CN102354724A - 一种led倒装结构及其制备方法 - Google Patents

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王培贤
苏晋平
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Abstract

本发明提供一种LED倒装结构及其制备方法，该结构包括：散热基板和LED芯片，散热基板的焊垫和LED芯片的金凸块对准并且共晶，LED芯片和散热基板之间填充透明硅胶，LED芯片背对散热基板的上表面涂覆荧光胶。

Description

一种LED倒装结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及光学晶体技术，更具体地，涉及一种LED的倒装结构及其制备方法。
背景技术
LED的散热问题现在越来越收到人们的重视，这是因为LED的光衰和寿命直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短。依照阿雷纽斯法则，温度每降低10℃，寿命会延长2倍。从Cree公司发布的光衰和结温的关系可以知道，结温假如能够控制在65℃，其光衰至70％的寿命可以高达10万小时。但现在实际的LED灯的散热和这个要求相去甚远，使得LED灯具的寿命变成了一个影响其性能的主要问题。
如果结温为25度时的发光为100％，那么结温上升至60度时，其发光量就只有90％，结温为100度时就下降到80％，140度就只有70％，可见改善散热，控制结温是十分重要的事。除此以外，LED的发热还会使得其光谱移动。色温升高，正向电流增大(恒压供电时)，反向电流也增大，热应力增高，荧光粉环氧树脂老化加速。
LED制成灯具后，LED芯片所产生的热量总是通过灯具的外壳散到空气中去。因为LED芯片的热容量很小，如果散热不好，一点点热量的积累就会使得芯片的结温迅速提高，如果长时期工作在高结温的状态，它的寿命就会很快缩短。然而这些热量要能够真正引导出芯片，到达外部空气，要经过很多途径。具体来说，LED芯片所产生的热，从它的金属散热块出来，先经过焊料到铝基板的PCB，再通过导热胶才到铝散热器。
在很多情况下，LED灯具里是由很多颗LED所构成，所有这些LED可能都焊在一块铝基板上。另外，例如恒流电源的其他发热源靠近某些LED，也会明显降低这些LED的散热而缩短其寿命。LED的散热设计必须从芯片开始一直到整个散热器，每一个环节都要给于充分的注意，任何一个环节设计不当都会引起严重的散热问题。
发明内容
为克服现有缺陷，本发明提出一种LED的倒装结构及其制备方法。
根据本发明的一个方面，提出了一种LED倒装结构，包括：散热基板和LED芯片，散热基板的焊垫和LED芯片的金凸块对准并且共晶，LED芯片和散热基板之间填充透明硅胶，LED芯片背对散热基板的上表面涂覆荧光胶。
根据本发明的另一方面，提供一种LED倒装结构的制备方法，包括：步骤1，制备散热基板；步骤2，将散热基板和倒转LED芯片对准并且共晶；步骤3，填充散热基板和LED芯片之间的空隙，在LED芯片背对散热基板的表面涂覆荧光胶。
此专利将高导热系数的散热基板应用于倒转芯片构装中，增加组装结构的散热性质。
附图说明
图1示出高导热系数的散热结构示意图；
图2示出倒转芯片的LED芯片的示意图；
图3示出散热基板制备过程示意图；
图4示出倒转芯片的结构制备过程示意图。
如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种LED的倒装结构及其制备方法进行详细描述。
其中，在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。
总的来说，本技术发明为以高导热系数的散热基板配合共晶制程以倒转芯片构装方式将LED与散热基板进行组装。
图1示出该一种LED的倒装结构，如图1所示，该结构包括：散热基板、LED芯片，LED芯片倒装，散热基板的焊垫和LED芯片的金凸块对准并且共晶，LED芯片和散热基板之间填充透明硅胶，LED芯片背对散热基板的上表面涂覆荧光胶。
其中，如图2A所示，该散热基板是高导热系数的散热基板，该基板为纳米级铜铝或金银的金属复合材料。
其中，如图2B所示，用于倒转芯片构装的LED芯片为金凸块制程(Gold bumpprocess)所制的。
散热基板包括纳米级铜铝或金银的金属复合材料制成的卷材和卷材上涂覆的光敏性聚酰亚胺。其中，金属复合材料的卷材通过速度为1-20厘米/秒的卷带机输送，分五至八个区域加热，消除卷材的原始内应力。
其中，卷材厚度为0.1-0.8mm。其中，光敏性聚酰亚胺的厚度为1-20微米。
光敏性聚酰亚胺使用滚轮涂布(Roll coating)方式涂布于卷材上并且经过深紫外光曝光系统进行深紫外光曝光。
其中，荧光胶为高温透明胶水和红、绿、蓝荧光粉配制，其中，高温透明胶水为经过改质(Modification)的聚丙酰酸甲酯(Poly methyl methacrylate)与聚酰亚胺(Polyimide)的接枝型共聚物(Graft copolymer)，与红色荧光粉的配比为1∶0.001-0.015wt％，与绿色荧光粉的配比为1∶0.002-0.018wt％，与蓝色荧光粉的配比为1∶0.003-0.017wt％。
透明硅胶位于LED芯片与散热基板接合处。荧光胶的厚度为0.01-0.30mm。
在另一个实施例中，提供一种LED倒装结构的制备方法，该方法包括：步骤1，制备散热基板；步骤2，将散热基板和倒转LED芯片对准并且共晶；步骤3，填充散热基板和LED芯片之间的空隙，并且在LED芯片背对散热基板的表面涂覆荧光胶。
