CN109244225B - 一种倒装式led芯片的封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种倒装式LED芯片的封装方法，将LED芯片倒装式封装在电路基板上，该LED芯片尺寸20mil以下，其功率5～200mW，该电路基板上具有至少一对用于焊接LED芯片电极的V形焊盘，所述V形焊盘高于电路基板，且该一对焊盘背向设置，该封装方法包括点胶—固晶—回流焊—预封胶—热压封胶—切割—分光分色；以上所有工艺步骤全部采用静电消除或静电抑制手段。本发明显著提高小尺寸LED芯片的封装成品率。

Description

一种倒装式LED芯片的封装方法
技术领域
本发明涉及LED芯片封装技术，特别涉及一种倒装式LED芯片的封装方法。
背景技术
目前，随着现代电子元器件大步向微型化、集成化和高可靠性方向发展，特别是面对日益激烈的市场竞争，电子产品的生产与制造设备正朝着高速、高精度、智能化、多功能等全自化方向发展。电子信息产品尤其是关键部件印刷板的组装需要经过贴装工艺生产。近几年，随着LED产业的发展，给LED贴片机的整体性能带来了新挑战。
目前使用LED倒装工艺的主要有：大功率照明、COB封装、LED光源模块等。所以总体来说，LED倒装工艺大部分应用的都是集成封装与照明类产品。而在数码、车载等领域的应用几乎是空白的。从工艺上来说，要实现倒装芯片，LED芯片需要焊接到基板表面。而实现倒装LED芯片与基板间的焊接过程中，焊锡极易进入LED芯片的两极之间造成短路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的不足而提供一种倒装式LED芯片的封装方法，具有较高安全性和使用寿命。
为解决前述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种倒装式LED芯片的封装方法，将LED芯片倒装式封装在电路基板上，该LED芯片尺寸20mil以下，其功率5～200mW，该电路基板上具有至少一对用于焊接LED芯片电极的V形焊盘，所述V形焊盘高于电路基板，且该一对焊盘背向设置，该封装方法包括以下步骤：
S1.点胶：用高精度固晶机在V形焊盘的折角处靠近其开口侧点上锡膏，该锡膏的粒径为20μm以下；
S2.固晶：用高精度固晶机将LED芯片倒装式贴到锡膏上，并通过V形焊盘将多余锡膏引入其开口处形成的凹槽内；
S3.回流焊：将固晶完毕的电路基板放入回流炉加热，使锡膏固化；
S4.预封胶：用高精度固晶机在焊接后的LED芯片的至少一侧点上液态绝缘胶，静置使液态绝缘胶进入LED芯片下方以填充两电极之间的空隙形成绝缘层；
S5.热压封胶：将环氧树脂热压到基板上并覆盖LED芯片形成密封层，固化并烘烤后完成LED芯片的封装；
以上所有工艺步骤全部采用静电消除或静电抑制手段。
本发明还可以通过以下技术措施进一步优化：
作为进一步优化，其在步骤S1之前还具有以下步骤：
S0.扩晶：将位于扩晶膜上的LED芯片间的间距扩大至0.6mm以上。
作为进一步优化，所述电路基板上具有阵列布置的多对V形焊盘，且每对V形焊盘上焊接有一LED芯片，所述步骤S5之后还具有以下步骤：
S6.切割：将封装后的电路基板放入划片机中将其分割为单粒封装LED芯片；
S7.筛选：将单粒封装LED片按亮度和颜色进行分光分色。
作为进一步优化，在步骤S3中，回流炉加热的温度为250℃以上。
作为进一步优化，在步骤S4中，所述液态绝缘胶为导热硅脂或高疏水性环氧树脂。
作为进一步优化，在步骤S5中，以100～180℃的温度将环氧树脂热压。
由于采用了以上技术方案，本发明具有的有益技术效果如下：
由于设置了焊接LED芯片的V形焊盘，且V形焊盘的高度高于基板，V形焊盘的折角处形成凹槽，当锡膏被加热熔化后，多余的锡膏被引流如凹槽内，避免了锡膏进入到LED芯片的两个电极之间产生短路问题，降低了次品率，也提高了产品的使用寿命。
由于设置了预封胶工艺，使液态绝缘胶提前进入到LED芯片下方填充两个电极之间的空隙，防止后续热压封胶时在芯片底部留有气泡，有效隔绝芯片的两个电极，有效降低离子迁移的发生率。并且也能进一步提高芯片的散热效率，提高产品的使用寿命。
