CN108346724A - 一种免焊线的led灯丝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种免焊线的LED灯丝的制备方法。包括发光二极管芯片的制备；沿N型GaN层的上表层进行半切，在衬底上芯片单元之间形成隔断缝隙；沿按固定周期进行裂片；周期引线导电胶体透明基板的制作；用压合机将芯片单元与制成的周期引线导电胶体透明基板压合；制作荧光胶包覆层。本发明的方法实现了LED灯丝免焊线封装，无需焊线成本显著降低，解决现行封装工艺的点胶、芯片摆歪、难焊线、键合引起的漏电、死灯等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种免焊线的LED灯丝的制备方法，属于LED灯丝制备技术领域。
背景技术
LED灯丝灯高电压小电流驱动，发出360度全周光。灯丝灯工作时安全而不发烫。灯丝灯的色温从2000K到6500K，发光雷同白炽灯，而色温更丰富,主要应用于A19、A60、A55以及B35、F35等灯泡产品上，仿古灯、蜡烛灯、球泡灯、装潢灯等是现有或待替换的市场，而且整体规模仍持续扩大成长中。目前LED灯丝灯主要由LED灯丝、电源、灯柱支架、玻璃泡、灯头五金件几部分组成。例如CN104595753A提供一种灯丝型LED灯，包括灯头、灯座、灯丝、灯罩、驱动电源、微型风扇、内置塑盖、灯丝集束块和灯丝支架。其中，LED灯丝是灯丝灯的核心组件,LED灯丝成本高且生产工艺复杂(切割成本高)，其它材料成本并不高。目前LED灯丝自动化程度低即生产效率不高，导致其生产成本始终较高，根据核算,LED灯丝占据成品成本的75％以上。
针对灯丝灯产品，封装厂在追求更高性价比的同时也在力图提升光色一致性、抗冷热冲击性能、寿命等等技术参数。由于工艺上的差异，对材料的要求各异；另外，更重要问题是随着技术的发展，传统封装结构采用焊线点胶封装，正反两面点胶，让灯丝本身的热量不容易散出去,受制于支架尺寸、焊线工艺等因素，同时存在难焊线、死灯、漏电等引线键合可靠性差的问题，即灯丝灯的良率和寿命较低，以及固晶时要留有足够的留焊线空间，因而限制了灯丝灯的亮度。
针对LED灯丝灯，目前有一些专利文件公开，例如CN 104319342公开的一种LED灯丝，包括透明基板以及设置于透明基板上的LED晶片，所述LED晶片通过金属导线电性连接形成通路，所述基板固晶的一面上通过物理或化学的方式形成有荧光胶层，所述LED晶片固置于荧光胶层上且完全位于荧光胶层范围内，所述晶片上通过点胶或模压方式形成有荧光胶包覆层，所述荧光胶包覆层完全包覆所述LED晶片以及导线。CN104979437A提供了一种基于芯片工艺制程的LED灯丝制备方法，虽然该方法解决了LED灯丝制程中基板选择以及荧光粉与基板剥离等问题，但仍然存在焊线难、漏电等引线键合可靠性差的问题，灯丝本身的热量散发存在一定问题，灯丝灯的良率及寿命有待提高。
综上所述，灯丝生产工艺复杂，自动化程度低，生产效率不高导致其成本价格降低很难，比如：散热好的基板等物料成本、人工成本、效率、良率、研发成本等对LED灯丝灯的产品成本都构成重要影响。尤其是难焊线、死灯、漏电等引线键合可靠性差的问题，直接影响着LED灯丝灯的良率和使用寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种免焊线的LED灯丝的制备方法；本发明也是一种基于芯片工艺制程的LED灯丝制备方法。
术语说明：
LED：发光二极管；
MOCVD：有机金属化学气相沉积；
ICP刻蚀：等离子体刻蚀；
量子阱有源区：是InGaN/GaN多量子有源区，简称InGaN/GaN MQWs。
高透过率透明基板：可见光透过率高于91％的透明基板。
异向导电胶：也叫各向异性导电胶，是指是垂直方向和水平方向的其中之一个方向导电、另一方向绝缘的导电胶。
本发明的技术方案如下：
一种免焊线的LED灯丝的制备方法，包括采用MOCVD工艺制备LED外延片，所述LED外延片依次包括衬底、GaN层、N型GaN层、量子阱有源区、P型GaN层，在P型GaN层上蒸镀透明导电层，包括步骤：
(1)在所述LED外延片GaN层上制作P电极，由透明导电层向下刻蚀到N型GaN层形成台面并在该台面上制作N电极；按固定周期在每个周期单元两端均刻蚀出端台面，刻蚀深度到达衬底上表面；制成发光二极管芯片；
