CN109817768B

CN109817768B - 一种csp光源的分离方法

Info

Publication number: CN109817768B
Application number: CN201910031323.XA
Authority: CN
Inventors: 陈帅; 王书昶; 孙智江; 宋健
Original assignee: Haidike Suzhou Photoelectric Technology Co Ltd
Current assignee: Haidike Suzhou Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2021-08-27
Anticipated expiration: 2039-01-14
Also published as: CN109817768A

Abstract

本发明涉及一种CSP光源的分离方法，用于制作具有透明或半透明层的CSP光源，该方法包括:劈裂工序和分离工序，其特征在于：在分离过程中，需要对劈裂后但还未完全分离的CSP光源进行加热，并使得CSP光源的封装层温度到达T_cut，并在分离过程中保持该温度T_cut不变。本发明的优点在于：通过该分离方法能够快速确定CSP光源的分离温度，改善相邻CSP光源之间存在分离不完全现象。

Description

一种CSP光源的分离方法

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，特别涉及一种CSP光源的分离方法。

背景技术

随着光电技术的不断突破，高性能的半导体LED器件在商业、军工及民用等各领域被广泛应用。与此同时，LED器件在材料、芯片工艺、封装技术等方面也在不断提高，尤其是倒装芯片的成熟化与封装技术的多样化，芯片级尺寸级封装CSP技术应运而生。所谓CSP光源通常采用封装层包裹住倒装芯片结构，免除了传统LED光源的大部分封装步骤和结构，可使得封装体尺寸大大减小。而目前CSP光源封装技术通常采用晶圆裂片后，对发光芯片分选重排后进行封装体压膜后形成具有若干CSP光源阵列的基片，再对其基片进行进一步劈裂与分离，最终形成完全分离的单颗CSP光源。

而目前若干CSP光源阵列的基片在分离的过程中，现有常用的方法主要有以下三种：辐射能量即激光切割、高速旋转刀片切割及刀具劈裂。其中激光切割为采用非接触式的切割方法，其原理是将激光能量通过光学聚焦后获得高能量密度，直接沿若干CSP光源阵列的基片的相邻的CSP光源之间的切割道将基片进行气化后，分离得到若干CSP光源，但激光产生的聚焦点温度过高，会导致CSP光源封装层变形，且成本很高；高速旋转刀片切割是利用高速旋转的金刚石刀片，对其若干CSP光源阵列的基片进行切割，并伴随水喷射切割道来进行冷却和杂质清理，也是目前CSP封装技术中主要采用的分离技术。但成本相对较高，且对于氟化钙及量子点等具有水解性材料使用受限，同时还须对分离基片得到的若干CSP光源进行后续的烘干，使工艺程序复杂化；刀具劈裂则是利用机械力直接作用在若干CSP光源阵列的基片上相邻的CSP光源之间的切割道，实现CSP光源的分离，具有成本低，易实现，工艺简单等优势，但刀具劈裂由于属于刚性(直接硬碰硬)分离技术，在劈裂后会有部分相邻CSP光源之间分离不完全现象，如图1a、图1b、图2a和图2b所示(即为常见的刀具劈裂后CSP光源阵列基片的显微镜下示意图)，导致后续CSP光源分离存在一定困难，进一步会导致光源的良品率下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种CSP光源的分离方法，通过该分离方法能够快速确定CSP光源的分离温度，进而能够有效地改善相邻CSP光源之间存在分离不完全现象，同时大幅度降低CSP光源封装工艺成本。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种CSP光源的分离方法，用于制作具有透明或半透明层的CSP光源，该方法包括:

步骤S1：劈裂工序，将用于形成若干CSP光源的基片置于劈裂机上，然后对基片进行劈裂形成若干相对独立但未完全分离的CSP光源，该CSP光源具有封装层；

步骤S2：分离工序，最后对上述若干相对独立但未完全分离的CSP光源进行水平分离，使得相邻CSP光源之间形成间隙，得到若干独立的CSP光源；

其特征在于：

在步骤S2过程中，需要对劈裂后但还未全部分离的CSP光源进行加热，并使得CSP光源的封装层温度到达T_cut，并在分离过程中保持该温度T_cut不变；

T_cut满足以下条件：

(1)将CSP光源上封装层的模量随其自身温度变化设为函数表达式：M＝f(T)，其函数表达式M＝f(T)的二阶导数表达式为：d²M/dT²＝df²(T)/dT²，其中，M为封装层模量，T为封装层温度；

