CN106449513A - 一种防过热csp荧光膜片模压装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防过热CSP荧光膜片模压装置及方法。该装置包括架（12）、压模装置（13）、测力装置（14）、控制装置（15）和进给装置（16）；所述压模装置（13）包括上压模、上夹具（3）、下压模、导柱（4）、弹性支撑结构（10）和下夹具（5）。本发明模压过程增加压缩弹性支撑结构阶段，使得模压的合模力有较为平稳的增长，减少合模装置的力冲击，便于确定模压保温起始点。本发明有效防止下夹具长时间与发热的下压模大面积接触而过热，避免荧光膜片过热提前融化的工艺缺陷，极大提高CSP封装荧光膜片模压工艺的产品一致性和良品率。

Description

一种防过热CSP荧光膜片模压装置及方法
技术领域
本发明涉及LED封装技术领域，尤其涉及一种防过热CSP荧光膜片模压装置及方法。
背景技术
随着LED技术发展与成本压缩，LED器件的封装体积越来越小，功率密度不断提高。芯片尺寸封装（CSP）器件可免去金线，基板极小甚至不需要基板，从而极大减小器件体积，同时降低封装成本高达20%；此外，CSP器件热阻也有所降低，CSP的发光密度得到提高，且CSP小、薄、轻的特点使得其设计应用的灵活性大大提高。因此，CSP封装在不同领域得到广泛应用，市场需求正出现快速增长。
目前，CSP荧光粉涂覆方法包括有晶圆级涂覆、点胶法、喷涂法、荧光胶模塑和荧光膜片模压。其中，点胶法是通过荧光胶自身的表面张力约束成型，因一致性和均匀性较差基本不被CSP厂商所采纳，目前常用的工艺主要是喷涂法、荧光胶模塑和荧光膜片模压，尤其荧光膜片模压因具有一致性和均匀性在业内被普遍采用。
CSP器件的荧光粉涂覆工艺中，荧光膜片模压工艺需要依靠模压塑封机来实现。由于CSP器件具有多面发光、体积微小的特点，对封装胶体的厚度一致性要求非常高。因此，模压工艺对温度控制和操作者的要求苛刻。现阶段国内CSP生产厂家在该工艺的自动化程度较低，主要依靠人工装夹LED芯片上下料及荧光膜片的调整。生产过程中，常出现荧光膜片在未模压时，就因过热而融化流动的工艺缺陷。这是因为操作者上下料及荧光膜片调整的时间过长，导致夹具体与发热下模具大面积长时间接触而过热，引起荧光膜片长时间过热而提前融化。这大大降低了良品率，增加生产成本。
本发明针对上述生产中亟待解决的工艺缺陷，提出一种防过热CSP荧光膜片模压装置及方法，解决由于操作人员操作时间的差异而导致的夹具体过热、荧光膜片提前融化的工艺问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种防过热CSP荧光膜片模压装置及方法。
CSP荧光膜片模压工序，因放置LED芯片和荧光膜片的操作时间不可控，易导致下夹具与发热的下压模大面积长时间接触而过热，荧光膜片在未合模时过早融化流动，从而降低良品率。本发明可有效防止此类封装缺陷的产生，降低模压工艺对操作熟练度的依赖，极大提高良品率。
一种防过热CSP荧光膜片模压装置，包括机架、压模装置、测力装置、控制装置和进给装置；所述压模装置在机架内，测力装置设置在压模装置的底部；控制装置和进给装置设置在机架外； 所述测力装置采用测力传感器和采集卡实现；所述进给装置采用电机丝杆驱动、气压驱动或液压驱动实现；所述控制装置采用闭环伺服控制系统和工业计算机实现。
所述压模装置包括上压模、上夹具、下压模、导柱、弹性支撑结构和下夹具；
所述上压模包括上压模主体和上压模加热装置；所述下压模包括下压模主体和下压模加热装置；所述上压模加热装置设置在上压模主体内，压模时对上压模主体进行加热；所述下压模加热装置设置在下压模主体内，压模时对下压模主体进行加热；
所述上夹具固定在上压模主体的靠近下夹具的侧面上；所述下夹具与下压模主体通过弹性支撑结构连接；未合模时，所述弹性支撑结构未受压模力，分离下夹具的底面与下压模主体的上表面；合模时，所述弹性支撑结构受压模力，收缩变形使得下夹具的底面与下压模主体的上表面接触；所述下夹具的上表面是光滑的表面；
所述上压模和下压模安装在导柱上，通过进给装置的控制，上压模或下压模在导柱上运动并实现精准定位合模或分离；未合模时，上压模和下压模处于分离状态。
