CN102157630A - 单基板多芯片组大功率led封装一次键合方法 - Google Patents

单基板多芯片组大功率led封装一次键合方法 Download PDF

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Abstract

单基板多芯片组大功率LED封装一次键合方法，属于多芯片组大功率LED封装技术领域。它解决了现有多芯片组大功率LED封装技术中对多芯片的粘接依次进行，导致整体键合时间过长的问题。它包括以下步骤：清洗基板、载片台、多芯片吸嘴及支撑台；将基板置于支撑台上；确定基板正面上芯片待键合位置，将多颗待键合芯片按照与所述芯片待键合位置相对应的排布放在载片台上；通过丝网印刷将焊膏均匀涂覆在所述的芯片待键合位置处，然后用多芯片吸嘴同时拾取多颗待键合芯片；在基板背面加热，将多颗待键合芯片对准待键合位置贴附在焊膏上，加热持续5s至10s后，自然冷却至室温，移走多芯片吸嘴，完成键合。本发明是一种封装键合方法。

Description

单基板多芯片组大功率LED封装一次键合方法
技术领域
本发明涉及一种单基板多芯片组大功率LED封装一次键合方法，属于多芯片组大功率LED封装技术领域。
背景技术
随着国家半导体照明工程的不断进展和节能减排及低碳经济的不断号召，LED照明越发受到重视。与传统的白炽灯相比，在同样的亮度下，LED消耗的电能仅为白炽灯的八分之一。LED照明技术的应用大大节约了能源，减少了二氧化碳的排放，有效保护了地球环境。大功率LED以其长寿命、高光效、节能等优势有着很好的应用前景。LED芯片的功率越大，工作时产生的热量就越多，由此导致芯片工作温度的不断上升，并致使LED发光效率以及使用寿命的严重下降。为获得较大照明亮度，常采用多芯片组大功率LED照明模块，由此，其散热问题更为严重，解决多芯片大功率LED照明模块的散热问题已经成为制约半导体照明发展的一个瓶颈。
目前，在大功率LED灯具的加工制造过程中，大部分产品采用多颗已封装大功率LED芯片在基板上进行再组合，导致从LED芯片到散热片之间封装界面层数多，热流路径长，热阻大，不利于对大功率LED灯具进行热管理，导致其可靠性降低，难以满足其功率逐渐增大的趋势。还有一种新方法是将多颗大功率LED裸芯片直接键合在单一基板上，它依次进行多芯片的粘接，导致整体键合时间过长。长时间高温作用容易导致芯片失效、粘接界面IMC(金属间化合物)生长厚度不一致、界面热阻不均匀，在使用时会产生不同的热应力场，给多芯片组件的可靠性带来隐患。且其位置精度不易控制，在后期工序中，将带来较大难度。
目前在大功率LED封装技术中拾取芯片采用的是只能吸取单一芯片的吸嘴结构，它每次只能贴放一颗LED芯片，贴装效率低下。同时为了保证基板上所有芯片相对位置的准确，在每次贴装芯片时都需要对准的步骤，此环节又降低了贴装效率，增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有多芯片组大功率LED封装技术中对多芯片的粘接依次进行，导致整体键合时间过长的问题，提供一种单基板多芯片组大功率LED封装一次键合方法。
本发明包括以下步骤：
步骤一：清洗基板、载片台、多芯片吸嘴及支撑台；
步骤二：将基板置于支撑台上；确定基板正面上芯片待键合位置，将多颗待键合芯片按照与所述芯片待键合位置相对应的排布放在载片台上；
步骤三：通过丝网印刷将焊膏均匀涂覆在所述的芯片待键合位置处，然后用多芯片吸嘴同时拾取多颗待键合芯片；
步骤四：采用热源在基板背面进行加热，将多芯片吸嘴拾取的多颗待键合芯片对准所述的待键合位置放置，使多颗待键合芯片贴附在焊膏上，加热持续5s至10s后，自然冷却至室温，移走多芯片吸嘴，完成键合。
本发明的优点是：本发明不同于传统的大功率LED封装方法，它结合多芯片吸嘴夹具以及支撑台，配合焊膏，在散热基板背面加热，使多颗LED芯片在基板上能够同时进行键合。
本发明方法减少了从LED芯片到散热基板之间的封装层数，缩短了热流路径，使封装热阻大大降低，增强了散热能力，使热管理更加高效。迎合了当前大功率LED灯具功率逐渐增大的趋势；同时采用多芯片吸嘴的夹持，使键合过程中，芯片始终受到控制，解决了键合过程中芯片在焊膏上漂移的问题。本发明所述的一次键合方法，较大的缩短了加热时间，使芯片失效率下降，提高了合格品率。多芯片同时键合，使封装效率有了较大提高，从而较大的降低了成本。
附图说明
图1为本发明的键合流程顺序图，图中A为加热热源；
图2为多芯片吸嘴的结构示意图；
图3为吸头的仰视图；
图4为多芯片吸嘴上微通道的局部放大图；
图5为单个芯片吸槽的放大图；
图6为载片台的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式包括以下步骤：
步骤一：清洗基板1、载片台2、多芯片吸嘴3及支撑台4；
步骤二：将基板1置于支撑台4上；确定基板1正面上芯片待键合位置，将多颗待键合芯片5按照与所述芯片待键合位置相对应的排布放在载片台2上；
步骤三：通过丝网印刷将焊膏均匀涂覆在所述的芯片待键合位置处，然后用多芯片吸嘴3同时拾取多颗待键合芯片5；
步骤四：采用热源在基板1背面进行加热，将多芯片吸嘴3拾取的多颗待键合芯片5对准所述的待键合位置放置，使多颗待键合芯片5贴附在焊膏上，加热持续5s至10s后，自然冷却至室温，移走多芯片吸嘴3，完成键合。
本实施方式所述的键合方法，在键合的过程中，多颗待键合芯片5始终在多芯片吸嘴3的夹持下，一次性完成与基板1的连接，较大的缩短了加热时间，使芯片的受热时间减少，各焊点粘结界面的IMC生长厚度均匀，由此有效地减少热阻，并且各焊点热阻比较均匀，增加了整个系统的可靠性。
同时在多芯片吸嘴3的夹持下，向基板1施加向下的作用力，使键合层更薄，封装热阻更小。芯片在键合的过程中始终受到多芯片吸嘴3的控制，避免了键合过程中芯片在熔融焊膏层上的漂移，使芯片位置得到更加精确的控制。
具体实施方式二：本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述清洗为采用超声波清洗。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述焊膏为共晶合金钎料焊膏。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
共晶合金钎料焊膏的热导率远大于导电胶和导热胶，更有利于封装体结构的散热。
具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述支撑台4为中空式。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
本实施方式所述支撑台4的结构，实现了在基板1背面进行加热，使多芯片吸嘴3在夹持芯片的状态下进行键合，熔化焊膏的热量不直接经过芯片，而直接传导至焊膏位置，缩短了芯片经受高温的时间，提高了可靠性，有利于实现快速加热，完成键合过程。同时，在基板1背面加热，使各焊膏位置受热更均匀，焊层结构更致密，减小了键合热阻。
具体实施方式五：下面结合图2至图6说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述多芯片吸嘴3的结构为：它由真空柄3-1和吸头3-2组成，真空柄3-1的内部为空腔，吸头3-2为内部具有气流通道3-21的密闭结构，真空柄3-1的一端固定在吸头3-2上表面的中心位置，真空柄3-1的内部空腔与吸头3-2的气流通道3-21相连通，吸头3-2的吸附芯片侧具有多个微通道3-22，所述多个微通道3-22的排布方式与所述的芯片待键合位置的排布方式相同，多个微通道3-22与所述气流通道3-21相连通，所述吸头3-2的下表面上分布多个芯片吸槽，所述每个微通道3-22的端口位于一个芯片吸槽的中心；
所述载片台2的结构为：载片台2上具有多个载片台气流通道2-1，载片台气流通道2-1的排布方式与微通道3-22的排布方式相同。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
本实施方式所述的多芯片吸嘴3的结构简单，便于加工制造，可实现单一基板上多颗LED芯片阵列同时拾取、贴附和键合，使封效率有了较大提高，较大的降低了成本，它在同一基板1上贴放多颗LED芯片，只需一次对准就能保证同一基板1上的所有芯片都满足位置精度要求。可根据实际需求，确定吸取芯片的个数。
本发明所述的多芯片吸嘴3和载片台2为配套使用的结构，相互配合使用时，多芯片吸嘴3上的每个微通道3-22会与一个载片台气流通道2-1的中心线重合，它们共同配合完成多芯片的一次键合。