由于对LED芯片采用了共晶回流焊接，共晶回流焊主要针对的是PbSn、纯Sn、SnAg等焊接金属材料。这一方法的特点是工艺简单、成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的单粒封装LED芯片结构示意图。
图2是本发明中步骤S1产生的半成品示意图。
图3是本发明中步骤S4产生的半成品示意图。
图4是本发明中步骤S5产生的半成品示意图。
附图标记：
1.LED芯片；2.电路基板；3.V形焊盘；4.锡膏；5.密封层；6.绝缘层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图
中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、
“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、
“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
实施例一：
如图1至图4所示的一种倒装式LED芯片1的封装方法，将LED芯片1倒装式封装在电路基板2上，该LED芯片1尺寸20mil，其功率100mW，该电路基板2上具有至少一对用于焊接LED芯片1电极的V形焊盘3，所述V形焊盘3高于电路基板2，且该一对焊盘背向设置，该封装方法包括以下步骤：
S0.扩晶：将位于扩晶膜上的LED芯片1间的间距扩大至0.6mm以上。
S1.点胶：用高精度固晶机在V形焊盘3的折角处靠近其开口侧点上锡膏4，该锡膏4的粒径为20μm以下。
S2.固晶：用高精度固晶机将LED芯片1倒装式贴到锡膏4上，并通过V形焊盘3将多余锡膏4引入其开口处形成的凹槽内。
S3.回流焊：将固晶完毕的电路基板2放入回流炉加热，使锡膏4固化。
S4.预封胶：用高精度固晶机在焊接后的LED芯片1的至少一侧点上液态绝缘胶，静置使液态绝缘胶进入LED芯片1下方以填充两电极之间的空隙形成绝缘层6。
S5.热压封胶：将环氧树脂热压到基板上并覆盖LED芯片1形成密封层5，固化并烘烤后完成LED芯片1封装。
S6.切割：将封装后的电路基板2放入划片机中将其分割为单粒封装LED芯片。
S7.筛选：将单粒封装LED片按亮度和颜色进行分光分色。
S8.包装：卷带包装后外部再用真空防静电袋封装。
以上所有工艺步骤全部采用静电消除或静电抑制手段。
所述电路基板2上具有阵列布置的多对V形焊盘3，且每对V形焊盘3上焊接有一LED芯片1。
在本实施例中，在步骤S3中，回流炉加热的温度为280℃，也可以是250℃，260℃，但最好不要超过300℃。
在本实施例中，在步骤S4中，所述液态绝缘胶高疏水性环氧树脂，也可以是导热硅脂。
在本实施例中，在步骤S5中，以180℃的温度将环氧树脂热压，也可以采用100℃或150℃。
在本实施例中，在步骤S5中，以150℃的温度对固化后的LED芯片进行烘烤，也可以采用100至180℃之间的任一温度进行烘烤。
传统倒装LED领域多采用同一块基板上多路并、串联集成设计，这种设计有利于减少芯片之间的间距，极大地提高单位面积的光强。但这种集成封装一般长宽尺寸都在几十毫米以上，这样的尺寸甚至比一些整片的数码显示线路板更大。结构也注定了其在装配上的灵活性差的劣势。
在数码指示及车载等方面的应用中，对于单位面积的光强方面要求普遍较低，但对于电路控制上的要求却很高，需要单独程控每一颗单灯的电路，且需要添加其余半导体、电阻、IC等元器件，集成封装显然很难达到这样的要求。
倒装工艺的固晶精度一直是困扰封装厂商的一个难点，由于需要在基板的两边焊盘上分别点上一定量的锡膏4，然后将芯片的两个电极固到锡膏4电极上，在芯片挤压锡膏4时，锡膏4有一定概率会流入两个电极之间的间隔区，从而发生桥连短路不良。
小功率倒装芯片的尺寸一般在20mil以内，PN极PAD之间的间隔只有0.15mm甚至更小，芯片挤压导致焊料桥连的问题便变得更为严重了。
本发明专门设计了适用于倒装芯片固晶的电路基板2，设计了一对开口方向相反，且背向设置的V形焊盘3。锡膏4边缘点到V形的尖角处，即靠近V形焊盘3的开口处设置，且由于开口处水平面比焊盘低，因此在开口处形成凹槽，在LED芯片1挤压锡膏4时，多余的锡膏4便会顺着开口流向焊盘外侧的凹槽内，从而很好地避免了桥连短路不良。