(2)将步骤(1)制备的发光二极管芯片沿N型GaN层的上表层进行半切，到达GaN衬底上，实现对发光二极管的水平环切，在衬底上芯片单元之间形成隔断缝隙；
(3)按照固定周期沿每个周期单元刻蚀出的端台面进行裂片，使发光二极管芯片成为独立的周期单元，周期单元内未切开的衬底成为承载各个芯片单元的基板；
(4)另取透明基板，按照步骤(3)所述的固定周期对应的芯片单元的电极周期，在透明基板上采用光刻的方式涂覆光刻胶、曝光、显影，然后在光刻图形上喷涂纵向导电的异向导电胶，制得外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面，然后，在外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面之间喷涂横向导电的异向导电胶成接线胶体连接膜，实现各个异向导电胶台面之间的电连通；
(5)采用剥离的方式完成周期引线导电胶体透明基板的制作，包括对应电极周期外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面、接线胶体连接膜的制作；所述接线胶体连接膜将外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面连通；
(6)在所述外接引线导电胶体台面上制作灯丝引脚线，以接通电源；
(7)用压合机将步骤(3)的芯片单元与步骤(6)制成的周期引线导电胶体透明基板压合，接负极导电胶体对接P电极，接正极导电胶体对接N电极,使之互联粘合；
(8)在步骤(7)粘合后的各个单元上制作荧光胶包覆层，将各个芯片单元及基板完全包覆；两端的灯丝引脚线部分露出荧光胶包覆层外。
根据本发明优选的，所述衬底是蓝宝石衬底。衬底厚度35μm-45μm；
根据本发明优选的，所述透明导电层采用蒸镀机蒸镀。
根据本发明优选的，所述量子阱有源区是InGaN/GaN多量子有源区。进一步优选，每层InGaN厚度2-3nm，每层GaN厚度3-6nm，周期为5-10个。
优选的，步骤(1)所述的刻蚀是采用ICP进行刻蚀；刻蚀深度优选为50μm-60μm；
优选的，步骤(2)沿N型GaN的上表层进行半切的深度为55μm-75μm；优选半切深度为60μm-70μm。
优选的，步骤(3)采用激光划片机进行裂片；优选裂片深度为60μm-70μm。
优选的，步骤(4)所述透明基板高透过率透明基板。进一步优选的，是对可见光透过率不低于91％的透明基板。进一步优选，所述透明基板的厚度为50μm-70μm。
优选的，步骤(4)中，所述异向导电胶可选购市售的任一款型。特别优选加热低温固化型异向导电胶。例如，美国Uninwell国际的BQ-6997系列。
优选的，步骤(5)所述采用剥离的方式完成周期引线导电胶体透明基板的制作，是指将涂覆异向导电胶之外的保护发光区的光刻胶进行剥离。
优选的，步骤(5)中，所述外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面，各个导电胶台面高度为3-5μm。进一步优选各个导电胶台面高度相等。接线胶体连接膜的厚度小于各个导电胶台面高度；进一步优选接线胶体连接膜厚度0.5-1μm。
优选的，步骤(7)压合条件：温度70～130℃，压力为6～15kg/cm2，压合时间为10～15分钟。完成芯片单元与制成的周期引线导电胶体透明基板互联粘合。
本发明步骤(8)的荧光胶包覆层可用现有技术，通过物理、化学方式形成荧光胶包覆层。
本发明以上方法中没有特别限定的，均可按本领域现有技术。例如衬底减薄、刻蚀、环切、光刻胶剥离、荧光胶包覆等制作工艺均按现有技术。
本发明的技术特定及优良效果：
本发明通过独特的周期引线导电胶体透明基板的制作，以及芯片单元与制成的相同周期引线导电胶体透明基板互联粘合，无需焊线即可实现单元芯片间的互连。
本发明将LED芯片制程技术与封装技术进行融合，突破了LED封装技术难以解决的难焊线、键合可靠性差引起的死灯、漏电等难题，实现了封装无需焊线的技术工艺，简化了封装的工艺，并且解决了LED灯丝制程中对散热起关键作用的基板选择以及荧光粉与基板剥离等问题，并且使从外延、芯片至LED灯丝的整体成本降低69％，可直接进行封装，无需进行点胶、固晶、焊线等操作，解决各封装企业产出率低的问题，同时解决现行封装工艺的点胶、芯片摆歪、芯片塌陷、难焊线、键合可靠性差等问题。LED芯片封装良率由87％提升到96％以上。