进一步地，所述上夹具和下夹具通过夹具两端对应互补的斜面或夹具两端安装在微型导柱上进行精准定位；测力装置用于测定合模时的合模力。
进一步地，未合模时，下夹具的底面和下压模主体的上表面分离的距离为1~10mm；合模时，下夹具的底面和下压模主体的上表面的接触面积大于下夹具的下底面面积的90%。
进一步地，所述弹性支撑结构连接下夹具的接触为点接触或线接触，接触面积不大于下压模主体的上表面面积的5%；弹性支撑结构连接下压模主体的接触为点接触或线接触，接触面积不大于下压模主体的上表面面积的5%。
进一步地，所述弹性支撑结构为螺旋型弹簧、弹簧片、具有弹性的原件或具有弹性的装置；弹性支撑结构垂直于模压方向的刚度大于1000N/cm，沿模压方向的刚度为10-25N/cm，两个方向的刚度在温度的变化范围小于120℃时的变化值不超过5%。
一种基于上述任一项所述装置的防过热CSP荧光膜片模压方法，包括如下步骤：
（1）启动上压模加热装置和下压模加热装置，对上压模主体和下压模主体进行预热；
（2）将LED芯片装夹在下夹具的上表面，同时将荧光膜片放置于LED芯片的上方；
（3）进给装置控制只上压模向下运动或只下压模向上运动，使上压模和下压模相互靠近，同时测力装置实时测量合模力；
（4）保持合模状态，上夹具靠近下夹具，上夹具与荧光膜片接触，并开始挤压下夹具，实时测量的合模力出现第一个拐点，弹性支撑结构被不断压缩，下夹具的底面不断靠近发热下压模主体的上表面；直至下夹具的底面接触发热的下压模主体的上表面，实时测量的合模力出现第二个拐点时，进给装置加压，同时通过加热装置使上压模主体和下压模主体升温，保温保压；
（5）进给装置控制上压模和下压模分离，取下模压好的LED芯片，完成模压。
进一步地，步骤（1）中，所述预热是预热至并维持温度为78-82℃。
进一步地，步骤（3）中，只上压模向下运动或只下压模向上运动的的进给速度控制为5-10cm/s。
进一步地，测力装置实时测得的合模力存在两个拐点，合模开始到第一拐点阶段为空压阶段；第一拐点到第二拐点阶段为模压弹性支撑结构阶段；第二拐点到模压结束为模压荧光膜片阶段；第二拐点为升温起始点，升温后的温度为荧光膜片融化流动温度。
进一步地，步骤（4）中，所述加压是加压至1000-2000Pa；所述升温是升温至118-122℃；所述保温保压的时间为2-3min。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
（1）本发明操作固定LED芯片和放置荧光模片时，易于控制LED夹具体的温度，防止长时间大面积接触热源而过热，可有效避免荧光膜片提前流动，降低了工序的操作要求难度，提高工序的良品率；
（2）本发明装置的弹性支撑结构具有防过热功能，增加了LED固定及荧光膜片调整的操作时间，增加工序的可操作性，降低了操作者的培训成本；
（3）本发明增加压缩弹性支撑结构阶段，使得模压的合模力增加有较为平稳的增长，减少合模装置的力冲击，降低装置的冲击磨损，提高模压装置的使用寿命；
（4）本发明压缩弹性支撑结构与模压荧光膜片，测力装置所测得的合模力对时间的一阶导数有明显突变，有利于确定模压荧光膜片的起始点，便于模具升温起始点选取和保温时间的控制，提高工序的模压质量和良品率。
附图说明
图1为本发明一种防过热CSP荧光膜片模压装置的示意图；
图2为本发明装置中的压模装置装夹有LED芯片和荧光膜片的示意图；
图3a为本发明装置中上夹具和下夹具通过夹具两端的斜面定位的示意图；
图3b为本发明装置中上夹具和下夹具通过夹具两端安装在微型导柱上定位的示意图；
图4a为本发明装置中的弹性支撑结构为弹簧的示意图；
图4b为本发明装置中的弹性支撑结构为弹簧滑球的示意图；
图4c为本发明装置中的弹性支撑结构为弯曲板簧的示意图；
图4d为本发明装置中的弹性支撑结构为折叠板簧的示意图；
图5a为本发明装置模压过程中的压空阶段的示意图；
图5b为本发明装置模压过程中的模压弹性支撑结构阶段的示意图；
图5c为本发明装置模压过程中的模压荧光膜片阶段的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明不限于以下实施例。
