專利名稱：Led陶瓷支架及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED支架領(lǐng) 域技術(shù)，尤其是指一種LED陶瓷支架及其制備方法。
背景技術(shù)：
LED (Light Emitting Diode)是發(fā)光二級管的簡稱,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，其核心是LED芯片，由P型和N型半導(dǎo)體材料構(gòu)成PN結(jié)，通過電子和空穴在PN結(jié)內(nèi)的復(fù)合，將電能轉(zhuǎn)化為光。與自熾燈和熒光燈相比，LED以其體積小，全固態(tài)，長壽命，環(huán)保，省電等一系列優(yōu)點，已廣泛用于通用照明，汽車照明、扮飾照明、電話閃光燈、大中尺寸顯示屏光源模塊中，被公眾廣泛認(rèn)可為繼白熾燈、氣體放電燈之后的第三代革命性照明光源。LED芯片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芯片及其相互聯(lián)線提供機(jī)械承載、支撐、氣密性保護(hù)和促進(jìn)LED器件散熱等功能。近年來，隨著半導(dǎo)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(biāo)志、IXD背光源、汽車照明、廣告牌等特殊照明領(lǐng)域得到應(yīng)用，并向普通照明市場邁進(jìn)。然而，隨著LED芯片輸入功率的不斷提高，大耗散功率帶來的大發(fā)熱量及要求高的出光效率給LED芯片支架提出了更新、更高的要求。對高功率LED產(chǎn)品來講，其芯片支架要求具有高電絕緣性、高穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性及與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)、平整性和較高的強(qiáng)度。傳統(tǒng)上最常用作LED芯片支架的有FR4印刷電路板(PCB)、金屬芯印刷電路板 (MCPCB)及貼片式PPA支架。PCB板和PPA支架的熱傳導(dǎo)率約在O. 3ff/ (m -K)左右、熱膨脹系數(shù)約在13 17ppm/K。其優(yōu)點是技術(shù)相對成熟，成本低廉，缺點是熱性能較差，一般只能應(yīng)用于傳統(tǒng)的低功率LED。MCPCB板是將熱導(dǎo)系數(shù)相對高的金屬(如鋁、銅)裝進(jìn)PCB板內(nèi)， 以此來強(qiáng)化散熱效果。但MCPCB板中絕緣層導(dǎo)熱系數(shù)極低，因此絕緣層成為該結(jié)構(gòu)基板的散熱瓶頸，影響整個基板的散熱效果，使得整體的熱導(dǎo)率也只為I 2. 2 W/(m · K);同時由于絕緣層的存在，使得其無法承受高溫焊接，從而影響了封裝工藝的實施，限制了封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，因此不利于LED散熱。陶瓷材料具有高的導(dǎo)熱系數(shù)、與LED芯片相近的熱膨脹系數(shù)、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(yīng)用于LED支架極具競爭力。采用低溫共燒技術(shù)制備的LTCC陶瓷支架在LED產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)被使用，但LTCC為了降低燒結(jié)溫度，于材料中加入了玻璃材料，使整體的熱傳導(dǎo)率降低至2 3W/mK之間。再者，LTCC使用網(wǎng)印方式印制線路，使線路本身具有線徑寬度不夠精細(xì)、以及網(wǎng)版張網(wǎng)問題，導(dǎo)致線路精準(zhǔn)度不足、表面平整度不佳等現(xiàn)象，加上多層疊壓燒結(jié)又有基板收縮比例的問題要考量，并不符合高功率小尺寸的需求。因此，開發(fā)出同時具有高散熱性、高布線精度的LED陶瓷支架將極大促進(jìn)高功率LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種LED陶瓷支架及其制備方法，其能有效解決現(xiàn)有之LED支架散熱能力不足和布線精度不高等問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案
