CN104091788A

CN104091788A - 基板和在基板上安装芯片的工艺

Info

Publication number: CN104091788A
Application number: CN201410212446.0A
Authority: CN
Inventors: 刘洋; 韦嘉; 崔成强; 袁长安
Original assignee: Changzhou Wujin Semiconductor Lighting Application Technology Institute
Current assignee: Beijing union peoples Semiconductor Technology Co., Ltd.
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-10-08

Abstract

本发明涉及一种基板和在基板上安装芯片的工艺。该基板包括：基板主体，包括其上设有焊料层的焊盘；以及安装在基板主体上的芯片，芯片具有用于连接到焊盘上的电极。其中，焊盘构造成具有大于电极的尺寸。因此，在焊料熔化后，即使出现了鼓形形状的焊点，也同样能够提供牢固的接合表面和接合力，极大地降低了焊点失效的危险。此外，由于焊盘的面积增大，使得涂覆在其上的焊料的面积也增大。因此，这种设计可以增加焊料与焊盘之间的结合力，降低由于界面恶化造成的可靠性下降的问题。另外，通过适当地选取各焊盘的大小，可以有效地避免LED芯片安装在柔性基板上之后可能出现的芯片倾斜，降低孔隙率，并且提升焊点可靠性。

Description

基板和在基板上安装芯片的工艺

技术领域

本发明涉及一种基板，尤其是一种其上安装有芯片、特别是发光二极管(LED)柔性基板。本发明还涉及一种用于在基板上安装芯片的工艺，尤其是在柔性基板上安装LED芯片的工艺。

背景技术

在各种电子装置的生产中都需要在基板上安装芯片。例如，随着发光二极管(LED)的日益普及，经常要在柔性基板上安装LED芯片。

传统上，安装在柔性基板上的LED芯片大致分成两种，即正装LED芯片和倒装LED芯片。对于正装LED芯片来说，通过希望利用倒装焊接的方式来省掉打线工艺，避免引线遮光，并且提高散热性能。然而，由于芯片的两个电极之间存在着一定的高度差(例如在5-15μm左右)，因此无法采用AuSn回流焊来实现倒装焊接。在这种情况下，通常采用BGA回流焊的方式来在基板上进行焊接。然而，在现有的BGA回流焊中，上、下焊盘通常采用等大设计。这样，在焊接后焊点将呈鼓形。由于LED芯片的电极通常具有非常小的尺寸，因此这种鼓形的焊点将因接触面积减小而造成焊点失效，同时也会导致芯片倾斜。此外，由于焊料与基板间金属化合物随使用时间的增长而存在粗化、孔洞等问题，因此会导致其可靠性变差。

对于倒装LED芯片来说，可以采用AuSn回流焊来进行焊接。然而，由于LED芯片的电极上的AuSn镀层仅具有5μm左右的厚度，因此对基板焊盘的表面平整度的要求较高。否则，容易产生焊点孔洞的问题，尤其是对于柔性基板来说是非常不利的。同时，该AuSn回流焊工艺要求300-320℃的温度，这对柔性基板而言是一个过高的温度，容易导致焊盘翘曲、基板反光层黄化等问题。而如果也采用BGA回流焊的话，则上述针对正装LED芯片的焊点失效、芯片倾斜的问题仍然存在。

因此，在本领域中需要寻求一种解决方案，其能够解决如上技术问题。

发明内容

本发明旨在提供一种基板、尤其是其上安装有LED芯片的柔性基板，其能够有效地避免LED芯片安装后的芯片倾斜，降低孔隙率，并且提升焊点可靠性。

根据本发明的第一方面，提供了一种基板，其包括：基板主体，包括其上设有焊料层的焊盘；以及安装在基板主体上的芯片，芯片具有用于连接到焊盘上的电极，其中，焊盘构造成具有大于电极的尺寸。

所述基板优选地是柔性基板，所述芯片优选地是LED芯片。

根据本发明，将基板的焊盘的尺寸设置成大于待安装的LED芯片的电极的尺寸。因此，在焊料熔化后，即使出现了鼓形形状的焊点，也同样能够提供牢固的接合表面和接合力，极大地降低了焊点失效的危险。此外，由于焊盘的面积增大，使得涂覆在其上的焊料的面积也增大。因此，这种设计可以增加焊料与焊盘之间的结合力，降低由于界面恶化造成的可靠性下降的问题。

