CN102855825B - 一种线阵及数码组合led显示器工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线阵及数码组合LED显示器工艺，包括以下工艺步骤：1）通过掩模板上的丝网网孔，将厚膜浆料均匀地沉积到陶瓷基片上，形成具有一定厚度和形状的图案；2）用导电粘接剂将LED线阵、数码管、译码器粘贴在陶瓷基片上形成的图案中的器件贴片区；将金丝端头与半导体芯片焊区导体、金丝端头与厚膜导电带熔融在一起；3）采用绝缘粘接胶将带视窗的陶瓷盖粘接到陶瓷基片上，将LED线阵、数码管、译码器封装；4）将引线插装在封闭后的显示器器件同一面上的两端形成两列外引线，并对外引线进行浸锡。本发明的LED显示器电路结构简单、工艺过程简单易控；易测试、易返工；工艺加工效率高，加工及材料成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED显示器制造工艺，线阵及数码组合LED显示器制造工艺。
背景技术
LED显示器技术广泛用作各种远程控制系统的瞄准境中，能在白光、微光、红外等广域光线环境下自动显示出目标的准确位置（点）、图形、符号、数码等。
目前，LED显示技术以集成面阵显示技术为主导，其不足之处在于：
1）软件编程复杂；
2）LED面阵中间测试复杂、返工返修难度大；
3）LED面阵加工工艺工作量大，材料成本和工艺控制成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有LED显示工艺的缺陷，提供一种线阵及数码组合LED显示器工艺，工艺方法简单，加工效率高。
为解决上述技术问题，本发明提供一种线阵及数码组合LED显示器工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：
1）丝网印刷
通过掩模板上的丝网网孔，将厚膜浆料均匀地沉积到陶瓷基片上，形成具有一定厚度和形状的图案；
2）粘片、金丝键合
粘片：用导电粘接剂将LED单管管芯组成的LED线阵、数码管、译码器分别粘贴在所述陶瓷基片上形成的图案中的器件贴片区；
金丝键合：将金丝端头与半导体芯片焊区导体、金丝端头与厚膜导电带熔融在一起，使得陶瓷基板上的互连导电带、半导体芯片引出端之间形成电学通道；
3）带视窗的陶瓷盖封装
采用绝缘粘接胶将带视窗的陶瓷盖粘接到陶瓷基片上，将LED线阵、数码管、译码器封装；
4）外引线插装
将引线插装在封闭后的显示器器件同一面上的两端形成两列外引线，并对外引线进行浸锡。
所述陶瓷基片采用Al2O3含量为96%的Al2O3陶瓷基片。
步骤2）中粘片时，还包含在各元器件间的衬底上设置绝缘粘接胶的步骤。
所述金丝键合步骤中的金丝丝径：φ18μm～φ25μm。
所述LED线阵由多个LED构成。
丝网印刷中采用的厚膜浆料包括分别用于形成互连导带及器件粘片区、外引线焊接区的导体浆料和交叉介质、厚膜电阻、包封玻璃的浆料。
所述丝网印刷的工艺参数为：
1）互连导带及器件粘片区导电带烧结膜层厚度：7μm～10μm；
2）外引线焊接区导电带烧结膜层厚度：18μm～25μm；
3）厚膜电阻烧结膜层厚度：11μm～16μm；
4）交叉介质烧结膜层厚度：30μm～40μm；
5）包封玻璃烧结膜层厚度：7μm～10μm；
6）导带、介质、电阻峰值烧结温度：850℃±10℃，保持时间：10min±1min；
7）包封玻璃峰值烧结温度：500℃±10℃，保持时间：10min±1min。
所述带视窗的陶瓷盖采用Al2O3陶瓷作为主体材料（优选地，Al2O3含量≥91%），其上的视窗采用视窗玻璃材料，视窗玻璃与陶瓷盖通过透明粘接胶粘接在一起。
所述带视窗的陶瓷盖的制作工艺参数为：
