CN104183683A - 一种基于铝基复合材料基板的多芯片led封装方法 - Google Patents
一种基于铝基复合材料基板的多芯片led封装方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于铝基复合材料基板的多芯片LED封装方法。该方法以具有高导热性的铝基复合材料为基板，基板上生长一层铝膜，通过对衬底选择性阳极氧化，生成多孔型氧化铝层，然后通过薄膜工艺制作导体布线与电极焊区，再进行LED芯片的微组装与微互连，最后是透明外壳的封装。本发明解决了LED芯片的散热问题，热量可通过多孔型散热通道直接传到铝基复合材料衬底上散出，使得散热路径大幅缩短，散热效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于铝阳极氧化技术的多芯片LED封装方法，尤其是一种基于铝基复合材料基板的多芯片LED封装方法，属于LED封装领域。
背景技术
LED（Light Emitting Diode发光二极管）是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是确保发光芯片和电路间的电气和机械接触,并保护发光芯片不受机械、热、潮湿及其他外部影响，同时输出可见光，实现LED的光学特性，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。此外，随着LED向高光强、高功率发展，LED的散热问题日渐突出。一方面功率越做越大，LED封装结构也越来越复杂；另一方面，LED的体积越来越小，导致功率密度愈来愈大。因此，LED散热是LED封装必须解决的关键问题。
LED散热衬底是LED封装结构中连接内外散热通路的关键环节，兼有散热通道、电气连接和物理支撑的功能。金属基衬底具有高稳定性、高热导率、高强度与LED芯片相近的热膨胀系数等特点。常用的散热基板材料包括硅、金属（铝、铜）、陶瓷和复合材料等。其中，铝基衬底具有热导率高[238W/(m·K)]、成本低的优点，成为散热衬底的首选材料。但从国内外在LED封装中使用铝基衬底的实际情况可知，铝基板与LED芯片间存在热膨胀系数匹配问题，其他单一材料很多场合下也无法满足封装的需求，必须采用新的封装技术，寻找导热性能优良的封装材料，在结构和材料等方面对器件的热***进行优化设计。
铝基复合材料（如Al/SiC、Al-Si）通过调整复合材料的配比，将金属材料(Al) 的高导热性和增强体材料(SiC)的低热胀系数结合起来, 具有热导率高( > 150 W/ mK) 、热膨胀系数(CTE) 可调、比重小、强度和硬度高、制造成本低等优点，为此有必要开展基于铝基复合材料基板的多芯片LED封装方法的研究。目前没有发现国内有同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服上述技术的缺陷，满足LED芯片的散热的需要。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是，提出了一种基于铝基复合材料基板的多芯片LED封装方法，该方法不仅通过选择铝基复合材料使得其热膨胀系数与LED芯片相匹配，而且使得LED芯片散热路径大幅缩短，热量直接通过多孔型散热通道直接传到铝基复合材料衬底上散出，极大的提高了LED封装的散热性能。
为解决上述技术问题，本发明的基于铝基复合材料衬底的多芯片LED封装方法包括如下步骤：用化学或机械的方法对铝基复合材料进行表面抛光，清洗以去除表面油污和杂质，再在其表面蒸发一层铝膜；将沉积好所述铝膜的衬底进行掩膜光刻和电镀，然后进行选择性阳极氧化和腐蚀，使用作绝缘层的铝膜完全氧化成多孔型氧化铝层，以便热量通过其散出；在阳极氧化好的衬底表面溅射金属籽晶层，通过光刻、显影得到表面电极图形，然后通过电镀加厚所述表面电极图形，得到表面电极金属层，去除光刻胶和腐蚀籽晶层，获得大功率LED封装的表面导体布线和电极焊区；在所述衬底表面电极焊区进行LED的多芯片微组装与微互连，最后进行透明外壳的封装。
采用上述的封装方法，获得的所述衬底包括底层、中间层和表面层，底层为铝基复合材料，中间层为选择性多孔型氧化铝层，表面层为导电层，以导电线路的形式存在。
作为上述的封装方法的一种优选方案，所述的铝基复合材料可以为Al/SiC，所述导电层的制备过程采用了磁控溅射工艺、掩膜光刻工艺、电镀工艺和腐蚀，所述多孔型氧化铝层的制备过程采用了电子束蒸发工艺、掩膜光刻工艺、铝的阳极氧化工艺和腐蚀工艺。
作为上述的封装方法的进一步改进，所述铝的阳极氧化工艺中阳极氧化电解液可以为硫酸、磷酸或草酸。
作为本发明封装方法的一种优选方案，所述铝基复合材料表面上沉积的铝膜厚度为5～10μm。
总之，采用本发明的基于铝基复合材料基板的多芯片LED封装方法，保证了铝基复合材料基板的热匹配性，减少热应力的产生，在缩短多芯片LDE散热路径和提高散热效果的基础上，实现热量直接通过多孔型散热通道直接传到铝基复合材料衬底上散出；本发明直接在铝基复合材料衬底上加工即可形成，结构紧凑，同一衬底上即可实现LED的多芯片封装。