附图说明
图1是本发明制备的LED芯片单元的结构示意图。
图2是相邻芯片单元之间隔断缝隙示意图。
图3是本发明中制备的周期引线导电胶体透明基板的示意图。
图4是本发明中制备的LED芯片单元和透明基板导电胶膜单元粘合的示意图。
图5是本发明制备的免焊线LED灯丝的结构剖面示意图。
图中：1、荧光胶包覆层，2、高透过率透明基板，3、蓝宝石衬底，4、灯丝导电胶膜引脚线，5、P电极，6、N电极，7、N型GaN层，8、GaN层，9、隔断间隙，10、透明导电层，11、量子阱有源区，12、P型GaN层，13、外接引线导电胶台面，14、接负极导电胶台面，15接正极导电胶台面，16、接线胶体连接膜。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
一种免焊线的LED灯丝制备方法，包括步骤如下：
(1)如图1所示，采用MOCVD工艺依次在Al2O3(蓝宝石)衬底3上制备GaN层8、N型GaN层7、量子阱有源区11、P型GaN层12，和透明导电层10(参见图3)。在透明导电层10上制作P电极5，由透明导电层向下刻蚀到N型GaN层形成台面并在该台面上制作N电极6，制成LED芯片；所述量子阱有源区11是8个周期的2.5nm厚的In0.25Ga0.75N和4nm厚的GaN构成。制成芯片过程中需要对衬底3减薄至厚度35-45μm。
GaN层8厚度1.5μm、N型GaN层7厚度2.5μm、量子阱有源区11厚度4-4.5μm、P型GaN层12厚度0.5-1μm、透明导电层10厚度120nm。
(2)将步骤(1)制备的LED芯片沿N型GaN的上表层进行半切，半切深度60μm-70μm。实现了对所述发光二极管的水平环切，在蓝宝石衬底上各个芯片单元之间形成隔断缝隙9，如图2所示，为后续的芯片单元连接做准备。另外，未切开的Al2O3(蓝宝石)衬底3成为承载各个芯片单元的基板，厚度为35μm-45μm。
(3)将LED芯片按照固定周期进行裂片，使之成为独立的周期芯片单元(含未切开的衬底)，周期单元内各个芯片单元均连接在未切开的衬底3上，如图2。
(4)另取一厚度60μm的高透过率的透明基板2，涂覆光刻胶，采用光刻的方式按照芯片电极的周期进行曝光、显影形成光刻图形，光刻图形还包括电极间的连接线。
按光刻图形喷涂纵向导电的加热低温固化型异向导电胶(BQ-6997)制得外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面，各个异向导电胶台面高度为4μm。然后，在外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面之间喷涂横向导电的加热低温固化型异向导电胶形成膜厚度0.5-1μm的接线胶体连接线膜16，实现各个异向导电胶台面之间的电连通。
(5)对上述透明基板2上发光区的保护光刻胶进行剥离，完成对应电极的周期完成外接引线导电胶台面13、接负极导电胶台面14、接正极导电胶台面15、接线胶体连接膜16的制作，所述接线胶体连接膜将外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面连通；如图3。完成周期引线导电胶体透明基板。
(6)在步骤(5)周期引线导电胶体透明基板两端外接引线导电胶台面13上焊上灯丝引线，以接通电源。
(7)采用压合机压合，接负极导电胶体对接P电极，接正极导电胶体对接N电极,温度加热到70～130℃，压力为6～15kg/cm2，压合时间为10～15分钟，完成步骤(3)制成的芯片单元与步骤(6)制成的有灯丝引线的周期引线导电胶体透明基板上各个单元的互联粘合，如图4所示。
(8)在各个粘合后的单元上制作荧光胶包覆层1，将各个单元及衬底、透明基板完全包覆，两端的灯丝引脚线部分露出荧光胶包覆层外。制成的LED灯丝的结构如图5所示。
本实施例制备的LED灯丝与CN104979437A实施例制备的LED灯丝相比具有以下优点:
1、采用免焊线的封装工艺，无需采用点胶焊线；解决焊线、点胶、封装问题均受制于支架或基板尺寸、焊线工艺等因素影响，以及留有焊线空间的问题；
2、避免难焊线、死灯、漏电等引线键合可靠性差的问题，即灯丝灯的良率及寿命得到提升；进一步改善灯丝本身的热量散发得到进一步改善。