一種LED陶瓷支架，包括有陶瓷基板以及設(shè)置于陶瓷基板上的銅線路；該陶瓷基板上設(shè)置有通孔，該銅線路穿過該通孔，銅線路的上下兩端分別延伸并露出陶瓷基板的上下表面，銅線路與陶瓷基板之間設(shè)置有鈦層，該鈦層的厚度為O. 05 O. 2 μ m。作為一種優(yōu)選方案，所述陶瓷基板的主要成分為氧化鋁，氧化鋁的質(zhì)量百分含量大于95%。作為一種優(yōu)選方案，所述陶瓷基板和銅線路的上下表面均鍍有鎳層，該鎳層的表面上鍍有金層或銀層。作為一種優(yōu)選方案,所述金層或銀層的厚度為5 10 μ m。一種LED陶瓷支架的制備方法，包括以下步驟
(O打孔，在陶瓷基板上進(jìn)行打孔而形成通孔，為LED陶瓷支架的導(dǎo)電連接作前處理；
(2)超聲波清洗，對打孔后的陶瓷基板進(jìn)行超聲波清洗，然后烘干，去除陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁面上的雜質(zhì)和沾污；
(3)離子源蝕刻，對超聲波清洗后的陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁面進(jìn)行線性離子源蝕刻處理；
(4)磁控濺鍍，以真空磁控濺鍍方式在離子源蝕刻后的陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁面上依序形成一鈦層以及一銅層，該鈦層的厚度為O. 05 O. 2 μ m ;
(5)化學(xué)沉銅，利用化學(xué)沉銅消除前述步驟(4)中陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁上不具有導(dǎo)電作用的氣孔或者氣泡，使陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁面能夠完全地導(dǎo)通；
(6)貼干膜、曝光、顯影，在沉銅后的陶瓷基板上貼干膜，然后利用光罩于陶瓷基板的表面上進(jìn)行曝光、顯影處理，以獲得線路圖案；
(7)電鍍加厚，在陶瓷基板的線路圖案上電鍍銅加厚，并填充前述通孔而形成銅線路；
(8)鍍錫，在銅線路表層鍍錫，以保護(hù)銅線路不被蝕刻掉；
(9)去干膜，去除陶瓷基板表面上殘留的干膜；
(10)去鈦、銅層，利用蝕刻方式去除陶瓷基板表面除銅線路以外的鈦層及銅層；
(11)去錫，去除銅線路表層的錫層。作為一種優(yōu)選方案，所述陶瓷基板的主要成分為氧化鋁，氧化鋁的質(zhì)量百分含量大于95%。作為一種優(yōu)選方案，步驟(4)中濺鍍所形成的銅層厚度為O. 5 2. O μ m。作為一種優(yōu)選方案，步驟(5)中化學(xué)沉銅的厚度為2 5 μ m。作為一種優(yōu)選方案，進(jìn)一步包括有以下步驟
(12)鍍鎳，在前述陶瓷基板和銅線路的表面鍍上鎳層；
(13)鍍金/銀，在前述鎳層的表面鍍上金層或者銀層。作為一種優(yōu)選方案，步驟(13)中鍍金層或者銀層的厚度為5 ΙΟμπι。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知
由于采用導(dǎo)熱系數(shù)大于20W/m ·Κ的Al2O3陶瓷作為基材，故而散熱性好；由于采用超聲波對陶瓷基板進(jìn)行清洗，用離子源對陶瓷基板進(jìn)行表面蝕刻及磁控濺射進(jìn)行表面金屬化，并配合濺鍍合適厚度的鈦層，因此各金屬層附著力高；由于以曝光、顯影及蝕刻方式形成導(dǎo)電線路，故可使線路細(xì)直平整；本發(fā)明制備方法重復(fù)性好，成本低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)精細(xì)，散熱性好，布線精度高，產(chǎn)品可直接用作精密型高功率LED芯片支架。為更清楚地闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實施例來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖I是本發(fā)明之較佳實施例的工藝流程圖2是本發(fā)明之較佳實施例中制作過程的第一狀態(tài)示意圖3是本發(fā)明之較佳實施例中制作過程的第二狀態(tài)示意圖4是本發(fā)明之較佳實施例中制作過程的第三狀態(tài)示意圖5是本發(fā)明之較佳實施例中制作過程的第四狀態(tài)示意圖； 圖6是本發(fā)明之較佳實施例中制作過程的第五狀態(tài)示意圖7是本發(fā)明之較佳實施例中制作過程的第六狀態(tài)示意圖8是本發(fā)明之較佳實施例中制作過程的第七狀態(tài)示意圖9是圖8中A位置處的放大示意圖。附圖標(biāo)識說明