进一步，在步骤1中，制备散热基板包括下述详细步骤。其中，如图3A所示，将纳米级铜铝或金银的金属复合材料以粉末冶金并经压延后，所制成的卷材置于卷带机上，卷带机输送速度为1-20厘米/秒，而输送带全线真空，其真空度为0.001-0.000001托尔。将卷材完全吸附于抗静电输送带上，输送带分五至八个区域加热，消除卷材的原始内应力。其中，各区域温度与时间参数如下：第一区(温度为200-300℃；时间为5-20分钟)；第二区(温度为300℃；时间为5-20分钟)；第三区(温度为300-400℃；时间为10-20分钟)；第四区(温度为400℃；时间为10-20分钟)；第五区(温度为400-300℃；时间为10-120秒)；第六区(温度为300℃；时间为10-20分钟)；第七区(温度为300-150℃；时间为10-30分钟)；第八区(温度为150-50℃；时间为10-50分钟)。
如图3B所示，将已消除原始内应力的卷材置于另一卷带机上，卷带机输送速度为1-20厘米/秒，输送带全线真空其真空度为0.001-0.000001托尔，将卷材完全吸附于抗静电输送带上。
将厚度0.1-0.8mm的卷材置于微蚀槽(Micro etching tank)中，使用微蚀剂为硫酸水溶液与过氧化氢水溶液的混合液，其重量百分比为微蚀剂＝＞硫酸水溶液H2SO4(aq)∶过氧化氢水溶液H2O2(aq)＝＞(1∶4)-(4∶1)，微蚀槽温度控制在20-60℃以内，微蚀时间控制在50-120秒之内，输送带速度控制在10-60cm/sec。之后进入纯水槽(D.I.water tank)，温度20-60℃，时间(50-120秒)。之后进行干燥除水制程(Dehydration process)，温度100-200℃，时间10-120分钟。以上步骤为清除卷材表面的油脂；、氧化物、杂质等不纯物及增加黏着性，以利后续制程。
如图3C所示，之后使用滚轮涂布(Roll coating)方式将光敏性聚酰亚胺(Photosensitive polyimide)涂布于卷材上，滚轮速度为100-200rpm；光敏性聚酰亚胺其厚度为1-20微米，之后以深紫外光曝光系统(Deep UltravioletExposure System)进行深紫外光曝光制程(曝光能量为500-1000KJ，曝光时间为0.1-0.8ms)，之后进行显影制程(氢氧化钠浓度：3-8％，显影时间：10-30秒，温度：25-50℃)。
如图3D所示，之后进行纳米电镀铜制程(Nanometer Copperelectroplating)制程参数如下(pH值：1-7；温度：20-100℃时间：10-120分钟)，之后经纯水洗净制程(时间：1-20分钟；温度：10-80℃)。
如图3E所示，为消除纳米电镀铜制程所产生的内应力(Internal stress)，需将经电镀铜制程后的卷材置于卷带基上进行热处理，具体参数如下：第一段升温(由室温升温至50-120℃；升温速率：5-30℃/分钟)，第二段恒温(保持50-120℃持续5-20分钟)，第三段升温(由50-120℃升温至200-250℃；升温速率：5-30℃/分钟)，第四段恒温(保持200-250℃持续5-20分钟)，第五段降温(由200-250℃降温至150-200℃；降温速率：5-30℃/分钟)，第六段恒温(保持150-200℃持续5-20分钟)，第七段降温(由150-200℃降温至100-150℃；降温速率：5-30℃/分钟)，第八段恒温(保持100-150℃持续5-20分钟)，第九段降温(由100-150℃降温至50-100℃；降温速率：5-30℃/分钟)，第十段恒温(保持50-100℃持续5-20分钟)，之后自然冷却至室温。
如图3F所示，之后再进行电镀金制程(Gold electroplating)，制程参数如下：pH值：1-7；温度：20-100℃时间：10-120分钟。之后，经纯水洗净制程，时间：1-20分钟；温度：10-80℃，如此即可完成高导热系数的散热基板的制作。
以适当的耐高温透明胶水配置红、绿、蓝荧光胶水，高温透明胶水为经过改质(Modification)的聚丙酰酸甲酯(Poly methyl methacrylate)与聚酰亚胺(Polyimide)的接枝型共聚物(Graft copolymer)，与红色荧光粉的配比为1∶0.001-0.015wt％，与绿色荧光粉的配比为1∶0.002-0.018wt％，与蓝色荧光粉的配比为1∶0.003-0.017wt％。
如图4A所示，以精密取放机(Pick and Place machine)将蓝光或各色LED芯片以取放机制与高导热系数的散热基板上的焊垫(Pad)精密对位(Precisionpositioning)。之后如图4B所示，再以共晶机进行共晶制程(Eutectic process)，其中，温度：200-350℃，时间：1-10分钟。
之后如图4C所示，以点胶机将透明硅胶(Transparent polysiloxane)以毛细现象方式点入LED芯片与高导热系数的散热基板接合处(Solder joint)，并经烘烤，其中烘烤温度为150-250℃；时间：30-240分钟。
之后，以钢网印刷(Stencil printing)或旋转涂布(Spin coating)或喷洒方式(Spraying)将耐高温透明胶水配置红、绿、蓝荧光胶水披覆于LED芯片之上。再经烘烤后(120-220℃；20-120分钟；厚度：0.01-0.30mm)，即可完成高效散热基板于倒转芯片发光二极管，如图1的结构所示。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (14)