3、使封装良率提升15％，生产成本比其降低40％，生产效率提升50％以上。
Claims (10)
1.一种免焊线的LED灯丝的制备方法，包括采用MOCVD工艺制备LED外延片，所述LED外延片依次包括衬底、GaN层、N型GaN层、量子阱有源区、P型GaN层，在P型GaN层上蒸镀透明导电层，包括步骤：
(1)在所述LED外延片GaN层上制作P电极，由透明导电层向下刻蚀到N型GaN层形成台面并在该台面上制作N电极；按固定周期在每个周期单元两端均刻蚀出端台面，刻蚀深度到达衬底上表面；制成发光二极管芯片；
(2)将步骤(1)制备的发光二极管芯片沿N型GaN层的上表层进行半切，到达GaN衬底上，实现对发光二极管的水平环切，在衬底上芯片单元之间形成隔断缝隙；
(3)按照固定周期沿每个周期单元刻蚀出的端台面进行裂片，使发光二极管芯片成为独立的周期单元，周期单元内未切开的衬底成为承载各个芯片单元的基板；
(4)另取透明基板，按照步骤(3)所述的固定周期对应的芯片单元的电极周期，在透明基板上采用光刻的方式涂覆光刻胶、曝光、显影，然后在光刻图形上喷涂纵向导电的异向导电胶，制得外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面，然后，在外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面之间喷涂横向导电的异向导电胶成接线胶体连接膜，实现各个异向导电胶台面之间的电连通；
(5)采用剥离的方式完成周期引线导电胶体透明基板的制作，包括对应电极周期外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面、接线胶体连接膜的制作；所述接线胶体连接膜将外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面连通；
(6)在所述外接引线导电胶体台面上制作灯丝引脚线，以接通电源；
(7)用压合机将步骤(3)的芯片单元与步骤(6)制成的周期引线导电胶体透明基板压合，接负极导电胶体对接P电极，接正极导电胶体对接N电极,使之互联粘合；
(8)在步骤(7)粘合后的各个单元上制作荧光胶包覆层，将各个芯片单元及基板完全包覆；两端的灯丝引脚线部分露出荧光胶包覆层外。
2.如权利要求1所述的免焊线的LED灯丝的制备方法，其特征在于所述衬底是蓝宝石衬底；优选衬底厚度35μm-45μm。
3.如权利要求1所述的免焊线的LED灯丝的制备方法，其特征在于所述量子阱有源区是InGaN/GaN多量子有源区。
4.如权利要求3所述的免焊线的LED灯丝的制备方法，其特征在于，每层InGaN厚度2-3nm，每层GaN厚度3-6nm，周期为5-10个。
5.如权利要求1所述的免焊线的LED灯丝的制备方法，其特征在于，步骤(2)沿N型GaN的上表层进行半切的深度为55μm-75μm；优选深度为60μm-70μm。
6.如权利要求1所述的免焊线的LED灯丝的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述透明基板高透过率透明基板；对可见光透过率不低于91％的透明基板。
7.如权利要求1所述的免焊线的LED灯丝的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述透明基板的厚度为50μm-70μm。
8.如权利要求1所述的免焊线的LED灯丝的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述外接引线导电胶台面、接负极导电胶台面、接正极导电胶台面，各个导电胶台面高度为3-5μm；优选各个导电胶台面高度相等。
9.如权利要求1所述的免焊线的LED灯丝的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，接线胶体连接膜厚度0.5-1μm。
10.如权利要求1所述的免焊线的LED灯丝的制备方法，其特征在于，步骤(7)压合条件为：温度70～130℃，压力为6～15kg/cm2，压合时间为10～15分钟。
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