附图说明
图1为本发明实施方式的沉积铝膜步骤示意图；
图2为本发明实施方式的光刻步骤示意图；
图3为本发明实施方式的阳极氧化步骤示意图；
图4为本发明实施方式的去胶步骤示意图；
图5为本发明实施方式的腐蚀步骤示意图；
图6为本发明实施方式的薄膜布线步骤示意图；
图7为本发明实施方式的微组装与微互连步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明的第一种实施方式的铝基复合材料1选用Al-Si材料为基板，一般选用热膨胀系数为7.4×10-6/K ~16×10-6/K、热导率为120~177 W/m·K的Al-Si材料。
如图1所示，先将Al-Si材料用化学或机械的方法进行表面抛光，再清洗以去除表面油污和杂质，然后采用电子束蒸发的工艺，使其表面沉积一层铝膜2；
如图2至图6所示，将沉积好铝膜的衬底3进行掩膜光刻，使衬底上不需要阳极氧化的部分用光刻胶4保护起来；将光刻好的衬底放入5%的草酸溶液中进行多孔型氧化铝层阳极氧化，直至铝膜完全阳极氧化；然后去除光刻胶，并腐蚀掉未进行阳极氧化的铝膜，得到具有多孔型氧化铝层的衬底。
将阳极氧化好的衬底3放入磁控溅射仪，沉积TiW和Cu籽晶层，再通过光刻、显影得到表面导体布线图形；然后，通过电镀加厚得到表面导体金属层，最后去除光刻胶和腐蚀籽晶层，从而获得大功率LED封装的表面导体布线和电极焊区5；
如图7所示，在衬底3表面上的电极焊区5进行LED芯片6的微组装与微互连，然后封装透明外壳，完成LED芯片的多芯片封装。
本发明的第二种实施方式的铝基复合材料1选用Al-SiC为基板，一般选用热膨胀系数为9×10-6/K ~12×10-6/K、热导率为160~200 W/m·K的Al-SiC材料；
如图1所示，先将Al-SiC材料用化学或机械的方法进行表面抛光，再清洗以去除表面油污和杂质，然后采用电子束蒸发的工艺，使其表面沉积一层厚度为5～10μm铝膜2；
如图2至图6所示，将沉积好铝膜2的衬底3进行掩膜光刻，使衬底上不需要阳极氧化的部分用光刻胶4保护起来；将光刻好的衬底放入10%的硫酸溶液中进行多孔型氧化铝层阳极氧化，直至铝膜2完全阳极氧化。
将阳极氧化好的衬底3放入磁控溅射仪，沉积TiW和Cu籽晶层，再通过光刻、显影得到表面导体布线图形。然后，通过电镀Cu/Ni/Au加厚得到表面导体金属层，最后去除光刻胶和腐蚀籽晶层，从而获得大功率LED封装的表面导体布线和电极焊区5；
如图7所示，在衬底3表面上的电极焊区5进行LED芯片6的微组装与微互连，然后封装透明外壳，完成LED芯片的多芯片封装。
采用本发明的第二种实施方式，可以更可靠的实现铝基复合材料基板的多芯片LED封装，进一步改善其稳定性。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下进行各种改动和变形。
Claims (8)
1.一种基于铝基复合材料基板的多芯片LED封装方法,其特征在于，包括以下步骤：
用化学或机械的方法对铝基复合材料进行表面抛光，再在其表面蒸发一层铝膜；
将沉积好所述铝膜的衬底进行掩膜光刻，然后进行选择性阳极氧化，使用作绝缘层的铝膜完全氧化成多孔型氧化铝层；
在阳极氧化好的衬底表面溅射金属籽晶层，通过光刻、显影得到表面电极图形，然后通过电镀加厚所述表面电极图形，得到表面电极金属层，去除光刻胶和腐蚀籽晶层，获得大功率LED封装的表面导体布线和电极焊区；
在所述衬底表面电极焊区进行LED的多芯片微组装与微互连，最后进行透明外壳的封装。
2.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于：使用该方法获得的所述衬底包括底层、中间层和表面层，底层为铝基复合材料，中间层为选择性多孔型氧化铝层，表面层为导电层，以导电线路的形式存在。
3.如权利要求2所述的封装方法，其特征在于：所述的铝基复合材料可以为Al/SiC或Al-Si。
4.如权利要求2所述的封装方法，其特征在于：所述导电层的制备过程采用了磁控溅射工艺、掩膜光刻工艺、电镀工艺和腐蚀工艺。
5.如权利要求2所述的封装方法，其特征在于：所述多孔型氧化铝层的制备过程采用了电子束蒸发工艺、掩膜光刻工艺、铝的阳极氧化工艺和腐蚀工艺。
6.如权利要求5所述的封装方法，其特征在于：所述铝的阳极氧化工艺中阳极氧化电解液为酸性溶液。
7.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于：所述酸性溶液可以为硫酸、磷酸或草酸。
8.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于：所述铝基复合材料表面上沉积的铝膜厚度为5～10μm。
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