CN109950383B - 一种紧致贴合芯片的csp封装结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧致贴合芯片的CSP封装结构及其制备方法，包括LED芯片和包覆在LED芯片顶面和侧面的对称非透明荧光层，所述对称非透明荧光层紧致包覆在LED芯片顶面和侧面，位于LED芯片侧面的对称非透明荧光层自上而下厚度逐渐减小，位于LED芯片顶面的对称非透明荧光层正投影为矩形。本发明的优点在于：所述紧致贴合芯片的CSP封装结构，其较薄的紧致贴合荧光粉层有效地降低粉体温度，提高发光芯片散热性能，且便于后续贴装工艺的准确进行；仅有底部薄层荧光粉层相互联结，有利于芯片的准确切割和分选；对称结构有利于形成发光均匀的良好光型；其制备工艺简单稳定，成本低廉，封装效率和器件良率大大提高。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装技术领域，特别涉及一种紧致贴合芯片的CSP封装结构及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED)具有体积小、使用寿命长节能环保、响应速度快和坚固耐用等优点，广泛应用于汽车和室内照明、交通信号灯、屏幕显示和液晶背光等邻域，是替代传统光源的理想光源。近年来，作为LED产业链中非常重要的一环，CSP封装技术逐渐成为关注热点。
一般的CSP封装方式，如图1～4所示，需要先将晶圆片进行切割、裂片，并将裂片后的芯片按一定间隔距离进行排列成芯片阵列后，相邻的芯片侧面之间为填充间隙；然后在芯片阵列表面以及填充间隙内喷涂荧光粉层，然后通过再切割的方式得到芯片及包覆在芯片顶面、侧面的荧光粉层。由于在芯片排列时精度无法掌控，填充间隙不一致，使得切割后芯片侧面荧光粉层厚度不均匀，同时，荧光粉层较厚且非透明，造成荧光粉层内的芯片与基板无法准确贴合，荧光粉入bin率低，光型缺陷等问题，且生产工艺十分复杂，成本较高，想要制造小尺寸光色均匀的封装器件更是困难重重。
因此，研发一种工艺步骤比较简单的紧致贴合芯片的CSP封装结构，使较薄的荧光粉层紧致贴合发光芯片，从而降低生产成本，改善器件散热性能，提高荧光粉入bin率，实现具有较好光型的高光效封装产品是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单的紧致贴合芯片的CSP封装结构，从而降低器件制备成本、改善器件光型，提高器件可靠性和均一性的较高精度的封装方式，还提供一种实现该CSP封装结构的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种紧致贴合芯片的CSP封装结构，包括LED芯片和包覆在LED芯片顶面和侧面的对称非透明荧光层，其创新点在于：所述对称非透明荧光层紧致包覆在LED芯片顶面和侧面，位于LED芯片侧面的对称非透明荧光层自上而下厚度逐渐减小，位于LED芯片顶面的对称非透明荧光层正投影为矩形。
进一步地，所述位于LED芯片侧面的对称非透明荧光层中，对称非透明荧光层的外轮廓线的曲线对应的直角坐标方程是y＝f(x)，且f(x)具有二阶导数y″，则所述外轮廓线的曲线对应的曲率K为：限定所述外轮廓线中，位于LED芯片的1/2高度以上的对称非透明荧光层的外轮廓线的曲率平均值记作Kα，位于LED芯片的1/2高度以下的对称非透明荧光层的外轮廓线的曲率平均值记作Kβ，Kα＞Kβ＞0。
一种上述的紧致贴合芯片的CSP封装结构制备方法，其创新点在于：所述制备方法包括如下步骤：
步骤S1:对LED晶圆片进行检测；