1）视窗玻璃与陶瓷盖接缝处缝隙：0.05mm～1.0mm；
2）陶瓷盖内腔高度为器件最大高度、键合金丝拱丝高度和设定的余量之和；
3）陶瓷盖侧壁厚：1.0mm～1.2mm；
4）视窗玻璃厚度：1.0 mm～1.5mm；
5）视窗玻璃与陶瓷盖间的透明粘接胶固化条件：常温固化或低于50℃温度固化，可弥补温度范围-50℃～+150℃环境下玻璃与陶瓷之间热膨胀应力。
所述浸锡的步骤为：
将显示器器件放在80℃～100℃的烘箱中预热3min～5min，取出后，先浸锡靠近视窗一端的外引线，然后再浸锡另一端的外引线。
步骤4）中浸锡步骤的工艺参数为：
浸锡焊接时焊料温度：225℃±5℃；浸锡时间：3s～5s。
本发明所达到的有益效果：
本发明的线阵及数码组合LED显示器工艺有以下优点：
a）LED显示器电路结构简单、工艺过程简单易控；
b）易测试、易返工；
c）工艺加工效率高，加工及材料成本较低。
附图说明
图1是一实施例的LED显示器电原理结构框图；
图2a是图1LED显示器封装结构主视图；
图2b是图2a的左视图；
图2c是图2a的仰视图；
图3是本发明的工艺流程图；
图4是101-LED线阵结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本实施例中以101线阵及4位数码组合LED显示器为例，详细介绍本发明的工艺过程。
一、“101线阵及-4位数码组合LED显示器”结构
如图1所示，“101线阵及4位数码组合LED显示器”由LED线阵1、数码显示电路2、译码驱动电路6三部分组成，其封装结构如图2a、图2b和图2c所示，LED显示器采用带透明视窗31的陶瓷盖3封装，组装双列直插外引线4，采用厚膜混合集成电路工艺手段将LED线阵1、数码显示电路2、译码驱动电路6三部分电子器件（裸芯片）集成在96%Al2O3陶瓷基片5上。
其中，
1、LED线阵1：由101只LED单管管芯等间距排列形成，其中，每8只LED管组成一个单元，共13个单元（第13单元由5只LED管组成）；LED线阵结构如图4。
2、数码显示电路2：由4只数码管管芯、8只NPN三极管（驱动八段数码LED管工作）、4只发光小数点组成；数码显示电路2设置在LED透光区7。
3、译码驱动电路：由2只CMOS4/16译码驱动器组成。
二、工艺流程
下面结合图3和图4，详细介绍本发明的工艺流程及关键材料及工艺参数控制。
1、丝网印刷
丝网印刷工艺：通过掩模板上的丝网网孔，将厚膜浆料均匀地沉积到绝缘基片（96% Al2O3陶瓷基片）上，形成具有一定厚度和形状的图案。
a）材料
1）陶瓷基片：96% Al2O3陶瓷基片（即陶瓷材料中，Al2O3含量为96%,其它杂质含量为4%。）作为丝网印刷的基板，基板厚度为1.0mm；
2）互连导带及器件粘片区导体浆料：DUPONT-5771Au或相当性能的厚膜导体浆料；
3）外引线焊接区导体浆料：DUPONT-6177PdAg或相当性能的厚膜导体浆料；
4）交叉介质浆料：DUPONT-5704或相当性能的厚膜介质浆料；
5）厚膜电阻浆料：DUPONT-17系列或相当性能的厚膜电阻浆料；
6）包封玻璃浆料：DUPONT-7137或相当性能的玻璃包封浆料；
7）互连导带及器件粘片区掩模板：300目～400目不锈钢丝网，40μm厚度乳剂膜；
8）外引线焊接区掩模板：250目～300目不锈钢丝网，50μm厚度乳剂膜；
9）厚膜电阻掩模板：250目～300目不锈钢丝网，40μm厚度乳剂膜；
10）玻璃包封掩模板：300目～400目不锈钢丝网，25μm厚度乳剂膜；
b) 工艺参数控制
1）互连导带及器件粘片区金（Au）导电带10烧结膜层厚度：7μm～10μm；
2）外引线焊接区钯银(PdAg) 导电带烧结膜层厚度：18μm～25μm；