Claims (5)

1.一种单基板多芯片组大功率LED封装一次键合方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一：清洗基板(1)、载片台(2)、多芯片吸嘴(3)及支撑台(4)；
步骤二：将基板(1)置于支撑台(4)上；确定基板(1)正面上芯片待键合位置，将多颗待键合芯片(5)按照与所述芯片待键合位置相对应的排布放在载片台(2)上；
步骤三：通过丝网印刷将焊膏均匀涂覆在所述的芯片待键合位置处，然后用多芯片吸嘴(3)同时拾取多颗待键合芯片(5)；
步骤四：采用热源在基板(1)背面进行加热，将多芯片吸嘴(3)拾取的多颗待键合芯片(5)对准所述的待键合位置放置，使多颗待键合芯片(5)贴附在焊膏上，加热持续5s至10s后，自然冷却至室温，移走多芯片吸嘴(3)，完成键合。
2.根据权利要求1所述的单基板多芯片组大功率LED封装一次键合方法，其特征在于：所述清洗为采用超声波清洗。
3.根据权利要求1所述的单基板多芯片组大功率LED封装一次键合方法，其特征在于：所述焊膏为共晶合金钎料焊膏。
4.根据权利要求1所述的单基板多芯片组大功率LED封装一次键合方法，其特征在于：所述支撑台(4)为中空式。
5.根据权利要求1所述的单基板多芯片组大功率LED封装一次键合方法，其特征在于：所述多芯片吸嘴(3)的结构为：它由真空柄(3-1)和吸头(3-2)组成，真空柄(3-1)的内部为空腔，吸头(3-2)为内部具有气流通道(3-21)的密闭结构，真空柄(3-1)的一端固定在吸头(3-2)表面的中心位置，真空柄(3-1)的内部空腔与吸头(3-2)的气流通道(3-21)相连通，吸头(3-2)的吸附芯片侧具有多个微通道(3-22)，所述多个微通道(3-22)的排布方式与所述的芯片待键合位置的排布方式相同，多个微通道(3-22)与所述气流通道(3-21)相连通，所述吸头(3-2)的下表面上分布多个芯片吸槽，所述每个微通道(3-22)的端口位于一个芯片吸槽的中心；
所述载片台(2)的结构为：载片台(2)上具有多个载片台气流通道(2-1)，载片台气流通道(2-1)的排布方式与微通道(3-22)的排布方式相同。
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