限定上述函数表达式M＝f(T)形成的关系曲线中，温度T在高于封装层自身对应的玻璃转化温度T_g时，且封装层材料链条两端已经松动但长链还保持完整的低变形阻力弹性形变区域为弹性橡胶体平坦区域，该弹性橡胶体平坦区域的起始点对应温度T＝T_cut(min)，且T_cut(min)为上述二阶导数表达式形成的关系曲线中的最高点所对应的温度值；

(2)T_cut＝T_cut(min)～T_cut(max)，且T_g＜T_cut(min)＜T_cut(max)＜T_f，其中，T_g为封装层的玻璃化温度，T_f为封装层的粘流温度。

进一步地，所述CSP光源包括LED芯片本体以及覆盖在该LED芯片本体顶面及侧面的封装层。

进一步地，所述覆盖在LED芯片本体顶面的封装层层数为一层或一层以上。

进一步地，所述CSP光源上的封装层为透明或半透明材料。

进一步地，所述透明或半透明材料为硅胶、环氧树脂、PMMA或PC中的一种。

进一步地，所述的透明或半透明材料封装层中含有荧光粉。

本发明的原理为：

目前CSP光源的封装层通常采用各种硅胶材料，其主要成分为高分子聚合物，而不同的高分子聚合物材质存在着各自的玻璃化温度(T_g)，即由高弹态转变为玻璃态时所对应下的温度，如：常用CSP封装层的硅胶玻璃化温度为37℃，即当该种材质的橡胶在其玻璃化温度37℃以下呈现玻璃化状态，大于玻璃化温度时，材料呈现高弹性态。因此，CSP光源的封装层在不同的温度下，所对应的物质状态不同(如：在其玻璃化温度以下呈现玻璃化态即固体；在玻璃化温度以上，粘流温度以下呈现半固体；粘流温度以上呈现流体)；且根据不同的温度区域可划分为以下五个温度变化区域：玻璃化区域，玻璃化转化区域，橡胶弹性平坦区域，粘流转换区域及粘流区域，且在五个不同区域内分别所对应的CSP光源封装层材料相应的形变量也不同。

为了进一步满足未分离的相邻CSP光源之间的封装层材料得到较好的分离，通过材料学可知，降低分子量是硅胶等材料获得可塑性的最有效方法，只有这样才能使材料自身的粘度下降，可塑性增加，便于降低分子量，因此实际相邻CSP光源之间的封装层材料的分离就是使其材料的分子链断链。而硅橡胶等材料的塑炼主要为机械锁链法即低温与高温塑炼和化学塑解两大类，其中低温主要是机械降解为主，即在若干CSP光源阵列的基片上相邻的CSP光源之间直接刀具劈裂方式；而另一大类化学塑解是通过化学反应的手段的进行塑解，在CSP光源分离生产中无关。由理论知识可知，当CSP光源之间分离时即分子链断裂的几率与作用与分子链的机械力、封装层的硅橡胶的温度，及分子链的机械力以上三大因素有关。当分子链的机械力与分子链的机械力暂且认为是恒定的条件下，因此封装层的硅橡胶的温度的对于CSP光源分离而言是一重要参数。

当低温或者常温即低于玻璃化温度下即玻璃化区域，未切断的相邻CSP光源之间的CSP封装层材料呈现玻璃化即固态，固态的CSP封装层材料存在一定刚性，物理上表现为材料具有较大的杨氏模量(通常情况下：对于材料而言，弹性形变关系数值上满足公式F＝k*x,其中k是随温度变化的系数，当温度升高时，k数值降低，当横向分离拉力恒定时，形变量x将增加；当x增加到一定程度时，超过了该温度下材料的断裂极限，会发生断裂分离，即由弹性形变转变为塑性形变)，不利于进一步相邻CSP光源之间的分离；当使未分离的相邻CSP光源之间的封装层材料加热到玻璃化温度附近即玻璃化转化区域，如图3所示为不同温度下CSP封装层材料的弹性模量的变化关系曲线，可见当材料加热到其玻璃化温度附近时，可使其材料的杨氏模量开始呈现陡峭减小的趋势；当加热温度在橡胶弹性平坦区域时，如图5所示为理论情况下不同温度下CSP封装层变形关系曲线示意图，可见在该平坦区域内CSP封装层材料的形变量几乎呈恒定稳定趋势，在该橡胶平坦区域起点温度，以上十分有利于若干CSP光源切割后进行分离；若使未分离的相邻CSP光源之间的封装层材料加热到接近或大于粘流温度T_f时，即粘流转换区域及粘流区域，在如图5所示为不同温度下CSP封装层变形关系曲线示意图下可见当加热到远高于玻璃化温度，即接近或大于粘流温度T_f后，其材料的形变值呈陡峭变大趋势，封装层材料将发生严重形变，此时不利于得到大角度五面发光的矩形CSP光源。

