CN113130727A - Led芯片装贴方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED芯片装贴方法，包括：提供抓取装置，所述抓取装置包括若干抓取头，所述抓取头的表面沉积有助焊胶；移动所述抓取头使所述抓取头的助焊胶接触所述芯片；固化所述助焊胶使得芯片与抓取头粘结；其中，所述芯片上设置有焊料；移动所述抓取头，使所述芯片对准基板上的电极对；加热融化所述焊料，使所述芯片与所述基板粘结。
Description
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其涉及一种LED芯片装贴方法。
背景技术
miniled和microled是两种尺寸为毫米级别的发光二极管(LED)，具有高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点。此外，miniled和microled体积小、轻薄，还能轻易实现节能的效果。
制作miniled显示屏或microled显示屏时，需要将成千上万颗miniled芯片转移固晶。对于miniled显示屏，通常采用锡膏印刷-固晶-回流焊的传统方式，逐个或少量将miniled芯片转移并焊接到基板上。这种方法装贴速度比较慢，通常低于50K/小时；且受限于印刷和固晶的精度，miniled芯片的尺寸不能太小，一般要大于3*5mil才可以操作。对于microled显示屏，一般采用巨量转移的方式对microled芯片进行装贴。目前有主流的转移方式主要是激光转移技术、范德瓦尔斯力转移技术、静电吸附转移技术和电磁吸附转移技术。但这些技术都还不算成熟，良品率不高，仅能支持到打样阶段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片装贴方法以及一种抓取装置，旨在解决针对miniled芯片或microled芯片的现有装贴方法，贴装效率低或贴装技术不成熟，良品率低的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供第一方面一种LED芯片装贴方法，包括以下步骤：
提供抓取装置，所述抓取装置包括若干抓取头，所述抓取头的表面沉积有助焊胶；
移动所述抓取头使所述抓取头的助焊胶接触所述芯片；其中，所述芯片上设置有焊料；
固化所述助焊胶使得芯片与抓取头粘结；
移动所述抓取头，使所述芯片对准基板上的电极对；
加热融化所述焊料，使所述芯片与所述基板粘结。
本发明提供的LED芯片装贴方法，提供设置有抓取头的抓取装置，先从芯片膜上批量抓取LED芯片；然后将LED芯片转移至待装贴的基板上，通过控温程序，实现LED芯片在所述基板上的固定，并在助焊胶为液态时移除抓取装置，完成LED芯片的批量装贴。相对于LED芯片的传统装贴方法，本发明提供的装贴方法，原理简单，可操作性强，更重要的是，可以大幅提升LED芯片特别是microled芯片和miniled芯片的装贴速度，有利于推进microled芯片和miniled芯片装贴产品的量产。以miniled芯片锡膏印刷-固晶-回流焊的传统方法为例，本发明提供的方法装贴速度可提升一百倍以上，可达5000K/小时。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的LED芯片装贴方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的抓取装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的抓取装置中的抓取头与LED芯片的对应关系示意图；
图4是本发明实施例提供的在抓取板形成抓取头的表面沉积助焊胶后的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的将抓取头对准LED芯片，使得每一所述抓取头的助焊胶接触一所述芯片的示意图；
