帶凹杯led氮化鋁陶瓷支架的製備方法
2023-07-23 09:50:41
專利名稱：帶凹杯led氮化鋁陶瓷支架的製備方法
技術領域：
本發明涉及LED支架領域技術，尤指一種可獲得具有高導熱性、高布線精度的帶凹杯氮化鋁陶瓷支架的製備方法。
背景技術：
LED支架是一種底座電子元件，是LED封裝的重要元件之一，主要為LED晶片及其相互聯線提供機械承載、支撐、氣密性保護和促進LED器件散熱等功能。近年來，隨著半導體材料和封裝工藝的完善、光通量和出光效率的提高，功率型LED已在城市景觀、交通標誌、IXD背光源、汽車照明、廣告牌等特殊照明領域得到應用，並向普通照明市場邁進。然而，隨著LED晶片輸入功率的不斷提高，大耗散功率帶來的大發熱量及要求高的出光效率給LED支架提出了更新、更高的要求。對高功率LED產品來講，其晶片支架要求具有高電絕緣性、高穩定性、高導熱性及與晶片匹配的熱膨脹係數(CTE)、平整性和較高的強度。陶瓷材料具有高的導熱係數、與LED晶片相近的熱膨脹係數、高耐熱及抗紫外輻射等特點，能有效地解決熱歪斜及黃化問題，應用於LED支架極具競爭力。採用低溫共燒技術製備的LTCC陶瓷支架在LED產業中已經被使用，但LTCC為了降低燒結溫度，於材料中加入了玻璃材料，使整體的熱傳導率降低至2 3W/mK之間。再者，LTCC使用網印方式印製線路，使線路本身具有線徑寬度不夠精細、以及網版張網問題，導致線路精準度不足、表面平整度不佳等現象，加上多層疊壓燒結又有基板收縮比例的問題要考量，並不符合高功率小尺寸的需求。基於薄膜技術開發的直接鍍銅陶瓷板(DPC)部分解決了上述問題，其工藝為在高導熱的氧化鋁陶瓷板上採用真空濺鍍方式鍍上薄銅，再以黃光微影工藝完成導電線路布置。薄膜法具備了線路高精準度與高表面平整度的特性，在微電子封裝尤其是高功率、小尺寸LED陶瓷封裝中得到了應用。薄膜法採用的黃光微影技術都只能在平板上進行布線，其工藝局限性使得它們無法在帶凹杯的立體結構氮化鋁陶瓷表面布置精細的立體線路，而平板型陶瓷支架對封裝技術要求極高，封裝設備也非常昂貴；此外，黃光微影中顯影等溼法製程會引起氮化鋁陶瓷的氧化和水解，導致導熱係數嚴重下降。以上問題嚴重阻礙了其在大功率LED封裝領域的應用與發展。因此，開發出同時具有高導熱性、高布線精度的帶凹杯氮化鋁陶瓷支架將極大促進高功率LED在照明領域的應用和推廣。
發明內容
有鑑於此，本發明針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的製備方法，能有效解決現有LED支架無法兼顧採用帶凹杯結構形式及高導熱氮化鋁陶瓷材料的問題。為實現上述目的，本發明採用如下之技術方案:
一種帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的製備方法，包括以下步驟:
(1)清洗，對帶凹杯氮化鋁陶瓷片進行清洗，去除陶瓷片表面的雜質和沾汙；
(2)真空濺鍍，以真空濺鍍方式在帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面依序形成一鈦層以及一銅層；
(3)雷射布線，利用雷射在鍍膜後的帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面有選擇地去除部分金屬層，形成細微立體的線路圖案；
(4)電鍍加厚，在成形的立體線路圖案上電鍍銅加厚，形成銅線路；
(5)化學蝕刻，採用化學蝕刻方式去除氮化鋁陶瓷表面除銅線路以外的鈦層及銅層，在帶凹杯氮化鋁陶瓷片上獲得細微立體導電線路層；
作為一種優選方案，所述帶凹杯陶瓷片的主要成分為具有高導熱係數的氮化鋁陶瓷。作為一種優選方案，步驟(2)中真空濺鍍所形成的該鈦層厚度為0.02 0.1 y m ;銅層厚度為0.5 1.0 ii m。作為一種優選方案，進一步包括有以下步驟:
(7)鍍鎳，在前述陶瓷基板和銅線路的表面鍍上鎳層；