在一个优选的实施例中，焊盘的尺寸构造成比电极的尺寸大50到100μm。当选择这一尺寸差时，可以得到非常牢固的接合，但又不至于使焊盘过大而造成浪费。

在一个优选的实施例中，焊盘的中心与电极的中心相对应。或者，焊盘的中心与电极的中心偏差可设置成不超过电极的尺寸的一半。由此，可以保证在焊接过程中芯片保持稳定，不会产生倾斜、侧倾、立碑等问题。

在一个优选的实施例中，芯片具有至少两个电极，并且焊料层的高度大于电极之间的高度差。

另外，在实践中经常发现同一芯片的两个电极之间存在着一定的高度差。这种高度差容易地焊接后导致芯片倾斜。因此，根据本发明的一个优选的实施例，芯片具有至少两个彼此间具有一定高度差的电极，并且基板主体包括数量与电极相同且彼此间具有一定面积差的焊盘，该面积差选择成使得在焊料量相同的情况下各焊盘上的焊料层之间存在着能抵消电极之间的高度差的高度差。这样，在相同焊料量的情况通过控制焊后两个焊点之间的高度差，可以避免焊后芯片由于电极高度差所造成的倾斜。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于在柔性基板上安装LED芯片的方法，包括以下步骤：(a)在柔性基板上形成焊盘，并将焊盘构造为具有比待安装在柔性基板上的LED芯片的电极更大的尺寸；(b)在焊盘上涂覆焊料；(c)将LED芯片放置在柔性基板上，使得LED芯片的电极与焊盘上的焊料相接触；以及(d)熔化焊料，使LED芯片固定于柔性基板上。

在一个优选的实施例中，在步骤(c)中，将焊盘的中心设置成与电极的中心相对应。或者，焊盘的中心与电极的中心偏差设置成不超过电极的尺寸的一半。

在一个优选的实施例中，在步骤(a)中，将焊盘的尺寸构造成比电极的尺寸大50到100μm。

在一个优选的实施例中，在步骤(b)中将焊料的面积控制为焊盘的面积的50-100％，和/或将焊料的高度设定为40-150μm。

在一个优选的实施例中，在步骤(d)中采用高于焊料熔点25-55℃的峰值温度进行加热，其中所述峰值温度停留10-30s。

在一个优选的实施例中，在步骤(a)中，在基板上的无焊盘的区域涂覆阻焊层。

通过根据本发明的方法，可以有效地避免LED芯片安装在柔性基板上之后可能出现的芯片倾斜，降低孔隙率，并且提升焊点可靠性。

附图说明

以下将结合附图来对本发明进行说明。容易理解，附图仅出于为更好地理解本发明而提供，其不应被视为对本发明的限制。

图1示意性显示了根据本发明的待安装的LED芯片。

图2a和2b示意性显示了根据本发明的柔性基板的平面图，其上分别形成有两种形式的焊盘。

图3显示了图2a或2b所示的柔性基板的截面图，其中在无焊盘的区域上设有阻焊层。

图4显示了在焊盘上涂覆了焊料后的柔性基板的截面图。

图5显示了在放置LED芯片后的柔性基板的截面图。

图6显示了在焊接完成后的柔性基板的截面图。

图7示意性地显示了根据本发明的柔性基板如何补偿同一芯片的电极之间的高度差。

在附图中，相同的附图标记显示相同或类似的部件。附图并未按实际比例绘制。

具体实施方式

以下将针对在柔性基板上安装LED芯片的方法以及由此形成的柔性基板来对本发明进行进一步的说明。然而本领域的技术人员可以理解，本发明并不限于在柔性基板上安装LED芯片，而是可以扩展到在任何基板上安装任意类型的电子芯片。

图1示意性显示了待安装到柔性基板上的LED芯片5，其例如为正装LED芯片。如图所示，该LED芯片5包括两个间隔开的电极6。该电极用于与柔性基板进行连接。在一个非限定的实施例中，电极6的尺寸为100μm左右，两个电极之间的间距大于150μm，并且它们之间存在有5-15μm的高度差。电极6的表层材料通常为Au。