本发明的优点为：本发明根据CSP封装层中所用的材料自身的玻璃化温度特性，提出了一种CSP光源的分离方法，本发明根据加热温度在橡胶弹性平坦区域时，CSP封装层材料的形变量几乎呈恒定稳定趋势，与实验中获得的材料的弹性模量与温度变化曲线通过近似拟合得到二者关系公式的二阶微分所得到的极值，所对应的分离起点温度，即弹性模量在快速指数下降后维持在最低值的稳定区域，但还未进入粘流转化区域而引起后续变形的区间温度相对应，能够快速确定CSP光源的分离温度，进而能够有效地改善相邻CSP光源之间存在分离不完全现象，同时大幅度降低CSP光源封装工艺成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1a为常见的刀具劈裂切割后若干CSP光源阵列基片的显微镜下示意(未完全分离的CSP光源)。

图1b为常见的刀具劈裂切割后若干CSP光源阵列基片的截面示意图(未完全分离的CSP光源)。

图2a为常见的刀具劈裂切割后若干CSP光源阵列基片的显微镜下示意(完全分离的CSP光源)。

图2b为常见的刀具劈裂切割后若干CSP光源阵列基片的截面示意图(完全分离的CSP光源)。

图3为不同温度下CSP封装层材料的弹性模量的变化关系曲线。虚线为拟合曲线。(某品牌硅胶型号，型号：OE-6652)

图4为不同温度下CSP封装层材料的弹性模量的变化关系拟合曲线的二阶导数曲线关系图。图中虚线所表示的温度区域为本发明所提到的分离操作温度。

图5为不同温度下CSP封装层材料变形曲线示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例CSP光源的分离方法，用于制作具有透明或半透明层的CSP光源，该方法包括:

步骤S1：劈裂工序，将用于制作CSP光源的基片置于劈裂机上，然后对基片进行劈裂形成若干相对独立但未完全分离的CSP光源，该CSP光源具有封装层；具体如图5所示，CSP光源阵列中CSP光源包括LED芯片本体以及覆盖在该LED芯片本体顶面及侧面的硅胶封装层；

步骤S2：分离工序，

分离工序中，首先，需要对劈裂后但还未全部分离的CSP光源进行加热，并使得CSP光源的封装层温度到达T_cut，并在分离过程中保持该温度T_cut不变；当然，也可通过对整体基片加热，间接使得CSP光源的封装层温度到达T_cut。

T_cut满足以下条件：

将CSP光源上封装层的模量随其自身温度变化设为函数表达式：M＝f(T)，其函数表达式M＝f(T)的二阶导数表达式为：d²M/dT²＝df²(T)/dT²，其中，M为封装层模量，T为封装层温度；

T_cut＝T_cut(min)～T_cut(max)，且T_g＜T_cut(min)＜T_cut(max)＜T_f，其中，T_g为封装层的玻璃化温度，T_f为封装层的粘流温度。

分离工序中，最后，对上述若干相对独立但未完全分离的CSP光源进行水平分离，水平分离过程中保持封装层的温度T_cut不变，通过分离在相邻CSP光源之间形成间隙，得到若干独立的CSP光源。

