CN111180355B - 一种具有玻璃化转变温度的模材的分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有玻璃化转变温度的模材的分离方法，将未切割前的高分子模材，在拉伸状态下，保持模材的弹性态，特定温度下切割，使得切割后的单体模材在自身的收缩作用下，得到切割的截面平整，尺寸大小合适的模材单体。本发明的优点在于：本发明的切割方法应力释放效果明显，且无质量损失，具有较高的切割分离良率。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装技术领域，特别涉及一种具有玻璃化转变温度的模材的分离方法。
背景技术
目前绝大部分高分子材料的模材在分离的过程中，常用的方法主要有以下几种：辐射能量即激光切割、高速旋转飞轮切割、刀具劈裂及冲切。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，直接沿模材的切割道将模材进行气化后，分离得到单体模材，但激光产生的聚焦点温度过高，会导致模材变形，且成本很高。而飞轮切割使用的刀具及设备成本高，切割时由于需要一行一行的走道切割，产能效率低，并且需要高压的超纯去离子水进行清洗，进一步增加了加工成本，且由于飞轮切割会产生锯屑，带来模材的质量的损失。刀具劈裂则是利用机械力直接作用在模材的切割道上，实现模材的分离，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，切割过程中存在较大的应力作用，在劈裂后会有相邻模材分离不完全，甚至劈裂失败的情况发生，将导致模材切割分离的良品率下降。
而在LED领域内常见的冲切在高分子材料的模材领域内还未见成功的案例报道。主要原因如图1-4所示，由于常规冲切在室温下进行，此时切割温度处于硅胶的玻璃化温度以下，硅胶呈现玻璃化态即固体。而切割刀具本身具有一定的厚度，在向下切割时对切割面两侧的封装体具有明显的挤压力的作用。且这种挤压力会往两侧的方向横向延伸，依次作用在各相邻的封装体上，容易使得切割分离后的LED封装体在多次的挤压应力作用下形变严重，且切割后易造成中间部位鼓起，无法实现下一步的切割后后续的分离，最终造成LED封装体切割分离的良品率较低。
目前LED光源的模材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(Tg)，即由高弹态转变为玻璃态时所对应下的温度，如：常用CSP模材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，LED光源的模材在不同的温度下，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LED光源模材材料相应的形变量也不同。
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LED光源之间的LED模材材料呈现玻璃化即固态，此时在切割过程中存在较大的应力；当应力到一定程度时，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LED光源之间的分离；当使未分离的相邻LED光源之间的模材材料加热到玻璃化温度附近即玻璃化转化区域，如图5所示为不同温度下LED模材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6所示为理论情况下不同温度下LED模材变形关系曲线示意图，可见在该平坦区域内LED模材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LED光源切割后进行分离；若使未分离的相邻LED光源之间的模材材料加热到接近或大于粘流温度Tf时，即粘流转换区域及粘流区域，在如图7所示为不同温度下LED模材变形关系曲线示意图，可见当加热到远高于玻璃化温度，即接近或大于粘流温度Tf后，其材料的形变值呈陡峭变大趋势，模材材料将发生严重形变，此时不利于得到矩形LED光源。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有玻璃化转变温度的模材的分离方法，将未切割前的高分子模材，在拉伸状态下，保持模材的弹性态，特定温度下切割，使得切割后的单体模材在自身的收缩作用下，得到切割的截面平整，尺寸大小合适的模材单体。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有玻璃化转变温度的模材的分离方法，其创新点在于：所述分离方法依次包括扩膜工序、切割工序和二次扩膜，
扩膜工序：首先对未切割的具有玻璃化转变温度的模材进行加热并保温；然后对保温状态下的具有玻璃化转变温度的模材进行扩膜，使得具有玻璃化转变温度的模材整体处于拉伸状态；
切割工序：采用冲切的方式对处于拉伸状态的具有玻璃化转变温度的模材进行冲切分离；
二次扩膜：将冲切后的模材进行二次扩膜得到完全分离开的模材单体；
所述扩膜工序中的加热与保温温度范围满足以下条件：
(1)将模材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为模材模量，T为模材温度；
限定上述函数表达式M＝f(T)形成的关系曲线中，温度T在高于模材自身对应的玻璃转化温度Tg时，且模材处于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＝TL(min)，且TL(min)为上述二阶导数表达式形成的关系曲线中的最高点，且三次导数等于零时所对应的温度值；
(2)TL＝TL(min)～TL(max)，且Tg＜TL(min)＜TL(max)＜Tf，其中，Tg为模材的玻璃化温度，Tf为模材的粘流温度。
进一步地，所述切割工序中，将扩膜后的具有玻璃化转变温度的模材转移到平板上，并将平板加热至Tcut，且保持该温度不变，在该温度下采用冲切进行冲切分离。
进一步地，所述切割温度Tcut满足以下条件：Tg＜Tcut＜Tf。