步骤S2:对检测合格的晶圆片进行切割、裂片，并将裂片后的芯片按一定间隔距离进行排列成芯片阵列，在芯片阵列表面喷涂荧光粉层，通过调整喷粉温度、粉胶、稀释剂比例中任意一项或任意一项的组合，使荧光粉层粘附性增强，通过荧光粉层以高粘附低流动性在晶圆片表面粘附生长，使芯片顶面、侧面及相邻芯片之间的间隙均粘附荧光粉层；
步骤S3:待荧光粉层迁移停滞，初步凝固并紧致包覆在芯片顶面和侧面，且相邻的芯片之间只有底部薄层荧光粉层相互联结，停止喷粉，形成CSP封装结构中间体；
步骤S4:对进行完步骤S3的CSP封装结构中间体烘烤、固化，而后进行芯片测试、分选、重排，得到具有对称非透明荧光层结构的紧致贴合芯片的CSP封装结构。
进一步地，所述对称非透明荧光层结构，其顶面荧光粉层厚度为5～100μm可调节，其正投影轮廓面积不超出LED芯片轮廓面积的20％。
进一步地，所述LED芯片为倒装结构芯片。
本发明的优点在于：
(1)本发明中，位于LED芯片侧面的对称非透明荧光层自上而下厚度逐渐减小，位于LED芯片顶面的对称非透明荧光层正投影为矩形，因此，本发明中紧致贴合芯片的CSP封装结构能够顺利的通过本发明的制备方法来生长得到；
而该种生长方式，使得荧光粉层是紧随LED芯片的轮廓进行生长的，且由于荧光粉层在LED芯片侧面底部最薄，只在底部有少量粉胶与间隙中的荧光粉层连接，因此，可通过直接抓取的方式将包覆有荧光粉层的LED芯片从阵列中单独分离，无需经过后序切割；
最终得到的紧致贴合芯片的CSP封装结构中，其荧光粉层是以LED芯片外轮廓为基准且紧致贴合的，其芯片阵列的排列精度误差不影响荧光粉层在LED芯片侧壁的均匀性。
(2)采用本发明制备方法得到的紧致贴合芯片的CSP封装结构，其荧光粉层紧致贴附在芯片发光表面，荧光粉层非透明但荧光粉层厚度均匀，轮廓基本和芯片一致，可以准确进行固晶、电极对准等后续工艺，降低工艺难度，进而降低器件制备成本。且采用本发明中制备方法得到的封装结构，其荧光粉层厚度较薄，散热良好，有效地降低粉体温度，提高了粉胶的可靠度和发光效率。而传统的CSP封装膜层较厚、散热差，且由于只能看到荧光粉表面，芯片与焊盘无法实现精准定位，容易出现漏电，开路可靠性风险。
(3)本发明紧致贴合芯片的CSP封装结构，其荧光粉层呈紧致贴附的非透明对称结构，对称结构有利于改善芯片各方向出光均匀性，具有良好光型。而传统的CSP封装由于荧光粉分布均匀性、厚度、侧发光难以控制，一次喷涂入bin率低，且容易由于芯片摆放、切割误差使得CSP侧面胶厚不一致，影响侧面出光均匀性，导致光型不理想。
(4)本发明紧致贴合芯片的CSP封装结构的制备方法，通过调整喷粉温度、粉胶、稀释剂比例使荧光粉层粘附性增强，在喷涂和重力共同作用下使荧光粉层在芯片表面以高粘附低流动性自然粘附生长，在生长过程中荧光粉层逐渐凝固。本发明中高粘附低流动性是指喷涂混合荧光胶从脱离雾化喷嘴到沉积表面的飞行过程中形成粉、胶和稀释剂的微小液滴，在雾化作用下使得荧光胶中的稀释剂部分挥发，在接触到高温的沉积表面后，微小液滴中的稀释剂进一步挥发，形成高粘附低流动性的荧光胶，粘附生长在芯片表面和侧壁，很快停止迁移，使荧光胶层直接粘附在侧壁上，并非如传统CSP荧光胶层喷涂工艺中流动下滑和自下而上逐渐生长，形成微米级凝固效果，迁移距离不超过微米级。这种类似于物理气相沉淀(PVD)的生长方式，所形成结构主要与沉积层视角有关，从而形成贴附于芯片表面的对称结构，成本低廉，工艺流程简单且稳定，器件良率和封装加工效率大大提高。而传统的CSP封装由于荧光粉层流动性较强，喷涂过程中在芯片及间隙表面形成波浪型结构，需反复多次喷涂填平较厚的荧光层，工艺复杂且成本较高。