图6是本发明实施例提供的抬起抓取装置，实现LED芯片的批量抓取的示意图；
图7是本发明实施例提供的按照显示屏中LED芯片的预设排布，将抓取装置抓取的LED芯片转移并贴合至基板上的示意图；
图8是本发明实施例提供的将助焊胶降温处理后，移除所述抓取装置的示意图；
图9是本发明实施例提供的批量转移并装贴R,G,B三色芯片制作LED显示屏的示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
如图1-9所示，本发明提供一种LED芯片装贴方法，包括以下步骤，如图1所示：
S01.提供抓取装置，所述抓取装置包括若干抓取头，所述抓取头的表面沉积有助焊胶；
S02.移动所述抓取头使所述抓取头的助焊胶接触所述芯片；其中，所述芯片上设置有焊料；
S03.固化所述助焊胶使得芯片与抓取头粘结；
S04.移动所述抓取头，使所述芯片对准基板上的电极对；
S05.加热融化所述焊料，使所述芯片与所述基板粘结。
本发明实施例提供的LED芯片装贴方法，提供设置有抓取头的抓取装置，先从芯片膜上批量抓取LED芯片；然后将LED芯片转移至待装贴的基板上，通过控温程序，使焊料先熔化后固化，实现LED芯片在所述基板上的固定，并在助焊胶为液态时移除抓取装置，完成LED芯片的批量装贴。相对于LED芯片的传统装贴方法，本发明提供的装贴方法，原理简单，可操作性强，更重要的是，可以大幅提升LED芯片特别是microled芯片和miniled芯片的装贴速度，有利于推进microled芯片和miniled芯片装贴产品的量产。以miniled芯片锡膏印刷-固晶-回流焊的传统方法为例，本发明提供的方法装贴速度可提升一百倍以上，可达5000K/小时。
具体的，上述步骤S01中，提供用于抓取并批量转移LED芯片的抓取装置。如图2所示，所述抓取装置包括包括抓取板及凸出于所述抓取板的若干抓取头。所述抓取装置中的抓取头可以根据要转移的LED芯片的数量和布置进行布设。本发明实施例中，如图3所示，所述抓取板至少布置有与显示屏中同类别LED芯片的预设排布对应的抓取头。
在一些实施例中，所述抓取装置至少包括与显示屏中同类别LED芯片对应的多个抓取头，从而一次实现同类别所有LED芯片的批量转移。在一些实施例中，所述抓取装置包括与显示屏中两种或两种以上的类别LED芯片对应的多个抓取头，从而一次实现种或两种以上类别的所有LED芯片的批量转移。在一些实施例中，所述抓取装置包括与显示屏中所有LED芯片对应的多个抓取头。上述实施例中，所述同类别LED芯片是指具有同样属性的LED芯片的集合，如所述同类别LED芯片为显示屏中具有相同颜色的LED芯片集。
所述抓取头的表面沉积有助焊胶。本发明实施例中，所述助焊胶具有以下相变特性：所述助焊胶具有标记为T0的相变温度；当所述助焊胶的温度≥T0时，所述助焊胶为液态，且在温度低于T0后发生固化。即所述助焊胶在温度为T0时能够可逆地在固态和液态之间转化，且在温度高于T0时呈液态。
在一些实施例中，为了方便助焊胶在抓取装置特别是抓取头上的沉积，所述助焊胶的初始状态为液态。液态的助焊胶可以通过溶液加工法在抓取头的表面直接沉积。在这种情况下，助焊胶在第一次加热至T0时，保持液态；在降温至低于T0后，由液态变为固态；在后续的升降温处理中，所述助焊胶在温度为T0时能够可逆地在固态和液态之间转化，且在温度高于T0时呈液态。在一些实施例中，所述助焊胶的初始状态为固态，此时，需要将所述助焊胶溶化后沉积在抓取装置的至少部分表面。
在一些实施例中，所述助焊胶的主要成分为：树脂、有机酸活化剂、触变剂和溶剂。在一些实施例中，以所述助焊胶的重量百分含量为100％计，各主要成分的含量如下：
其中，所述树脂作为基体成分，同时作为其他成分的载体和粘结剂，在芯片装贴结束后残留在芯片的四周，起到保护和加固的作用；所述有机酸活化剂作为助焊剂，在芯片和基板的电极焊接的过程中，起到去除金属表面氧化层的目的；所述触变剂和所述溶剂用于调节助焊胶的粘度。