3）厚膜电阻烧结膜层厚度：11μm～16μm；
4）交叉介质烧结膜层厚度：30μm～40μm；
5）包封玻璃烧结膜层厚度：7μm～10μm；
6）导带、介质、电阻峰值烧结温度：850℃±10℃，保持时间：10min±1min。
7）包封玻璃峰值烧结温度：500℃±10℃，保持时间：10min±1min。
2、粘片、金丝键合
粘片定义：用导电粘接胶8将电路元器件(电路元器件包含：电阻、电容和半导体芯片)粘贴在器件贴片区。
金丝键合定义：通过键合机劈刀产生超声能量将金丝端头与半导体芯片（半导体芯片：指采用半导体工艺制造出的，没有外封装的裸芯片，本实施例中包含LED线阵、数码管、译码器）焊区导体以及金丝端头与厚膜导电带熔融在一起，使得陶瓷基板上互连导电带与半导体芯片引出端之间形成电学通道。
a）材料
1）译码器：型号，CMOS4/16（4端输入/16端输出，输出带驱动功能），IV≥0.7mcd，或具有相当性能的其它型号译码器；
2）八段数码管（7个段+1个小数点）。
3）NPN三极管：型号3DK4A或3DK4C或相当性能其它型号；
4）LED线阵：由101只LED单管管芯等间距排列形成，其中，每8只LED管组成一个单元，共13个单元（第13单元由5只LED管组成）。LED管型号：S-08R4Au-630BOU或相当性能其它型号。
5）导电粘接胶：H20E或相当性能其它导电粘接胶；
6）两单元间衬底绝缘粘接胶9：BLEBOND-84－3或相当性能其它绝缘粘接胶；
7）金键合丝：丝径，φ18μm～φ25μm，含金量，99.99%Au。
b) 工艺参数控制
1）LED线阵：①线阵为101个像素，相临两像素的中心距为d1±0.03mm ；②以中心（第51个）发光管为基准，到各管芯距离误差≤0.05mm；③线阵的直线度≤0.03mm 。
2）键合强度：按GJB548A，方法2011A检测及要求；
3）芯片剪切强度：按GJB548A，方法2019A检测及要求。
3、带视窗陶瓷盖设计与装配
带视窗31的陶瓷盖3结构见图2。
a) 材料
1）陶瓷盖材料：≥91%Al2O3陶瓷（表面要求：平面度≤0.2mm，并无凹坑、气泡、划痕、变形、裂纹和斑点等缺陷）；
2）视窗31采用视窗玻璃材料：K9或石英玻璃，外表面镀增透膜（镀膜要求：λ=600nm～720nm，Rmax＜1.2%，波长范围为600nm～720nm内的光透过率大于98.8%）
3）视窗玻璃与陶瓷盖粘接材料：GBN504透明环氧胶或相当性能其它透明粘接胶。
b) 工艺参数控制
1）视窗玻璃与陶瓷盖接缝处缝隙：0.05mm～1.0mm，
2）陶瓷盖内腔高度：器件最大高度（0.5mm左右）+键合丝拱丝高度（0.3mm左右）+0.7mm(余量)；
3）陶瓷盖侧壁厚：1.0mm～1.2mm；
4）视窗玻璃厚度：1.0 mm～1.5mm；
5）视窗玻璃与陶瓷盖粘接胶要求：固化条件：常温固化或低于50℃温度固化，固化胶膜无色透明，韧性良好，能弥补温度范围-50℃～+150℃环境下玻璃与陶瓷之间热膨胀应力。
4、陶瓷盖封装及外引线插装工艺
封装作用：①使混合电路的元器件与外界隔绝，免受机械损伤；②防止外界潮湿气、腐蚀气氛对电路的损害；③提供LED显示器与外部的光学通路和电学通路；④提供显示器机械支撑。
a) 材料
1）陶瓷盖封装粘接胶：H77绝缘环氧胶或相当性能其它型号绝缘粘接胶；
2）外引线材料：磷青铜，表面镀镍，型号：HFA1.78-0.9-11（引线间距：1.78mm，卡口宽度：0.9mm，引线长度：11.0mm，直插式）；
3）外引线浸锡焊料：62Sn36Pb2Ag。
b) 工艺参数控制
1）H77胶固化条件：温度，150℃±5℃，时间，45min～60min；
2）浸锡焊接条件：焊料温度，225℃±5℃，浸锡时间：3s～5s；