进一步地，所述切割工序中，对处于拉伸状态的具有玻璃化转变温度的模材进行多次和多方向冲切。
本发明的优点在于：本发明一种具有玻璃化转变温度的模材的分离方法，将未切割前的模材，在特定温度下拉伸下，保持模材的弹性态，特定温度下切割，使得切割后的模材在自身的收缩作用下，得到切割的截面平整，尺寸大小合适的模材单体；本发明的分离方法应力释放效果明显，且无质量损失，具有较高的切割分离良率。
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LED光源常规切割前的结构状态示意图。
图2为LED光源常规切割第一刀的结构状态示意图。
图3为LED光源常规切割第一刀的结构状态示意图。
图4为单体LED光源常规切割后的结构状态示意图。
图5为不同温度下LED模材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6为不同温度下LED模材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切割操作温度。
图7为不同温度下LED模材材料变形曲线示意图。
图8为本发明LED光源切割前未加热拉伸的结构状态示意图。
图9为本发明LED光源切割前加热拉伸后的结构状态示意图。
图10为本发明LED光源切割第一刀的结构状态示意图。
图11为本发明LED光源切割第二刀的结构状态示意图。
图12为本发明单体LED光源切割后的结构状态示意图。
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
本实施例具有玻璃化转变温度的模材的分离方法，该实施例中具有玻璃化转变温度的模材为具有透明或半透明层的LED光源，如图8所示，LED光源阵列中LED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，该分离方法包括：
步骤1：扩膜工序：首先对未切割的LED光源半成品基片进行加热并保温，未切割的LED光源半成品基片包括若干呈阵列分布的芯片，以及以阵列分布的芯片为整体进行封装的封装层；扩膜工序中的加热与保温温度范围满足以下条件：
(1)将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Tg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＝TL(min)，且TL(min)为上述二阶导数表达式形成的关系曲线中的最高点，且三次导数等于零时所对应的温度值；
(2)TL＝TL(min)～TL(max)，且Tg＜TL(min)＜TL(max)＜Tf，其中，Tg为封装层的玻璃化温度，Tf为封装层的粘流温度；
然后对保温状态下的LED光源半成品基片进行扩膜，使得LED光源半成品基片整体处于拉伸状态，如图9所示，加热拉伸后，硅胶层厚度减小，保持硅胶的橡胶弹性平坦区温度，在该温度下进行切割；由于硅胶层处于弹性拉伸状态，因而未切割前整个封装体处于向内收缩力的作用；具体的扩膜工艺为LED领域公知技术，这里不再赘述；
步骤2：切割工序：将扩膜后的LED光源半成品基片转移到平板上，并将平板加热至Tcut，且保持该温度不变，在该温度下采用冲切进行持续的多次和多方向冲切；Tcut满足以下条件：
且Tg＜Tcut＜Tf。
如图10和11所示，切割时，由于切割刀具本身具有一定的厚度，在向下切割时对切割面两侧的封装体具有明显的挤压力的作用，且这种挤压力会往两侧的方向延伸，依次作用在各相邻的封装体上；而此时硅胶处于橡胶弹性平坦区温度，具有良好的弹性恢复能力，即切割面的硅胶会在收缩力的作用下，弹回未拉伸前的尺寸；如图12所示，切割后的单体LED光源，在自收缩力的作用下，尺寸可恢复到预期的尺寸，同时单体LED光源的厚度也恢复到原来的预期的厚度；
步骤3：二次扩膜：将整体切割后的LED光源半成品基片倒模到白膜上，在扩膜机上进行二次扩膜，扩膜温度保持在50-90℃，且扩膜温度大于Tcut，扩膜后得到相互完全分离的单体LED光源。
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)
1.一种具有玻璃化转变温度的模材的分离方法，其特征在于：所述分离方法依次包括扩膜工序、切割工序和二次扩膜，
扩膜工序：首先对未切割的具有玻璃化转变温度的模材进行加热并保温；然后对保温状态下的具有玻璃化转变温度的模材进行扩膜，使得具有玻璃化转变温度的模材整体处于拉伸状态；
切割工序：采用冲切的方式对处于拉伸状态的具有玻璃化转变温度的模材进行冲切分离；
二次扩膜：将冲切后的模材进行二次扩膜得到完全分离开的模材单体；
所述扩膜工序中的加热与保温温度范围满足以下条件：
(1)将模材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为模材模量，T为模材温度；
限定上述函数表达式M＝f(T)形成的关系曲线中，温度T在高于模材自身对应的玻璃转化温度Tg时，且模材处于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＝TL(min)，且TL(min)为上述二阶导数表达式形成的关系曲线中的最高点，且三次导数等于零时所对应的温度值；
(2)T＝TL(min)～TL(max)，且Tg＜TL(min)＜TL(max)＜Tf，其中，Tg为模材的玻璃化温度，Tf为模材的粘流温度。
2.根据权利要求1所述的具有玻璃化转变温度的模材的分离方法，其特征在于：所述切割工序中，将扩膜后的具有玻璃化转变温度的模材转移到平板上，并将平板加热至切割温度Tcut，且保持该温度不变，在该温度下采用冲切进行冲切分离。
3.根据权利要求2所述的具有玻璃化转变温度的模材的分离方法，其特征在于：所述切割温度Tcut满足以下条件：Tg＜Tcut＜Tf。
4.根据权利要求1或2所述的具有玻璃化转变温度的模材的分离方法，其特征在于：所述切割工序中，对处于拉伸状态的具有玻璃化转变温度的模材进行多次和多方向冲切。
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