在上述实施例的基础上，根据助焊胶的类型的不同，所述树脂选自环氧树脂树脂、丙烯酸树脂，但不限于次。在一些实施例中，所述有机酸活化剂可选自二乙胺盐酸盐，二乙胺溴氢酸盐环乙胺盐酸盐中的至少一种，但不限于次。在一些实施例中，所述触变剂可选自气相二氧化硅、有机膨润土、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的至少一种。在一些实施例中，所述溶剂选自苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚中的至少一种。
本发明实施例所述抓取头的表面沉积有助焊胶。在一些实施例中，至少在所述多个抓取头的表面沉积所述助焊胶，通过抓取头表面助焊胶的相变特性，来固定并抓取待转移的LED芯片。
在一些实施例中，在所述多个抓取头的表面沉积所述助焊胶的步骤中，所述助焊胶覆盖所述抓取板形成所述抓取头的表面，如图4所示。在这种情况下，一方面，整面覆盖助焊胶，可以提高助焊胶在抓取装置表面的可加工性；另一方面，在下述步骤将所述抓取头对准芯片膜，使得每一所述抓取头的助焊胶接触一所述芯片，压合处理时，有足够的焊接胶包裹住LED芯片边缘，提高抓取头抓取LED芯片的牢固度。
在一些实施例中，所述抓取头的端部与所述抓取板的距离大于或等于所述助焊胶的厚度。所述抓取头的端部与所述抓取板的距离小于所述助焊胶的厚度，则焊接胶填充在抓取头之间，那么，在将所述抓取装置对准芯片膜，使得每一所述抓取头的助焊胶接触一所述芯片的步骤中，抓取头之间填充的助焊胶会与芯片膜上的其他不需要转移的LED芯片粘合，打乱芯片膜LED芯片的排布，导致其不能按照预设排布装贴在待装贴的基板表面。
在一些实施例中，所述助焊胶的厚度为20μm～30μm。在这种情况下，将所述抓取装置对准芯片膜，使得每一所述抓取头的助焊胶接触一所述芯片的步骤中，抓取头表面的助焊胶受挤压冲从边缘逸出，包裹LED芯片边缘至少四分之一的高度，经固化后，抓取头能够夹住LED芯片，将LED芯片转移。
上述步骤S02中，准备待装贴的芯片。在一些实施例中，提供一芯片膜，所述芯片膜上矩阵设置有多个LED芯片。其中，所述LED芯片为制备LED显示屏的常规LED芯片，且LED芯片按照LED显示屏中至少部分LED的预设排布在芯片膜上。特别的，所述LED芯片为miniled芯片或microled芯片，此时，本发明实施例提供的批量装贴的方法，可以更明显的提高封装效率。
所述LED芯片设置有焊料，所述焊料在下述步骤S04与基板上的电极电性结合。所述LED芯片的焊料与所述芯片膜接触，并使得所述LED芯片上的焊料外露，进而与下述步骤S04中基板上的电极结合。
在一些实施例中，所述助焊胶的相变温度为T0，所述焊料的熔点为Ti，且Ti＞T0。此时，可以将焊料加热至温度在Ti以上使所述芯片上的焊料熔化；然后通过降温处理以使得所述芯片上的焊料固化且所述助焊胶保持熔化状态，将LED芯片焊接固定在基板表面；同时，使得助焊胶保持液态，实现抓取装置的移除。
在一些实施例中，所述T0、所述Ti满足：Ti-T0≥10℃。此时，可以将焊料加热熔化后，至少有10℃的降温空间使焊料固化，将LED芯片焊接固定在基板表面；同时，使得助焊胶的温度维持在≥T0的水平，保持液态，实现抓取装置的移除。
在一些实施例中，所述T0、所述Ti满足：40℃≤Ti-T0≤60℃。此时，焊料的熔点与助焊胶的相变温度之间相差40℃～60℃，在将所述芯片固定在所述基板上的步骤中，有更大的降温空间，从而可以更灵活地选择降温程序，在确保焊料固化，且助焊胶处于熔融状态的情况下，将抓取装置移除。在具体实施例中，Ti与T0之间温差为40℃、42℃、45℃、48℃、50℃、52℃、55℃、58℃、60℃。
在一些实施例中，所述焊料含锡，包括但不限于锡、锡合金，其中，锡合金包括但不限于锡铋合金。