10、陶瓷基板11、通孔
20、銅線路30、鈦層
40、鎮(zhèn)層50、金層或銀層
101、銅層102、化學(xué)沉銅
103、干膜104、光罩
105、錫層。
具體實施例方式請參照圖I至圖9所示，其顯示出了本發(fā)明之較佳實施例的具體結(jié)構(gòu)，包括有陶瓷基板10以及設(shè)置于陶瓷基板10上的銅線路20。如圖9所示，該陶瓷基板10上設(shè)置有通孔11，該陶瓷基板10的主要成分為氧化鋁 (Al2O3),氧化招(Al2O3)的質(zhì)量百分含量大于95%,質(zhì)量百分含量大于95%的Al2O3陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)大于20W/m · K，符合高功率LED支架散熱性的要求。該銅線路20穿過該通孔11，銅線路20的上下兩端分別延伸并露出陶瓷基板10的上下表面，銅線路20與陶瓷基板10之間設(shè)置有鈦層30，該鈦層30將銅線路20與陶瓷基板 10粘結(jié)在一起，該鈦層30的厚度為O. 05 O. 2 μ m ;以及，該陶瓷基板10和銅線路20的上下表面均鍍有鎳層40，該鎳層40的表面上鍍有金層或銀層50，該金層或銀層50的厚度為 5 10 μ m0詳述本實施例LED陶瓷支架的制作過程，包括有打孔；超聲波清洗；離子源蝕刻； 磁控濺鍍；化學(xué)沉銅；貼干膜、曝光、顯影；電鍍加厚；鍍錫；去干膜；去鈦、銅層；去錫；鍍鎳；鍍金/銀等步驟，具體如下
(O打孔，在陶瓷基板10上進(jìn)行打孔而形成通孔11，為LED陶瓷支架的導(dǎo)電連接作前處理，如圖2所示，該陶瓷基板10上打出了若干通孔11。(2)超聲波清洗，對打孔后的陶瓷基板10進(jìn)行超聲波清洗，然后烘干，以去除陶瓷基板10表面及通孔11內(nèi)壁面上的雜質(zhì)和沾污等。(3)離子源蝕刻，對超聲波清洗后的陶瓷基板10表面及通孔11內(nèi)壁面進(jìn)行線性離子源蝕刻處理，離子源蝕刻進(jìn)一步去除了陶瓷基板10表面的雜質(zhì)，使陶瓷基板10表層原子活化，提高了 Al2O3與鈦層的界面反應(yīng)程度，增加了陶瓷基板10表面金屬膜的附著力。(4)磁控濺鍍，如圖3所示，以真空磁控濺鍍方式在離子源蝕刻后的陶瓷基板10 表面及通孔11內(nèi)壁面上依序形成一鈦層30以及一銅層101,該鈦層30的厚度為O. 05
O.2 μ m，濺鍍所形成的銅層101厚度為O. 5 2. O μ m ;在磁控濺射過程中，如果鈦層30和銅層101過薄，附著力將下降；但如果增加鈦層30和銅層101厚度，濺射時間將延長，生產(chǎn)效率將下降，而且濺射過程中陶瓷基板10溫度將升高，熱殘余應(yīng)力增加，陶瓷基板10將產(chǎn)生微裂紋。由于陶瓷基板10經(jīng)過超聲波清洗和離子源蝕刻，并且選擇了合適范圍厚度的鈦層，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例中銅層101可承受的拉力大大提升，銅層101與陶瓷基板10 之間的結(jié)合強(qiáng)度增強(qiáng)，具體測試數(shù)據(jù)如表I:
表I
權(quán)利要求
1.一種LED陶瓷支架，其特征在于包括有陶瓷基板以及設(shè)置于陶瓷基板上的銅線路；該陶瓷基板上設(shè)置有通孔，該銅線路穿過該通孔，銅線路的上下兩端分別延伸并露出陶瓷基板的上下表面，銅線路與陶瓷基板之間設(shè)置有鈦層，該鈦層的厚度為0. 05 0. 2pm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED陶瓷支架，其特征在于所述陶瓷基板的主要成分為氧化鋁，氧化鋁的質(zhì)量百分含量大于95%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED陶瓷支架，其特征在于所述陶瓷基板和銅線路的上下表面均鍍有鎳層，該鎳層的表面上鍍有金層或銀層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED陶瓷支架，其特征在于所述金層或銀層的厚度為5 10 u m0