如图1所示为本发明一种防过热CSP荧光膜片模压装置的示意图，包括机架12、压模装置13、测力装置14、控制装置15和进给装置16；压模装置13在机架12内，测力装置14设置在压模装置13的底部，测力装置14用于测定合模时的合模力；控制装置15和进给装置16设置在机架12外；测力装置14采用测力传感器和采集卡实现；进给装置16采用电机丝杆驱动、气压驱动或液压驱动实现；控制装置15采用闭环伺服控制系统和工业计算机实现；
压模装置13包括上压模、上夹具3、下压模、导柱4、弹性支撑结构10和下夹具5；压模装置13装夹有LED芯片9和荧光膜片8的示意图如图2所示，LED芯片9装夹在下夹具5的上表面，荧光膜片8放置于LED芯片9的上方；
上压模包括上压模主体1和上压模加热装置2；下压模包括下压模主体6和下压模加热装置7；上压模加热装置2设置在上压模主体1内，压模时对上压模主体1进行加热；下压模加热装置7设置在下压模主体6内，压模时对下压模主体6进行加热；
上夹具3固定在上压模主体1的靠近下夹具5的侧面上；下夹具5与下压模主体6通过弹性支撑结构10连接；未合模时，弹性支撑结构10未受合模力，分离下夹具5的底面与下压模主体6的上表面；合模时，弹性支撑结构10受合模力，收缩变形使得下夹具5的底面与下压模主体6的上表面接触；下夹具5的上表面是光滑的表面；
上压模和下压模安装在导柱4上，通过进给装置16的控制，上压模或下压模在导柱4上运动并实现精准定位合模或分离；未合模时，上压模和下压模处于分离状态；
上夹具3和下夹具5通过夹具两端对应互补的斜面或夹具两端安装在微型导柱上进行精准定位；上夹具和下夹具通过夹具两端的斜面定位的示意图如图3a所示，上夹具和下夹具通过夹具两端安装在微型导柱上定位的示意图如图3b所示；
未合模时，下夹具5的底面和下压模主体6的上表面分离的距离为1~10mm；合模时，下夹具5的底面和下压模主体6的上表面的接触面积大于下夹具5的下底面面积的90%；
弹性支撑结构10连接下夹具5的接触为点接触或线接触，接触面积不大于下压模主体6的上表面面积的5%；弹性支撑结构10连接下压模主体6的接触为点接触或线接触，接触面积不大于下压模主体6的上表面面积的5%；
弹性支撑结构10为螺旋型弹簧、弹簧片、具有弹性的原件或具有弹性的装置；弹性支撑结构为弹簧、弹簧滑球、弯曲板簧和折叠板簧的示意图分别如图4a~图4d所示；弹性支撑结构10垂直于模压方向的刚度大于1000N/cm，沿模压方向的刚度为10-25N/cm，两个方向的刚度在温度变化范围小于120℃时的变化值不超过5%。
实施例1
该实施例采用的装置中，弹性支持结构为弹簧片，弹簧片沿压模方向的刚度为10N/cm；弹簧片连接下夹具5的接触为线接触，接触面积为下压模主体6的上表面面积的3%，弹簧片连接下压模主体6的接触为线接触，接触面积为下压模主体6的上表面面积的3%；合模时，下夹具5的底面和下压模主体6的上表面的接触面积为下夹具5的下底面面积的95%。
采用上述的一种防过热CSP荧光膜片模压装置实现CSP荧光膜片模压。
（1）上压模、下压模的加热装置启动，压模预热，维持温度在78℃；
（2）上夹具3与下夹具5通过进给装置16控制分离，下夹具5和下压模主体6通过弹性支撑结构分离1mm；
（3）将LED芯片9装夹于下夹具5的上表面，同时将荧光膜片8放置于LED芯片9的上方；
（4）进给装置16控制只上压模向下运动，使上压模和下压模相互靠近，只移动上压模的进给速度控制在5cm/s，同时测力装置14时实测量合模力；
（5）上夹具3靠近下夹具5，过程如图5a所示；上夹具3与荧光膜片8接触，并开始挤压下夹具5，过程如图5b所示，合模力出现第一个拐点，弹性支撑结构10被不断压缩，下夹具5的底面不断靠近发热的下压模主体6的上表面；
（6）下夹具5的底面接触发热的下压模主体6的上表面，过程如图5c所示，合模力出现第二个拐点，进给装置16加压到1000 Pa；
（7）在第二个合模力拐点出现时将上压模和下压模的温度升高到118℃，保温保压2min，进给装置16控制上压模和下压模分离，取下模压好的LED芯片，完成模压工序。