本发明实施例中，参考图5，移动所述抓取头使所述抓取头的助焊胶接触所述芯片。具体的，将所述抓取头对准芯片膜，使得每一所述抓取头的助焊胶接触一所述芯片。如图6所示，在抓取LED芯片后，将抓取头抬起。其中，将所述抓取装置对准芯片膜时，使抓取后的LED芯片中焊料外露，以便在下述步骤中与基板中的电极接触。在一些实施例中，将所述抓取头进行压合处理，使抓取头上沉积的助焊胶受挤压逸流至LED芯片边缘，并包裹LED芯片。
上述步骤S03中，固化所述助焊胶使得芯片与抓取头粘结。在一些实施例中，所述助焊胶的相变温度标记为T0，将所述助焊胶加热至温度≥T0后，然后降温固化处理，使助焊胶由液态转变为固态，从而使助焊胶固化并夹持住LED芯片。在一些实施例中，固化所述助焊胶的步骤中，将沉积在抓取头表面的助焊胶加热至T0，保温处理10s～30s后，降温使所述助焊胶固化。
上述步骤S04中，移动所述抓取头，使所述芯片对准基板上的电极对。在一些实施例中，所述基板为线路板。
如图7所示，按照显示屏中LED芯片的预设排布，将所述抓取装置抓取的LED芯片转移并贴合至所述基板上。将LED芯片贴合至所述基板上时，LED芯片上焊料与基板上的电极对接，实现LED芯片与基板的电性连接。
上述步骤S05中，加热融化所述焊料，使所述芯片与所述基板粘结。在一些实施例中，所述加热融化所述焊料的方法为：加热所述抓取头，融化所述助焊胶以使得所述芯片上的焊料融化，将所述芯片与所述基板粘结。在一些实施例中，加热融化所述焊料，将所述芯片与所述基板粘结的步骤包括：加热所述抓取头，融化所述助焊胶以使得所述芯片上的焊料融化；降温处理以使得所述芯片上的焊料固化且所述助焊胶保持熔化状态，将所述芯片固定在所述基板上。在一些实施例中，加热所述抓取头，融化所述助焊胶以使得所述芯片上的焊料融化；降温处理以使得所述芯片上的焊料固化且所述助焊胶保持熔化状态的方法为：加热所述抓取头，使所述助焊胶的温度高于或等于Ti，保温处理10s～30s；然后降温至所述助焊胶的温度为T0，保温处理30s～60s。
在一些实施例中，加热所述抓取头至温度在Ti以上，使所述芯片上的焊料熔化；降温处理以使得所述芯片上的焊料固化且所述助焊胶保持熔化状态，将所述芯片固定在所述基板上。
如图8所示，将所述助焊胶加热至温度高于或等于Ti，使焊料熔化，将LED芯片与基板粘结在一起。进一步的，降温处理使得所述芯片上的焊料固化，实现使LED芯片在基板上的焊接，将所述芯片固定在所述基板上；同时，使所述助焊胶保持熔化状态。在一些实施例中，降温处理且使得温度不低于T0，以使得所述芯片上的焊料固化且所述助焊胶保持熔化状态，将所述芯片固定在所述基板上。
在一些实施例中，加热所述抓取头至温度在Ti以上，使所述芯片上的焊料熔化；降温处理且使得温度不低于T0的步骤中，先将所述助焊胶加热至温度高于或等于Ti，保温处理10s～30s；然后降温至T0，保温处理30s～60s。
所述芯片上的焊料固化且所述助焊胶保持熔化状态后，移除所述抓取装置，实现LED芯片的批量转移和装贴。
在一些实施例中，所述同类别LED芯片为显示屏中具有相同颜色的LED芯片集。此时，参照图9，当LED显示屏中含有多种不同类别如不同颜色的LED芯片时，需要将显示屏中各类别LED芯片，依次经上述步骤S01至S06的处理，转移并贴合至基板，完成整个LED显示屏的制作。下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种LED芯片装贴方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11.提供助焊胶；所述助焊胶选自深圳市福英达工业技术有限公司的型号为EF-X的助焊胶。
S12.提供抓取装置，所述抓取装置包括抓取板及凸出于所述抓取板的多个抓取头，所述多个抓取头照显示屏基板上的像素间距分布；
S13.在所述多个抓取头的表面喷涂厚度为20微米-30微米的助焊胶；