图2a示意性地显示了基板1，其包括柔性的基板主体11。在基板主体11上布置有两个间隔开的焊盘2，分别用于与LED芯片5上的两个电极6相对应。对应于上述电极6之间的间距，两个焊盘2之间的间距例如可以选择为不小于100μm。容易理解，焊盘2的数量可以根据相应的LED芯片的电极的数量而变化。在图2a中，焊盘2显示为方形的焊盘。然而容易理解，焊盘2也可以具有其它的形状，例如圆形、椭圆形等。例如，图2b显示了一种具有圆形的焊盘2的基板1。

在一个实施例中，焊盘2可以采用本领域的技术人员所熟知的材料制成，例如Cu-OSP或CuNiAu、Ag等。

图3显示了涂覆在基板主体11上的除焊盘2以外的区域上的阻焊层3。阻焊层3的材料及涂覆工艺也是本领域的技术人员所熟知的。

图4显示了涂覆在焊盘2上的焊料4。焊料4例如可以通过点胶、印刷等方式涂覆在焊盘2上。焊料4的成分以Sn为主(因此焊料也常称为锡膏)，其熔点通常不超过230℃。在一个优选的实施例中，焊料4的面积可控制为焊盘2的面积的50-100％，高度为40-150μm。另外，焊料4优选地构造成与焊盘2同心地布置。

图5显示了将LED芯片5放置在柔性基板1上的情况。如图5所示，LED芯片5的电极6朝向下方且与焊盘2相对应地放到柔性基板1上，使得电极6与焊盘2上的焊料4相接触。

Sn基焊料与Cu基焊盘之间存在金属间化合物，其长期使用后存在着界面恶化、强度降低等问题。由于芯片电极材料为Au，而Au的原子结构稳定，因此它与焊料结合后不易造成由于元素扩散导致的界面恶化。然而，在焊料与基板的焊盘的结合处仍存在着界面恶化的风险。

因此，根据本发明，将柔性基板1的焊盘2的尺寸设置成大于待安装的LED芯片5的电极6的尺寸。由于焊盘2的尺寸设置成大于电极6的尺寸，因此在焊料4熔化后，即使出现了鼓形形状的焊点(如图6中的附图标记7所示)，也同样能够提供牢固的接合表面和接合力，极大地降低了焊点失效的危险。另外，由于每个焊盘2的尺寸都设置成大于相应的电极6的尺寸，因此在进行焊接后，LED芯片5的两个连接区域能保持一致，从而不会出现如现有技术中所存在的芯片倾斜的情况。

另外，由于焊盘2的面积增大，使得涂覆在其上的焊料4的面积也增大。因此，这种设计可以增加焊料4与焊盘2之间的结合力，降低由于界面恶化造成的可靠性下降的问题。

图6显示了在焊接完成后的柔性基板1的截面图。如图所示，尽管形成了鼓形形状的焊点7，然而LED芯片6仍然能牢固地与柔性基板1相连。需要说明的是，在本文中，焊料4和焊点7实质上指相同的部件，只是它们分别强调的是在焊接工序之前和之前的状态。

根据一个优选的实施例，焊盘2的尺寸可以构造成比电极6的尺寸大50到100μm。例如，在一个例子中，电极6的尺寸选择为100μm左右，此时焊盘2的尺寸可以选择为150-200μm。试验证明，当选择这一尺寸差和这些特定的尺寸时，可以得到非常牢固的接合，但又不至于使焊盘2过大而造成浪费。

在一个优选的实施例中，焊盘2的中心与相应的电极6的中心对齐，或者焊盘2的中心与电极6的中心偏差不超过电极6的尺寸的50％。由此，可以保证在焊接过程中芯片保持稳定，不会产生倾斜、侧倾、立碑等问题。

本发明的柔性基板还能够很好地适用于同一个芯片的电极之间具有高度差的情况。如图7所示，芯片5的两个电极6A和6B之间具有一定的高度差。根据本发明，可以通过对应于这两个电极电极6A和6B的焊盘2A和2B来抵消这一高度差。在一个实施例中，焊盘2A和2B不仅都具有比电极6A和6B更大的尺寸，而且彼此之间也具有不同的尺寸。例如，对于与更接近基板1的电极6A相对应的焊盘2A而言，其可具有比与更远离基板1的电极6B相对应的另一焊盘2B更大的面积。该面积之差选择成可以实现如下：即，在焊料量相同的情况下焊盘2A上的焊料7A的高度将小于焊盘2B上的焊料7B的高度，且正好抵消了两个电极6A和6B之间的高度差。因此，根据本发明的基板的设置能够有效地避免由电极之间的高度差所带来的芯片倾斜的缺陷。