模压得到的带荧光膜片的CSP产品厚度均一，荧光粉浓度分布均匀，空间光色分布良好，未出现因荧光膜片过热造成的工艺缺陷。
实施例2
该实施例采用的装置中，弹性支持结构为弹簧片，弹簧片沿压模方向的刚度为25N/cm；弹簧片连接下夹具5的接触为线接触，接触面积为下压模主体6的上表面面积的5%，弹簧片连接下压模主体6的接触为线接触，接触面积为下压模主体6的上表面面积的5%；合模时，下夹具5的底面和下压模主体6的上表面的接触面积为下夹具5的下底面面积的90%。
采用上述的一种防过热CSP荧光膜片模压装置实现CSP荧光膜片模压。
（1）上压模、下压模的加热装置启动，压模预热，维持温度在82℃；
（2）上夹具3与下夹具5通过进给装置16控制分离，下夹具5和下压模主体6通过弹性支撑结构分离10mm；
（3）将LED芯片9装夹于下夹具5的上表面，同时将荧光膜片8放置于LED芯片9的上方；
（4）进给装置16控制只上压模向下运动，使上压模和下压模相互靠近，只移动上压模或下压模的进给速度控制在10cm/s，同时测力装置14时实测量合模力；
（5）上夹具3靠近下夹具5，过程参见图5a；上夹具3与荧光膜片8接触，并开始挤压下夹具5，过程参见图5b，合模力出现第一个拐点，弹性支撑结构10被不断压缩，下夹具5的底面不断靠近发热的下压模主体6的上表面；
（6）下夹具5的底面接触发热的下压模主体6的上表面，过程参见图5c，合模力出现第二个拐点，进给装置16加压到2000 Pa；
（7）在第二个合模力拐点出现时将上压模和下压模的温度升高到122℃，保温保压3min，进给装置16控制上压模和下压模分离，取下模压好的LED芯片，完成模压工序。
模压得到的带荧光膜片的CSP产品厚度均一，荧光粉浓度分布均匀，空间光色分布良好，未出现因荧光膜片过热造成的工艺缺陷。
实施例3
该实施例采用的装置中，弹性支持结构为弹簧片，弹簧片沿压模方向的刚度为20N/cm；弹簧片连接下夹具5的接触为线接触，接触面积为下压模主体6的上表面面积的5%，弹簧片连接下压模主体6的接触为线接触，接触面积为下压模主体6的上表面面积的5%；合模时，下夹具5的底面和下压模主体6的上表面的接触面积为下夹具5的下底面面积的93%。
采用上述的一种防过热CSP荧光膜片模压装置实现CSP荧光膜片模压。
（1）上压模、下压模的加热装置启动，压模预热，维持温度在80℃；
（2）上夹具3与下夹具5通过进给装置16控制分离，下夹具5和下压模主体6通过弹性支撑结构分离8mm；
（3）将LED芯片9装夹于下夹具5的上表面，同时将荧光膜片8放置于LED芯片9的上方；
（4）进给装置16控制只下压模向上运动，使上压模和下压模相互靠近，只移动上压模或下压模的进给速度控制在8cm/s，同时测力装置14时实测量合模力；
（5）上夹具3靠近下夹具5，过程参见图5a；上夹具3与荧光膜片8接触，并开始挤压下夹具5，过程参见图5b，合模力出现第一个拐点，弹性支撑结构10被不断压缩，下夹具5的底面不断靠近发热的下压模主体6的上表面；
（6）下夹具5的底面接触发热的下压模主体6的上表面，过程参见图5c，合模力出现第二个拐点，进给装置16加压到1800 Pa；
（7）在第二个合模力拐点出现时将上压模和下压模的温度升高到120℃，保温保压3min，进给装置16控制上压模和下压模分离，取下模压好的LED芯片，完成模压工序。
模压得到的带荧光膜片的CSP产品厚度均一，荧光粉浓度分布均匀，空间光色分布良好，未出现因荧光膜片过热造成的工艺缺陷。
如上所述便可较好的实现本发明。

Claims (10)

1.一种防过热CSP荧光膜片模压装置，其特征在于，包括机架（12）、压模装置（13）、测力装置（14）、控制装置（15）和进给装置（16）；所述压模装置（13）在机架（12）内，测力装置（14）设置在压模装置（13）的底部；控制装置（15）和进给装置（16）设置在机架（12）外；所述测力装置（14）采用测力传感器和采集卡实现；所述进给装置（16）采用电机丝杆驱动、气压驱动或液压驱动实现；所述控制装置（15）采用闭环伺服控制系统和工业计算机实现；