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1为传统CSP封装方式的间隙不一致的芯片阵列示意图。
图2为传统CSP封装方式中喷涂荧光粉层的芯片阵列示意图。
图3为传统CSP封装方式中再次切割后的芯片阵列示意图。
图4为传统CSP封装方式得到的具有不均匀荧光粉层的芯片结构。
图5为本发明紧致贴合芯片的CSP封装结构的横截面示意图。
图6为本发明紧致贴合芯片的CSP封装结构的顶面示意图。
图7为本发明紧致贴合芯片的CSP封装结构中间体的横截面示意图。
图8为传统CSP封装结构喷涂形成波浪型结构的横截面示意图。
图9为传统CSP封装结构最终喷涂形成矩形厚膜的横截面示意图。
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
本实施紧致贴合芯片的CSP封装结构，如图5和图6所示，包括一LED芯片1和包覆在LED芯片1顶面和侧面的对称非透明荧光层2，对称非透明荧光,2紧致包覆在LED芯片1顶面和侧面，位于LED芯片1侧面的对称非透明荧光层2自上而下厚度逐渐减小，位于LED芯片1顶面的对称非透明荧光层2正投影为矩形，且LED芯片1顶面的对称非透明荧光层2与LED芯片1侧面的对称非透明荧光层2的交界处为圆滑过渡。
本发明中，位于LED芯片侧面的对称非透明荧光层中，对称非透明荧光层的外轮廓线的曲线对应的直角坐标方程是y＝f(x)，且f(x)具有二阶导数y″，则外轮廓线的曲线对应的曲率K为：限定所述外轮廓线中，位于LED芯片侧面的1/2高度以上的对称非透明荧光层的外轮廓线的曲率平均值记作Kα，位于LED芯片侧面的1/2高度以下的对称非透明荧光层的外轮廓线的曲率平均值记作Kβ，Kα＞Kβ＞0。
如图7所示，为初步形成对称结构的紧致贴合芯片的CSP封装结构中间体，包括LED芯片1和紧致包覆在芯片1外围的凝固的粘附性荧光粉层3；其混合荧光胶在接触到温度为80～140℃的芯片表面时，稀释剂快速挥发，形成粘度系数为500～30000poise的高粘度低流动性荧光胶层，从而快速凝固成如图7所示的形状。因此，可通过直接抓取的方式将包覆有荧光粉层的LED芯片从阵列中单独分离，无需经过后序切割。优选高粘度低流动性材料的粘度系数为2000～20000poise。
如图8所示，为传统CSP封装制备过程中形成的波浪型荧光粉层结构，包括LED芯片1和未完全凝固的流动性荧光粉层4；其混合荧光胶所用稀释剂为高流动性的二甲苯，其粘度系数为0.67poise，甚至低于纯净水的1poise，且稀释剂比例较大，因此与硅胶和荧光粉混合接触到芯片表面时形成粘度系数为10～100poise的低粘度高流动性荧光胶层，从而沿着芯片阵列形成波浪型结构。随着喷涂过程继续进行，最终形成厚度较厚的矩形荧光粉层5，如图9所示。
本实施例紧致贴合芯片的CSP封装结构是通过以下步骤制备而成的：
步骤S1:对LED晶圆片进行检测；
步骤S2:对检测合格的晶圆片进行切割、裂片，并将裂片后的芯片按一定间隔距离进行排列成芯片阵列，在芯片阵列表面喷涂荧光粉层，通过调整喷粉温度、粉胶、稀释剂比例中任意一项或任意一项的组合，使荧光粉层粘附性增强，荧光粉层的粘度系数优选在2000～20000poise之间，通过荧光粉层以高粘附低流动性在晶圆片表面粘附生长，使芯片顶面、侧面及相邻芯片之间的间隙均粘附荧光粉层；
步骤S3:待荧光粉层迁移停滞，初步凝固并紧致包覆在芯片顶面和侧面，且相邻的芯片之间只有底部薄层荧光粉层相互联结，停止喷粉，形成CSP封装结构中间体；
步骤S4:对进行完步骤S3的CSP封装结构中间体烘烤、固化，而后进行芯片测试、分选、重排，得到具有对称非透明荧光层结构的紧致贴合芯片的CSP封装结构。
