏中助焊劑，助焊劑焊接后的殘留物會影響LED 的光效。
[0008] 針對上述焊接固化溫度高的問題，現(xiàn)有技術(shù)有使用低熔點SnBi合金粉末與含熱 固性樹脂的熔劑形成的焊接組合物，但在固化后，所用金屬熔點低，在后續(xù)組裝成燈具的工 藝中易熔化而影響組裝連接強(qiáng)度。
[0009] 為獲得焊接固化溫度低且焊接強(qiáng)度等同于現(xiàn)有技術(shù)的錫膏、同時并擺脫對金銀 等貴金屬的依賴，本發(fā)明涉及具有導(dǎo)電導(dǎo)熱功能的錫基釬焊焊料俗稱錫膠，代替了價格高 昂的導(dǎo)電銀膠，以及工藝苛刻的固晶錫膏，為企業(yè)減少了成本，推動了 LED照明的大眾普及 率，對促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級有重要的意義。
[0010] 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免現(xiàn)有技術(shù)固晶錫膏焊接溫度高、有焊接殘留物以 及導(dǎo)電銀膠成本高的不足之處，而提供一種封裝倒置LED芯片的錫基釬焊焊料及其制備方 法。
[0011] 解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種封裝倒置LED芯片用的錫基釬焊焊 料一錫膠，包括以下按質(zhì)量百分比計量的組分：環(huán)氧樹脂5. 0~25. 0%、低熔點錫基焊粉混 合填料70. 0~90. 0%、改性松香0. 5~10. 0%和固化劑I. 0~15. 0%。
[0012] 所述低熔點錫基焊粉混合填料包括SnBi、SnBiAg、SnBiCu、SnIn和SnInBi各合金 焊粉中的任意一種或兩種以上的混合物，焊粉的粒徑為2~45 μ m。
[0013] 所述低熔點錫基焊粉混合填料中包括0. 5~10. 0%的高熔點金屬粉末或合金粉 末；所述高恪點金屬粉末或合金粉末包括微米級或納米級鎳粉、銅粉、銀粉以及SnAgCu合 金和SnSb合金粉中的任意一種或兩種以上的混合物。
[0014] 所述改性松香為雙丙烯酸改性松香。
[0015] 所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂和雙環(huán)戊二烯-苯酚環(huán)氧 樹脂中的任意一種或兩種以上的混合物。
[0016] 所述固化劑為咪唑類固化劑二乙基四甲基咪唑、胺類固化劑雙氰胺和酸酐類固化 劑中甲基四氫基鄰苯酸酐的任意一種或兩種以上的混合物。
[0017] 所述的封裝倒置LED芯片用的錫基釬焊焊料，還包括以下按質(zhì)量百分比計的組 分：促進(jìn)劑N，N-二甲基芐胺0. 1~2. 0%和觸變劑氫化蓖麻油0. 1~2. 0%。
[0018] -種基于權(quán)利要求1所述的封裝倒置LED芯片用的錫基釬焊焊料之制備方法，包 括以下步驟：①環(huán)氧樹脂與低熔點錫基焊粉混合填料混合后經(jīng)真空攪拌5~30分鐘，組成 A組分；②依次加入固化劑、改性松香后，在三輥研磨機(jī)內(nèi)研磨至成為0~12 μ m顆粒膏狀 物，攪拌0. 5~I. 0小時至物料均勻，組成B組分；上述步驟①②的先后順序并不加以限制； ③取A組分和B組分混合，攪拌均勻，即得到所述封裝倒置LED芯片用的錫膠。
[0019] 實施所述步驟②時，在加入固化劑和改性松香后，還依次加入促進(jìn)劑和觸變劑，在 三輥研磨機(jī)內(nèi)研磨至成為0~12 μ m顆粒膏狀物，組成B組分；所述促進(jìn)劑為N，N-二甲基 芐胺；所述觸變劑為氫化蓖麻油；按質(zhì)量百分比計，所述促進(jìn)劑和觸變劑分別占總組分的 0· 1 ~2. 0%〇
[0020] 同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明的錫基釬焊焊料具有冶金連 接性，在中低溫完成焊接固化，可適用于倒裝LED芯片的封裝，可代替成本昂貴的導(dǎo)電銀膠 及工藝復(fù)雜苛刻的固晶錫膏；2、本發(fā)明的錫基釬焊焊料即錫膠焊接后，環(huán)氧樹脂完成固化， 形成熱固性焊點，無殘留物，解決了固晶錫膏助焊劑殘留物的問題，且不影響光效；3、本發(fā) 明的錫基釬焊焊料焊接時所獲得的焊點重熔溫度高，達(dá)260Γ，低熔點錫基焊粉混合填料中 可含有的添加粉在焊接過程中與錫基焊粉中的Sn發(fā)生原位反應(yīng)，形成熔點較高的金屬間 化合物相，從而提高焊點的耐溫度疲勞性和溫度沖擊性；4、本發(fā)明的錫基釬焊焊料即錫膠 為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，特別是其中填料粒子為低熔點錫基焊粉混合粉，相對導(dǎo)電銀膠中的 導(dǎo)電粒子為銀或金，價格便宜很多；且無需氮氣保護(hù)的多段回流焊設(shè)備及清洗設(shè)備，由于簡 化了制造流程，相應(yīng)的設(shè)備費用、人工費用、耗材費用等都會降低，生產(chǎn)效率得到明顯提高。
[0021] 【【附圖說明】】 圖1為LED正裝結(jié)構(gòu)簡圖； 圖2為LED倒裝結(jié)構(gòu)簡圖； 圖3為LED正裝工藝流程簡圖； 圖4為LED倒裝工藝流程簡圖； 圖5為封裝倒置LED芯片用的錫基釬焊焊料即錫膠的示意簡圖，圖中所用的固化膠為 錫膠；圖1至5中，標(biāo)號1為