5.一種LED陶瓷支架的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)打孔，在陶瓷基板上進(jìn)行打孔而形成通孔，為LED陶瓷支架的導(dǎo)電連接作前處理； (2)超聲波清洗，對打孔后的陶瓷基板進(jìn)行超聲波清洗，然后烘干，去除陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁面上的雜質(zhì)和沾污； (3)離子源蝕刻，對超聲波清洗后的陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁面進(jìn)行線性離子源蝕刻處理； (4)磁控濺鍍，以真空磁控濺鍍方式在離子源蝕刻后的陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁面上依序形成一鈦層以及一銅層，該鈦層的厚度為0. 05 0. 2 ii m ; (5)化學(xué)沉銅，利用化學(xué)沉銅消除前述步驟(4)中陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁上不具有導(dǎo)電作用的氣孔或者氣泡，使陶瓷基板表面及通孔內(nèi)壁面能夠完全地導(dǎo)通； (6)貼干膜、曝光、顯影，在沉銅后的陶瓷基板上貼干膜，然后利用光罩于陶瓷基板的表面上進(jìn)行曝光、顯影處理，以獲得線路圖案； (7)電鍍加厚，在陶瓷基板的線路圖案上電鍍銅加厚，并填充前述通孔而形成銅線路； (8)鍍錫，在銅線路表層鍍錫，以保護(hù)銅線路不被蝕刻掉； (9)去干膜，去除陶瓷基板表面上殘留的干膜； (10)去鈦、銅層，利用蝕刻方式去除陶瓷基板表面除銅線路以外的鈦層及銅層； (11)去錫，去除銅線路表層的錫層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED陶瓷支架的制備方法，其特征在于所述陶瓷基板的主要成分為氧化鋁，氧化鋁的質(zhì)量百分含量大于95%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED陶瓷支架的制備方法，其特征在于步驟(4)中濺鍍所形成的銅層厚度為0. 5 2. 0 ii m。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED陶瓷支架的制備方法，其特征在于步驟(5)中化學(xué)沉銅的厚度為2 5 ii m。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED陶瓷支架的制備方法，其特征在于進(jìn)一步包括有以下步驟 (12)鍍鎳，在前述陶瓷基板和銅線路的表面鍍上鎳層； (13)鍍金/銀，在前述鎳層的表面鍍上金層或者銀層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED陶瓷支架的制備方法，其特征在于步驟(13)中鍍金層或者銀層的厚度為5 IOii m。
全文摘要
本發(fā)明公開一種LED陶瓷支架及其制備方法，包括陶瓷基板和銅線路；該陶瓷基板上設(shè)有通孔，該銅線路穿過該通孔，銅線路與陶瓷基板之間設(shè)有鈦層，該鈦層的厚度為0.05～0.2μm；LED陶瓷支架依次經(jīng)過打孔、超聲波清洗、離子源蝕刻、磁控濺鍍、化學(xué)沉銅、貼干膜、曝光、顯影、電鍍加厚、鍍錫、去干膜、去鈦、銅層及去錫步驟制成；藉此，由于采用導(dǎo)熱系數(shù)大于20W/m·K的Al2O3陶瓷作為基材，故而散熱性好；由于采用超聲波清洗、離子源蝕刻及磁控濺射對陶瓷基板進(jìn)行處理，并配合濺鍍合適厚度的鈦層，因此各金屬層附著力高；本發(fā)明制備方法重復(fù)性好，成本低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)精細(xì)，散熱性好，布線精度高，產(chǎn)品可直接用作精密型高功率LED芯片支架。
文檔編號H01L33/64GK102709439SQ20121013913
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者劉浩, 吳朝暉, 徐芳莉, 韋元寶 申請人:東莞市凱昶德電子科技股份有限公司