(8)鍍金/銀，在前述鎳層的表面鍍上金層或者銀層。本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知:
由於採用具有高導熱係數氮化鋁陶瓷作為基材，故而散熱性好；由於採用真空濺鍍進行表面金屬化，並配合濺鍍合適厚度的鈦層和銅層，因此各金屬層附著力高；由於採用高精密度雷射加工技術對氮化鋁陶瓷表面線路輪廓處的金屬進行有選擇的去除，故可在氮化鋁陶瓷凹杯內形成細微立體的導電線路，更可減少顯影等溼法製程中氮化鋁陶瓷的氧化及水解等問題；由於採用電鍍技術加厚，因此線路層表面平整光滑；由於採用帶凹杯的結構形式，因此對封裝設備和技術要求簡單。本發明製備方法重複性好，成本低，產品結構精細，散熱性好，布線精度高，可實現LED裸晶的直接貼裝，產品在大功率LED封裝領域具有廣闊的應用前景。為更清楚地闡述本發明的結構特徵和功效，下面結合附圖與具體實施例來對本發明進行詳細說明:
圖1是本發明之較佳實施例的工藝流程 圖2是本發明之較佳實施例的產品結構立體 圖3是本發明之較佳實施例中製作過程的第一狀態示意 圖4是本發明之較佳實施例中製作過程的第二狀態示意 圖5是本發明之較佳實施例中製作過程的第三狀態示意 圖6是本發明之較佳實施例中製作過程的第四狀態示意 圖7是本發明之較佳實施例中製作過程的第五狀態示意 圖8是本發明之較佳實施例中製作過程的第六、七狀態示意圖。附圖標識說明:
10、帶凹杯氮化鋁陶瓷片20、銅線路
30、欽層40、鎮層
50、金層或銀層201、銅層。
具體實施例方式請參照圖1至圖8所示，其顯示出了本發明之較佳實施例的具體結構，包括有帶凹杯氮化鋁陶瓷片10以及設置於帶凹杯氮化鋁陶瓷片10上的銅線路20。如圖2所示，該帶凹杯氮化鋁陶瓷片10的主要成分為具有高導熱係數的氮化鋁(A1N)，符合高功率密度電子封裝器件散熱性的要求。該銅線路20與帶凹杯氮化鋁陶瓷片10之間設置有鈦層30，該鈦層30將銅線路20與帶凹杯氮化鋁陶瓷片10粘結在一起，該鈦層30的厚度為0.02 0.1 ii m ;以及，該銅線路20的表面鍍有鎳層40，該鎳層40的表面上鍍有金層或銀層50。詳述本實施例帶凹杯LED陶瓷支架的製作過程，包括有清洗；真空濺鍍；雷射布線；電鍍加厚；化學蝕刻；鍍鎳；鍍金/銀等步驟，具體如下:
(1)清洗，如圖3所示，對立體成形帶凹杯氮化鋁陶瓷片10進行清洗，以去除陶瓷表面的雜質和沾汙；
(2)真空濺鍍，如圖4所示，以真空濺鍍方式在帶帶凹杯氮化鋁陶瓷片10表面依序形成一鈦層30以及一銅層201 ;該鈦層30的厚度為0.02 0.1 ii m，濺鍍所形成的銅層201厚度為0.5 1.0 y m ;在磁控濺射過程中，如果鈦層30和銅層201過薄，附著力將下降；但如果增加鈦層30和銅層201厚度，濺射時間將延長，生產效率將下降；此外，雷射布線時無法將線路輪廓處的金屬層去除乾淨，造成線路短路等不良。(3)雷射布線，如圖5所示，利用雷射在鍍膜後的帶凹杯氮化鋁陶瓷片10表面有選擇地去除部分金屬鈦層30和銅層201，細微的雷射束根據軟體中輸入的圖案數據沿帶凹杯氮化鋁陶瓷片10表面起伏，去除線路輪廓處的金屬鈦層30和銅層201，形成細微立體的線路圖案；通過修改軟體中的圖案數據就可以實現線路的改變。(4)電鍍加厚，如圖6所示，在成形的立體線路圖案上電鍍銅加厚，形成銅線路20 ；由於銅線路20輪廓處的金屬層被雷射去除，銅線路20之外的金屬鈦層30和銅層201因斷路而保持原來厚度。(5)化學蝕刻，如圖1所示，採用化學蝕刻方式去除帶凹杯陶瓷片10除銅線路20以外的鈦層30及銅層201。(6)鍍鎳，在前述銅線路20的表面鍍上鎳層40，該鎳層40是為避免銅線路20中的銅離子遷移至後續形成的金層或者銀層50中。(7)鍍金/銀，是於前述銅線路20的表面再鍍上金層或者銀層50，此時帶凹杯氮化鋁陶瓷支架將符合高功率LED封裝的要求。經過上述步驟後製得的帶凹杯LED陶瓷支架至少具備以下優點:
1、兼顧帶凹杯立體結構及高導熱陶瓷材質:現通過前述雷射布線步驟採用具有微米級光斑直徑的雷射束沿帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面進行高精密度加工，使得以往在高導熱陶瓷基材上難以實現的細微立體布線成為可能。2、線路光滑平整，結合力強:現通過前述電鍍加厚及化學蝕刻步驟形成的線路表面光滑平整，結合高度的電路密集性，可實現穩定的LED裸晶封裝和打線貼合；另外，通過清洗和濺鍍厚度為0.02 0.1 U m鈦過渡層，使得線路與陶瓷表面的結合力更強，產品的使用性能更佳。3、具高導熱效率及電氣特性:由於本發明在氮化鋁陶瓷表面以電鍍方式形成適當厚度的銅線路，電傳導效率佳，而銅線路層本身具有理想的導熱效果，因此具備理想的導電性、散熱性以及穩定的物理特性。4、線路製作方便快捷、成本低:由於本發明通過高精密度雷射加工技術實現細微立體圖案，再以電鍍方式直接形成適當厚度的銅線路，只需通過修改軟體中的數據就可以方便地更改線路圖，因此線路製作方便快捷，工序簡單，有效縮短了製造周期，降低製造成本。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明的技術範圍作任何限制，故凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的製備方法，其特徵在於:包括以下步驟: (1)清洗，對帶凹杯氮化鋁陶瓷片進行清洗，去除陶瓷片表面的雜質和沾汙； (2)真空濺鍍，以真空濺鍍方式在帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面依序形成一鈦層以及一銅層； (3)雷射布線，利用雷射在鍍膜後的帶凹杯氮化鋁陶瓷片表面有選擇地去除部分金屬層，形成細微立體的線路圖案； (4)電鍍加厚，在成形的立體線路圖案上電鍍銅加厚，形成銅線路； (5)化學蝕刻，採用化學蝕刻方式去除氮化鋁陶瓷表面除銅線路以外的鈦層及銅層，在帶凹杯氮化鋁陶瓷片上獲得細微立體導電線路層； 根據權利要求1所述的帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的製備方法，其特徵在於:所述帶凹杯陶瓷片的主要成分為具有高導熱係數的氮化鋁陶瓷。
2.根據權利要求1所述的帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的製備方法，其特徵在於:步驟(2)中真空濺鍍所形成的該鈦層厚度為0.02 0.1 ii m ;銅層厚度為0.5 1.0 ii m。
3.根據權利要求1所述的帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的製備方法，其特徵在於:進一步包括有以下步驟: (7)鍍鎳，在前述陶瓷基板和銅線路的表面鍍上鎳層； (8)鍍金/銀，在前述鎳層的表面鍍上金層或者銀層。
全文摘要
本發明公開一種帶凹杯LED氮化鋁陶瓷支架的製備方法，主要包含超聲清洗、真空鍍膜、雷射布線、電鍍加厚、化學蝕刻、鍍鎳及鍍金/銀等步驟。由於採用具有高導熱係數的氮化鋁陶瓷作為基材，故散熱性好；由於採用真空濺鍍進行表面金屬化，並配合濺鍍合適厚度的鈦層和銅層，因此各金屬層附著力高；由於採用高精密度雷射加工技術對陶瓷金屬化部分進行有選擇的去除，故可在陶瓷凹杯內形成細微立體的導電線路；由於採用電鍍技術加厚，因此線路層表面平整光滑；由於採用帶凹杯的結構形式，因此對封裝設備和技術要求簡單。本發明重複性好，成本低，產品結構精細，散熱性好，布線精度高，可實現LED裸晶的直接貼裝，產品在大功率LED封裝領域具有廣闊的應用前景。
文檔編號H01L33/62GK103208577SQ201310082908
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者吳朝暉, 劉浩, 李傑民, 廖秋榮 申請人:東莞市凱昶德電子科技股份有限公司, 深圳市泓亞光電子有限公司