在数码、车载产品中，LED芯片1通常需要在高温高湿等恶劣条件下使用。而在这样的环境下通常会发生离子迁移短路不良。
产生离子迁移的原因，是当绝缘体两端的金属之间有直流电场时，这两边的金属就成为两个电极，其中作为阳极的一方发生离子化并在电场作用下通过绝缘体向另一边的金属(阴极)迁移。从而使绝缘体处于离子导电状态。显然，这将使绝缘体的绝缘性能下降甚至成为导体而造成短路故障。
本实施例中采用高疏水性的液体环氧树脂预填充工艺，在LED芯片1焊接后，利用毛细现象将绝缘的环氧胶填充满芯片PN极之间区域。此工艺的优点是防止后续热压封胶时在芯片底部留有气泡，有效隔绝芯片的两个电极，有效降低离子迁移的发生率。并且也能进一步提高芯片的散热效率，提高产品的使用寿命。
近年来，LED产品的长期点亮亮度衰减问题已经越来越为电器及汽车厂商重视。传统用作密封保护LED芯片1的材料多为环氧树脂(EPOXY RESIN)再配以硬化剂、促进剂、抗燃剂、偶合剂、脱模剂、填充料、颜料、润滑剂等成分。它有力学性能高、附着力强、固化收缩率小、电绝缘性优良等优点。但是其缺点也很明显，就是经480nm以下低波段光线照射后即出现固化树脂黄化，透光率降低现象。而480nm以下的芯片正是目前主流的白光芯片。
为了解决这一问题，在本实施例中，经过对比了市场上几种常用保护胶的老化性能(表1)、Tg点，并综合考虑各种胶的胀缩率、吸水率、折射率、易用性等因素，最后选用了日东电工的814作为步骤S5中环氧树脂基胶，其抗衰减性能是传统保护胶的4倍以上，可以完全满足市场对LED抗衰减的要求。
表1不同环氧树脂的抗衰减性能对比
基胶型号 芯片波段 老化1000hrs后光强
8524 450～460nm 22.5％
820SI 450～460nm 85.2％
814 450～460nm 87.4％
OP1000 450～460nm 82.1％
600H 450～460nm 73.6％
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种倒装式LED芯片的封装方法，将LED芯片倒装式封装在电路基板上，该LED芯片尺寸20mil以下，其功率5～200mW，该电路基板上具有至少一对用于焊接LED芯片电极的V形焊盘，所述V形焊盘高于电路基板，且一对该V形焊盘开口方向相反，该封装方法包括以下步骤：
S1.点胶：用高精度固晶机在V形焊盘的折角处靠近其开口侧点上锡膏，该锡膏的粒径为20μm以下；
S2.固晶：用高精度固晶机将LED芯片倒装式贴到锡膏上，并通过V形焊盘将多余锡膏引入其开口处形成的凹槽内；
S3.回流焊：将固晶完毕的电路基板放入回流炉加热，使锡膏固化；
S4.预封胶：用高精度固晶机在焊接后的LED芯片的至少一侧点上液态绝缘胶，静置使液态绝缘胶进入LED芯片下方以填充两电极之间的空隙形成绝缘层；
S5.热压封胶：将环氧树脂热压到基板上并覆盖LED芯片形成密封层，固化并烘烤后完成LED芯片的封装；
以上所有工艺步骤全部采用静电消除或静电抑制手段。
2.根据权利要求1所述的一种倒装式LED芯片的封装方法，其特征在于，其在步骤S1之前还具有以下步骤：
S0.扩晶：将位于扩晶膜上的LED芯片间的间距扩大至0.6mm以上。
3.根据权利要求1所述的一种倒装式LED芯片的封装方法，其特征在于，所述电路基板上具有阵列布置的多对V形焊盘，且每对V形焊盘上焊接有一LED芯片，所述步骤S5之后还具有以下步骤：
S6.切割：将封装后的电路基板放入划片机中将其分割为单粒封装LED芯片；
S7.筛选：将单粒封装LED片按亮度和颜色进行分光分色。
4.根据权利要求1所述的一种倒装式LED芯片的封装方法，其特征在于，在步骤S3中，回流炉加热的温度为250℃以上。
5.根据权利要求1所述的一种倒装式LED芯片的封装方法，其特征在于，在步骤S4中，所述液态绝缘胶为导热硅脂或高疏水性环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的一种倒装式LED芯片的封装方法，其特征在于，在步骤S5中，以100～180℃的温度将环氧树脂热压固化。
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