1.一种LED倒装结构，包括：散热基板和LED芯片，散热基板的焊垫和LED芯片的金凸块对准并且共晶，LED芯片和散热基板之间填充透明硅胶，LED芯片背对散热基板的上表面涂覆荧光胶。
2.根据权利要求1所述的LED到装结构，其中，该散热基板是高导热系数的散热基板，该基板为纳米级铜铝或金银的金属复合材料。
3.根据权利要求1所述的LED到装结构，其中，散热基板包括纳米级铜铝或金银的金属复合材料制成的卷材和卷材上涂覆的光敏性聚酰亚胺；其中，金属复合材料的卷材通过速度为1-20厘米/秒的卷带机输送，分五至八个区域加热来消除卷材的原始内应力。
4.根据权利要求3所述的LED到装结构，其中，卷材厚度为0.1-0.8mm，光敏性聚酰亚胺的厚度为1-20微米。
5.根据权利要求1所述的LED到装结构，其中，荧光胶为高温透明胶水和红、绿、蓝荧光粉配制，高温透明胶水为经过改质的聚丙酰酸甲酯与聚酰亚胺的接枝型共聚物，与红色荧光粉的配比为1∶0.001-0.015wt％，与绿色荧光粉的配比为1∶0.002-0.018wt％，与蓝色荧光粉的配比为1∶0.003-0.017wt％。
6.根据权利要求1所述的LED到装结构，其中，透明硅胶位于LED芯片与散热基板接合处；荧光胶的厚度为0.01-0.30mm。
7.一种LED倒装结构的制备方法，包括：
步骤1，制备散热基板；
步骤2，将散热基板和倒转LED芯片对准并且共晶；
步骤3，填充散热基板和LED芯片之间的空隙，在LED芯片背对散热基板的表面涂覆荧光胶。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤1包括：
步骤11，将纳米级铜铝或金银的金属复合材料以粉末冶金并经压延为卷材后置于卷带机上，分五至八个区域加热，消除卷材的原始内应力；
步骤12，将卷材置于微蚀槽微蚀，之后进入纯水槽清洗，并进行干燥除水；
步骤13，使用滚轮涂布方式将光敏性聚酰亚胺涂布于卷材上，进行深紫外光曝光和显影；
步骤14，经电镀铜的卷材置于卷带基上进行热处理，再进行电镀金制程。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤2包括：
以取放机将LED芯片以取放机制与高导热系数的散热基板上的焊垫对位，以共晶机进行共晶制程。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤3包括：
以点胶机将透明硅胶以毛细现象方式点入LED芯片与散热基板接合处，并烘烤；
以钢网印刷、旋转涂布或喷洒方式将荧光胶水披覆于LED芯片之上，再经烘烤。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤3中，荧光胶为高温透明胶水和红、绿、蓝荧光粉配制，高温透明胶水为经过改质的聚丙酰酸甲酯与聚酰亚胺的接枝型共聚物，与红色荧光粉的配比为1∶0.001-0.015wt％，与绿色荧光粉的配比为1∶0.002-0.018wt％，与蓝色荧光粉的配比为1∶0.003-0.017wt％。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，该散热基板是高导热系数的散热基板，该基板为纳米级铜铝或金银的金属复合材料。
13.根据权利要求7所述的方法，其中，卷材厚度为0.1-0.8mm，光敏性聚酰亚胺的厚度为1-20微米。
14.根据权利要求7所述的方法，其中，透明硅胶位于LED芯片与散热基板接合处；荧光胶的厚度为0.01-0.30mm。
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