本实施例中，通过实验，实验中获得的图3中材料的弹性模量与温度变化曲线(如图3中实线所示)，通过近似拟合曲线，如图3中虚线所示，所拟合的高分子聚合物复合模量随温度变化关系数学表达式为：f(T)＝3.1*(0.5-0.5*TANH((T-29)/25.5))+6；将该公式通过二阶微分后，二阶导数数学表达式为：31/255*tanh(2/51*T-58/51)*(2/51-2/51*tanh(2/51*T-58/51)^2)，如图4所示，所得到的极值所对应的温度T在60℃附近，该点的温度(60℃附近)即对应为材料弹性模量在快速指数下降后维持在最低值的稳定区域，但还未进入粘流转化区域而引起后续变形的区间温度相对应。该温度也是本专利所提到的CSP光源的分离操作温度是在远高于玻璃转化温度Tg，材料(可以是高分子材料或非晶固态材料比如玻璃)链条两端已经松动，但长链还保持完整的低变形阻力(复合模量急剧下降基本结束)的弹性形变区域，该区域即对应于图5所示的材料弹性橡胶体平坦区域。

而复合模量随温度变化的二阶导数形成的关系曲线最高点(如图4所示)，代表这个平坦区域的开始，也就是该发明分离的起始温度点。因此，通过理论分析与实验结果可知，在该橡胶平坦区域起点温度(60℃)以上十分有利于若干CSP光源切割后进行分离；因此，本实施例根据加热温度在橡胶弹性平坦区域时，CSP封装层材料的形变量几乎呈恒定稳定趋势，与实验中获得的材料的弹性模量与温度变化曲线通过近似拟合得到二者关系公式的二阶微分所得到的极值60℃所对应的分离起点温度，即弹性模量在快速指数下降后维持在最低值的稳定区域，但还未进入粘流转化区域而引起后续变形的区间温度相对应，经以上理论与实验结果十分吻合。

本实施例中，基片为4英寸，样品数量为48片，分离后，通过显微镜检查，基片上相邻CSP光源之间能够完全分离，可达99.5％以上。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种CSP光源的分离方法，用于制作具有透明或半透明封装层的CSP光源，该方法包括:

步骤S1：劈裂工序，将用于制作CSP光源的基片置于劈裂机上，然后对基片进行劈裂形成若干相对独立但未完全分离的CSP光源，该CSP光源具有封装层；

步骤S2：分离工序，对上述若干相对独立但未完全分离的CSP光源进行水平分离，使得相邻CSP光源之间形成间隙，得到若干独立的CSP光源；

其特征在于：

在步骤S2过程中，需要对劈裂后但还未完全分离的CSP光源进行加热，并使得CSP光源的封装层的温度到达T_cut，并在分离过程中保持该温度T_cut不变；

T_cut满足以下条件：

(1)将CSP光源上封装层的模量随其自身温度变化设为函数表达式：M＝f(T)，其函数表达式M＝f(T)的二阶导数表达式为：d²M/dT²＝df²(T)/dT²，其中，M为封装层的模量，T为封装层的温度；

限定上述函数表达式M＝f(T)形成的关系曲线中，温度T在高于封装层自身对应的玻璃化温度T_g时，且封装层材料链条两端已经松动但长链还保持完整的低变形阻力弹性形变区域为弹性橡胶体平坦区域，该弹性橡胶体平坦区域的起始点对应温度T_cut(min)，且T_cut(min)为上述二阶导数表达式形成的关系曲线中的最高点所对应的温度值；

(2)T_cut(min)≤T_cut≤T_cut(max)，且T_g＜T_cut(min)＜T_cut(max)＜T_f，其中，T_g为封装层的玻璃化温度，T_f为封装层的粘流温度。

2.根据权利要求1所述的CSP光源的分离方法，其特征在于：所述CSP光源包括LED芯片本体以及覆盖在该LED芯片本体顶面及侧面的封装层。

3.根据权利要求2所述的CSP光源的分离方法，其特征在于：所述覆盖在LED芯片本体顶面的封装层层数为一层或一层以上。

4.根据权利要求1所述的CSP光源的分离方法，其特征在于：所述CSP光源上的封装层由透明或半透明材料形成。

5.根据权利要求4所述的CSP光源的分离方法，其特征在于：所述透明或半透明材料为硅胶、环氧树脂、PMMA或PC中的一种。

6.根据权利要求4所述的CSP光源的分离方法，其特征在于：所述的透明或半透明材料中含有荧光粉。