所述压模装置（13）包括上压模、上夹具（3）、下压模、导柱（4）、弹性支撑结构（10）和下夹具（5）；
所述上压模包括上压模主体（1）和上压模加热装置（2）；所述下压模包括下压模主体（6）和下压模加热装置（7）；所述上压模加热装置（2）设置在上压模主体（1）内，压模时对上压模主体（1）进行加热；所述下压模加热装置（7）设置在下压模主体（6）内，压模时对下压模主体（6）进行加热；
所述上夹具（3）固定在上压模主体（1）的靠近下夹具（5）的侧面上；所述下夹具（5）与下压模主体（6）通过弹性支撑结构（10）连接；未合模时，所述弹性支撑结构（10）未受合模力，分离下夹具（5）的底面与下压模主体（6）的上表面；合模时，所述弹性支撑结构（10）受合模力，收缩变形使得下夹具（5）的底面与下压模主体（6）的上表面接触；所述下夹具（5）的上表面是光滑的表面；
所述上压模和下压模安装在导柱（4）上，通过进给装置（16）的控制，上压模或下压模在导柱（4）上运动并实现精准定位合模或分离；未合模时，上压模和下压模处于分离状态。
2.根据权利要求1所述的一种防过热CSP荧光膜片模压装置，其特征在于，所述上夹具（3）和下夹具（5）通过夹具两端对应互补的斜面或夹具两端安装在微型导柱上进行精准定位；测力装置（14）用于测定合模时的合模力。
3.根据权利要求1所述的一种防过热CSP荧光膜片模压装置，其特征在于，未合模时，下夹具（5）的底面和下压模主体（6）的上表面分离的距离为1~10mm；合模时，下夹具（5）的底面和下压模主体（6）的上表面的接触面积大于下夹具（5）的下底面面积的90%。
4.根据权利要求1所述的一种防过热CSP荧光膜片模压装置，其特征在于，所述弹性支撑结构（10）连接下夹具（5）的接触为点接触或线接触，接触面积不大于下压模主体（6）的上表面面积的5%；弹性支撑结构（10）连接下压模主体（6）的接触为点接触或线接触，接触面积不大于下压模主体（6）的上表面面积的5%。
5.根据权利要求1所述的一种防过热CSP荧光膜片模压装置，其特征在于，所述弹性支撑结构（10）为螺旋型弹簧、弹簧片、具有弹性的原件或具有弹性的装置；所述弹性支撑结构（10）垂直于模压方向的刚度大于1000N/cm，沿模压方向的刚度为10-25N/cm，两个方向的刚度在温度变化范围小于120℃时的变化值不超过5%。
6.一种基于权利要求1~5任一项所述装置的防过热CSP荧光膜片模压方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）启动上压模加热装置（2）和下压模加热装置（7），对上压模主体（1）和下压模主体（6）进行预热；
（2）将LED芯片装夹在下夹具（5）的上表面，同时将荧光膜片放置于LED芯片的上方；
（3）进给装置（16）控制只上压模向下运动或只下压模向上运动，使上压模和下压模相互靠近，同时测力装置（14）实时测量合模力；
（4）保持合模状态，直至实时测量的合模力出现第二个拐点时，进给装置（16）加压，同时通过加热装置使上压模主体（1）和下压模主体（6）升温，保温保压；
（5）进给装置（16）控制上压模和下压模分离，取下模压好的LED芯片，完成模压。
7.根据权利要求6所述的一种防过热CSP荧光膜片模压方法，其特征在于，步骤（1）中，所述预热是预热至并维持温度为78-82℃。
8.根据权利要求6所述的一种防过热CSP荧光膜片模压方法，其特征在于，步骤（3）中，只上压模向下运动或只下压模向上运动的进给速度控制为5-10cm/s。
9.根据权利要求6所述的一种防过热CSP荧光膜片模压方法，其特征在于，测力装置（14）实时测得的合模力存在两个拐点，合模开始到第一拐点阶段为空压阶段；第一拐点到第二拐点阶段为模压弹性支撑结构阶段；第二拐点到模压结束为模压荧光膜片阶段；第二拐点为升温起始点，升温后的温度为荧光膜片融化流动温度。
10.根据权利要求6所述的一种防过热CSP荧光膜片模压方法，其特征在于，步骤（4）中，所述加压是加压至1000-2000Pa；所述升温是升温至118-122℃；所述保温保压的时间为2-3min。
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