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深圳普朗克光电分享UVCLED封装研究——粘结材料

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深圳普朗克光电分享UVCLED封装研究——粘结材料

发布日期:2020-04-25 作者:PLK 点击:

目前LED 光电转换效率较低, 70%甚至更高的电能要转换成热量。分析LED 器件结构和材料组成, 发现由于LED 封装结构和封装材料的影响,芯片侧表面和上表面的散热能力极差。因此, LED产生的热量绝大部分是通过热传导的方式传到芯片底部的热沉再以热对流的方式耗散掉。正装芯片与倒装芯片的散热结构都有一个粘结层,从表中可以明显看出在所有传热结构中粘结剂的导热系数最小, 所以粘结层对芯片、器件的散热影响最为严重。

 

        

       

封装材料导热系数

导热胶

环氧树脂和有机硅作为聚合物本身散热性能较差, 导热胶是在基体内部加入一些高导热系数的填料SiCAlNAl2O3 SiO2从而提高其导热能力。导热胶的优点是价格低廉, 具有绝缘性能,工艺简单, 控制也没有银浆那么严格但导热性普遍较差。

导电银浆

导电银浆是将银粉加入环氧树脂中形成的一种复合材料, 粘贴的硬化温度一般低于200 具有良好的导热特性、粘结性能可靠等优点但银浆对光的吸收比较大, 导致光效下降。同样条件下银浆与导热胶相比初始光通量会相差较多。小功率LED 芯片发热量少所以通过导电银浆作为粘结层完全可以满足散热性好、寿命长及可靠性高的要求。 

合金焊料

大功率LED 芯片由于发热较多所以对粘结剂的要求更为严格。一般粘结剂如导热胶、导电银浆都无法满足要求只能考虑硬钎料最为常用的钎料有三种: Au-SnAu-GeAu-Si 。LED 对高温比较敏感共晶键合温度分别为361 ℃、363℃的Au-Ge Au-Si不合适, Au-Sn的共晶温度只有280 完全适合做大功率LED 芯片的粘结材料。为克服传统工艺键合层产生的大量空洞Si 芯片Au-Sn共晶键合实验工艺在LED上实现见图1) 

 

1 Si芯片键合

首先将Ti Cr 以及Au-Sn等相关金属层镀在Al 基板上, 430 ℃下通过回流焊使基板上的金属成为均匀的Au80Sn20合金组织然后再在320 ℃条件下通过共晶焊将芯片键合到Al 基板的Au-Sn合金层上。对键合器件进行破坏实验得知, 芯片先于键合层断裂从而在大功率LED的键合上可以在满足散热(Au2Sn 热导率57 W/mK) 的基础上满足键合强度的要求。

 

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