本实施例紧致贴合芯片的CSP封装结构，LED芯片1采用倒装结构芯片，其中，对称非透明荧光层结构，其顶面荧光粉层厚度为50μm，轮廓范围超出LED芯片轮廓范围的10％左右，侧壁荧光粉层自下而上从从15μm增厚到35μm，底部薄层荧光粉层为3μm，而位于LED芯片侧面的对称非透明荧光层的外轮廓线中，对应的曲率平均值Kα＝0.51，Kβ＝0.22。
本实施例紧致贴合芯片的CSP封装结构及其制备方法，其较薄的粘附性荧光粉层紧致贴附在芯片发光表面，各方向出光均匀，光型良好，且制备工艺简单、成本低廉、器件良率和封装加工效率大大提高。而传统的CSP封装结构制作过程中，其流动性荧光粉层产生的波浪型结构，需要反复喷涂填平以致形成较厚的荧光粉层，工艺繁琐，且易造成荧光粉层切割不均匀，而导致后续贴片困难，光型不一致等影响器件良率的问题。
本发明所述的紧致贴合芯片的CSP封装结构及其实施例封装方法，其较薄的紧致贴合荧光粉层有效地降低粉体温度，提高发光芯片散热性能，荧光粉层非透明但轮廓基本和芯片一致，可以准确进行固晶、电极对准等后续工艺，降低工艺难度，进而降低器件制备成本。仅有底部薄层荧光粉层相互联结，有利于芯片的准确切割，形成发光均匀的良好光型；其制备工艺简单且稳定，封装效率和器件良率大大提高。
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 (4)
1.一种紧致贴合芯片的CSP封装结构的制备方法，所述紧致贴合芯片的CSP封装结构包括LED芯片和包覆在LED芯片顶面和侧面的对称非透明荧光层，其特征在于：所述对称非透明荧光层紧致包覆在LED芯片顶面和侧面，位于LED芯片侧面的对称非透明荧光层自上而下厚度逐渐减小，位于LED芯片顶面的对称非透明荧光层正投影为矩形；
所述制备方法包括如下步骤：
步骤S1:对LED晶圆片进行检测；
步骤S2:对检测合格的晶圆片进行切割、裂片，并将裂片后的芯片按一定间隔距离进行排列成芯片阵列，在芯片阵列表面喷涂荧光粉层，通过调整喷粉温度、粉胶、稀释剂比例中任意一项或任意一项的组合，使荧光粉层粘附性增强，通过荧光粉层以高粘附低流动性在晶圆片表面粘附生长，使芯片顶面、侧面及相邻芯片之间的间隙均粘附荧光粉层；
步骤S3:待荧光粉层迁移停滞，初步凝固并紧致包覆在芯片顶面和侧面，且相邻的芯片之间只有底部薄层荧光粉层相互联结，停止喷粉，形成CSP封装结构中间体；
步骤S4:对进行完步骤S3的CSP封装结构中间体烘烤、固化，而后进行芯片测试、分选、重排，得到具有对称非透明荧光层结构的紧致贴合芯片的CSP封装结构。
2.根据权利要求1所述的紧致贴合芯片的CSP封装结构的制备方法，其特征在于：所述位于LED芯片侧面的对称非透明荧光层中，对称非透明荧光层的外轮廓线的曲线对应的直角坐标方程是y＝f (x)，且f (x)具有一阶导数y ′和二阶导数y″，则所述外轮廓线的曲线对应的曲率K为：限定所述外轮廓线中，位于LED芯片侧面的1/2高度以上的对称非透明荧光层的外轮廓线的曲率平均值记作Kα，位于LED芯片侧面的1/2高度以下的对称非透明荧光层的外轮廓线的曲率平均值记作Kβ，Kα＞Kβ＞0。
3.根据权利要求1所述的紧致贴合芯片的CSP封装结构的制备方法，其特征在于：所述对称非透明荧光层结构，其顶面荧光粉层厚度为5～100μm可调节，其正投影轮廓面积不超出LED芯片轮廓面积的20％。
4.根据权利要求2所述的紧致贴合芯片的CSP封装结构的制备方法，其特征在于：所述LED芯片为倒装结构芯片。
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