[發明專利]用于高亮度LED的高性能固晶粘合劑(DAA)納米材料

有效

• 申請號: 201280002714.5
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN103080265A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 劉晨敏;呂冬;郎咸鑫;王博;李志穎
• 申請（專利權）人: 納米及先進材料研發院有限公司
• 主分類號: C09J163/00
• 分類號: C09J163/00;C08K3/08;C08L63/00
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 武晨燕;遲姍

與相關申請的交叉參考

本申請要求2011年3月22日提交的美國臨時專利申請號61/457,410的優先權，該臨時申請的公開內容通過參考以其整體納入本文。

技術領域

本發明涉及高性能固晶粘合劑(die?attach?adhesive)(“DAA”)材料，通過結合納米材料和微米/納米膠囊技術，該材料熱導率高，固化溫度低，并且儲存溫度高。本發明還涉及制備所述材料的復合材料的方法，所述材料可用于封裝高亮度LED(“HB-LED”)和其他半導體。

背景技術

近年來HB-LEDs的重要性增加并且在不久的將來將成為照明工業最重要的產品之一。然而，因為傳統的HB-LEDs在產生高于100W/cm²的熱通量方面普遍都有問題，所以設計用于指示器LED的傳統封裝不適于HB-LED。LED過熱將引起過早失效，因為這種固相照明裝置的效率、光譜、可靠性和壽命強烈依賴于成功的熱管理。

環氧樹脂粘合劑是最廣泛用于HB-LED和半導體封裝的粘合劑，因為這種粘合劑對不同種類的基板都具有良好的粘合性，能夠在超快速工藝中實現自動化，成本低，并且由于易于使用而節省了生產周期時間等等。

未改性的環氧聚合物樹脂是天然的絕緣體，顯示低電導率和熱導率。因此，合適的填充劑已被用于生產高電導率和高熱導率的粘合劑。應加入充分導電/導熱的顆粒以在聚合物基質內形成網絡，從而電子和熱能夠流過顆粒結合點以使該混合物導電并導熱。基于這種概念，傳統固晶粘合劑(“DAA”)的熱導性主要通過填充劑和貫穿環氧樹脂基質的填充劑之間的連接而實現[M.Inoue，H.Muta，S.Yamanaka，K.Suganuma，大阪大學，日本，J.Electron.Mater.，Vol.37，No.4(2008)PP.462-468.]。

已用金屬粉末，包括銀、銅、金和鋁等，作為傳統的DAA填充劑來獲得約1-5W/M.K的熱導率。然而，這種熱導率不能滿足當前高功率裝置的需求。對于填充劑材料的設計和填充劑與基質間的化學的研究都比較活躍[Yi?Li，C.P.Wong，Materials?Science?and?Engineering?R51，2006，1-35；D.D.Lu，Y.G.?Li，C.P.Wong，22，2008，801-834]。此外，進一步的研究集中在新型的高熱導率填充劑，包括氮化硼、氮化鋁和碳的同素異形體等[C.-W.Nan，G.?Liu，Y.Lin，and?M.Li，Appl.Phys.Lett.，vol.85，2004，3549-3551；C.H.Liu，H.Huang，Y.Wu，and?S.S.Fan，Appl.Phys.Lett.84，2004，4248-4250]。

嘗試增強環氧復合物熱導率的努力還包括使用納米顆粒材料。例如，美國專利申請系列號10/426,485公開了在聚合物基質中使用非導電納米顆粒以改善聚合復合物體系的熱導率。美國專利號7,550,097還描述了使用導電納米顆粒的熱導材料，該納米顆粒比微米級顆粒的相分離更少。

除填充劑之外，還研究了CVD生長的碳納米管(CNT)作為HP(高功率)-LED(等同于HB-LED)封裝中的熱界面材料(TIM)以增強界面的熱導性[K.Zhang，M.M.F.Yuen，D.G.?W.?Xiao，Y.Y.Fu，P.Chan，，Proc.2008ECTC58th，PP.1659-1663；K.Zhang，Y.Chai，M.M.F.Yuen，D.G.?W.Xiao，P.C.H.Chan，“Carbon?nanotube?thermal?interface?material?for?high-brightness?light-emitting-diode?cooling”，Nanotechnology，19，no.215706]。然而，與用于熱沉表面的CNT-TIM相比，LED或其他半導體中的芯片粘合工藝仍然使用固晶粘合劑用于將裸片(die)/芯片粘合在不同基板(陶瓷、硅、銅、鋁等)上。CNT-TIM和裸片之間的不穩定粘合不能為隨后的引線粘合工序提供足夠的強度。相比之下，固化的DAA對于這些工藝而言是足夠強的。這種固化的DAA能將最重要的部分即LED裸片和基板直接連接起來。因為這些特性，這種固晶材料不僅提供了裸片和封裝之間的熱導性和電導性而且還根本上改善了器件在電場中工作時的性能。因為官能化環氧粘合劑對不同基板的良好粘合、低成本和能夠在粘合工藝中自動化，這種粘合劑占據了大規模生產中現有的大部分市場份額。