3）浸锡操作要点：将引线插装在显示器同一侧的两端形成两列，并将显示器放在80℃～100℃的烘箱中预热3min～5min，取出后，迅速用带着隔热手套的手拿住电路两端头（非插引线侧）,先浸锡离玻璃的一端引线，然后再浸焊另一侧引线。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1. 一种线阵及数码组合LED显示器工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：
1）丝网印刷
通过掩模板上的丝网网孔，将厚膜浆料均匀地沉积到陶瓷基片上，形成具有一定厚度和形状的图案；
2）粘片、金丝键合
粘片：用导电粘接剂将由LED单管管芯组成的LED线阵、数码管、译码器粘贴在所述陶瓷基片上形成的图案中的器件贴片区；
金丝键合：将金丝端头与半导体芯片焊区导体、金丝端头与厚膜导电带熔融在一起，使得陶瓷基板上的互连导电带、半导体芯片引出端之间形成电学通道；
3）带视窗的陶瓷盖封装
采用绝缘粘接胶将带视窗的陶瓷盖粘接到陶瓷基片上，将LED线阵、数码管、译码器封装；
4）外引线插装
将引线插装在封闭后的显示器器件同一面上的两端形成两列外引线，并对外引线进行浸锡；
丝网印刷中采用的厚膜浆料包括分别用于形成互连导带及器件粘片区、外引线焊接区的导体浆料和交叉介质、厚膜电阻、包封玻璃的浆料；
所述丝网印刷的工艺参数为：
1）互连导带及器件粘片区导电带烧结膜层厚度：7μm～10μm；
2）外引线焊接区导电带烧结膜层厚度：18μm～25μm；
3）厚膜电阻烧结膜层厚度：11μm～16μm；
4）交叉介质烧结膜层厚度：30μm～40μm；
5）包封玻璃烧结膜层厚度：7μm～10μm；
6）导带、介质、电阻峰值烧结温度：850℃±10℃，保持时间：10min±1min；
7）包封玻璃峰值烧结温度：500℃±10℃，保持时间：10min±1min。
2.根据权利要求1所述的线阵及数码组合LED显示器工艺，其特征是，所述陶瓷基片采用Al2O3含量为96%的Al2O3陶瓷基片。
3.根据权利要求1所述的线阵及数码组合LED显示器工艺，其特征是，步骤2）中粘片时，还包含在各元器件间的衬底上设置绝缘粘接胶的步骤。
4.根据权利要求1所述的线阵及数码组合LED显示器工艺，其特征是，所述金丝键合步骤中的金丝丝径：φ18μm～φ25μm。
5.根据权利要求1所述的线阵及数码组合LED显示器工艺，其特征是，所述带视窗的陶瓷盖采用Al2O3陶瓷作为主体材料，其上的视窗采用视窗玻璃材料，视窗玻璃与陶瓷盖通过透明粘接胶粘接在一起。
6.根据权利要求5所述的线阵及数码组合LED显示器工艺，其特征是，所述带视窗的陶瓷盖的制作工艺参数为：
1）视窗玻璃与陶瓷盖接缝处缝隙：0.05mm～1.0mm；
2）陶瓷盖内腔高度为器件最大高度、键合金丝拱丝高度和设定的余量之和；
3）陶瓷盖侧壁厚：1.0mm～1.2mm；
4）视窗玻璃厚度：1.0 mm～1.5mm；
5）视窗玻璃与陶瓷盖间的透明粘接胶固化条件：常温固化或低于50℃温度固化，可弥补温度范围-50℃～+150℃环境下玻璃与陶瓷之间热膨胀应力。
7.根据权利要求1所述的线阵及数码组合LED显示器工艺，其特征是，
所述浸锡的步骤为：
将显示器器件放在80℃～100℃的烘箱中预热3min～5min，取出后，先浸锡靠近视窗一端的外引线，然后再浸锡另一端的外引线。
8.根据权利要求1所述的线阵及数码组合LED显示器工艺，其特征是，
步骤4）中浸锡步骤的工艺参数为：
浸锡焊接时焊料温度：225℃±5℃；浸锡时间：3s～5s。
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