可通过固晶机、SMT等方式来将LED芯片5放置于柔性基板1上。此时，应当保证使电极6的中心和相应的焊盘2的中心对齐，或者保证焊盘2的中心与电极6的中心偏差不超过电极6的尺寸的50％。在一个实施例中，可以通过回流焊等整体加热方式来实现LED芯片的焊接。回流峰值温度可选择成高于焊料熔点25-55℃，优选为高于30℃左右。这可根据焊料中的各成分而定。然而，对于传统使用的锡膏来说，回流峰值温度不应超过260℃。另外，焊点的高度可以根据焊料与基板焊盘之间的润湿性进行设计。焊料与基板焊盘之间的润湿性越好，则焊点高度越低。在相同的焊料量的情况下，CuNiAu基板上的焊点的高度应低于Cu-OSP基板及Ag基板上的焊点的高度。在一个实施例中，上述回流峰值温度停留10-30s，以保证焊料充分熔化，并因此与基板焊盘、芯片电极实现充分的冶金结合。同时，这一时间还可以保证充分地排出焊料内部的气体，并且减少焊点内部气孔形成的可能性。

在上文中已经针对正装芯片形式的LED芯片5对本发明进行了描述。可以理解，对于倒装芯片形式的LED芯片而言，其电极的尺寸相对较大，并且电极的成分为Au或AuSn。因此，在进行回流焊之后，倒装芯片的可靠性隐患同样位于焊料与基板焊盘之间的结合位置处。因此，根据本发明，通过使基板焊盘的尺寸设置成大于芯片电极的尺寸，同样能够增大焊料与基板焊盘之间的结合位置处的结合力，从而克服倒装芯片中的这一可靠性问题。

以上结合附图并通过具体的实施例对本发明进行了详细的说明。然而容易理解，这些说明不能被理解为限制了本发明的范围。本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基板，包括：

基板主体，包括其上设有焊料层的焊盘；

安装在所述基板主体上的芯片，所述芯片具有用于连接到焊盘上的电极，

其中，所述焊盘构造成具有大于所述电极的尺寸。

2.根据权利要求1所述的基板，其特征在于，所述焊盘的尺寸构造成比所述电极的尺寸大50到100μm。

3.根据权利要求1或2所述的基板，其特征在于，所述焊盘的中心与所述电极的中心相对应，或者所述焊盘的中心与所述电极的中心偏差不超过所述电极的尺寸的50％。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的基板，其特征在于，所述芯片具有至少两个电极，并且所述焊料层的高度大于所述电极之间的高度差。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的基板，其特征在于，所述芯片具有至少两个彼此间具有一定高度差的电极，所述基板主体包括数量与电极相同且彼此间具有一定面积差的焊盘，所述面积差选择成使得在焊料量相同的情况下各焊盘上的焊料层之间存在着能抵消所述电极之间的高度差的高度差。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的基板，其特征在于，所述基板是柔性基板，所述芯片是LED芯片。

7.一种用于在柔性基板上安装LED芯片的方法，包括以下步骤：

(a)在柔性基板上形成焊盘，并将所述焊盘构造为具有比所述LED芯片的电极更大的尺寸；

(b)在所述焊盘上涂覆焊料；

(c)将所述LED芯片放置在所述柔性基板上，使得所述LED芯片的电极与所述焊盘上的焊料相接触；

(d)熔化焊料，使所述LED芯片固定于所述柔性基板上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述焊盘的中心与所述电极的中心相对应，或者所述焊盘的中心与所述电极的中心偏差不超过所述电极的尺寸的50％。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，将所述焊盘的尺寸构造成比所述电极的尺寸大50到100μm。

10.根据权利要求7到9中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中将焊料的面积控制为所述焊盘的面积的50-100％，和/或焊料的高度设定为40-150μm。