S14.将所述抓取装置对准芯片膜，压下并与芯片批量贴紧，使得每一所述抓取头的助焊胶接触一所述芯片。将所述抓取头加热到200℃保持20秒；再降温到室温，助焊胶固化并抓住芯片；其中，所述芯片上设置有焊料。
S15.移动所述抓取装置，使所述抓取装置上的每一所述芯片压住基板上的一电极对，放下并压紧。加热所述抓取头至260℃维持10-30秒，温度透过芯片传导到芯片或基板电极上的焊料，导致芯片或基板上的焊料融化，将所述芯片与所述基板粘结；将温度降低到200℃，保持30秒-60秒，使焊料固化并将芯片与基板焊接到一起。此时助焊胶还是液体状态，抬起抓取头，芯片被焊接到基板上，完成了芯片的批量转移与焊接。
实施例2
一种LED芯片装贴方法，其特征在于，包括以下步骤：
重复实施例1的步骤S13至S15三次，分别批量装贴R,G,B三种芯片中一种，将R,G,B三色芯片都转移到基板上。完成miniled/microled显示屏制作工艺制程中芯片的批量转移和焊接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种LED芯片装贴方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供抓取装置，所述抓取装置包括若干抓取头，所述抓取头的表面沉积有助焊胶；
移动所述抓取头使所述抓取头的助焊胶接触所述芯片；其中，所述芯片上设置有焊料；
固化所述助焊胶使得芯片与抓取头粘结；
移动所述抓取头，使所述芯片对准基板上的电极对；
加热融化所述焊料，使所述芯片与所述基板粘结。
2.如权利要求1所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，所述助焊胶的相变温度为T0，当所述助焊胶的温度≥T0时，所述助焊胶为液态，且在温度低于T0后发生固化；
所述焊料的熔点为Ti，且Ti＞T0。
3.如权利要求2所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，所述T0、所述Ti满足：Ti-T0≥10℃。
4.如权利要求3所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，所述T0、所述Ti满足：40℃≤Ti-T0≤60℃。
5.如权利要求1至4任一项所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，所述加热融化所述焊料的方法为：
加热所述抓取头，融化所述助焊胶以使得所述芯片上的焊料融化。
6.如权利要求5所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，加热融化所述焊料，使所述芯片与所述基板粘结的步骤包括：加热所述抓取头，融化所述助焊胶以使得所述芯片上的焊料融化；降温处理以使得所述芯片上的焊料固化且所述助焊胶保持熔化状态，将所述芯片固定在所述基板上。
7.如权利要求6所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，加热所述抓取头，融化所述助焊胶以使得所述芯片上的焊料融化；降温处理以使得所述芯片上的焊料固化且所述助焊胶保持熔化状态的方法为：加热所述抓取头，使所述助焊胶的温度高于或等于Ti，保温处理10s～30s；然后降温至T0，保温处理30s～60s。
8.如权利要求1至4、6、7任一项所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，所述抓取头的表面沉积有助焊胶的方法包括：在抓取头表面沉积助焊胶后加热至T0，保温处理10s～30s后，降温直至所述助焊胶固化。
9.如权利要求1至4、6、7任一项所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，所述抓取头的端部与所述抓取板的距离大于或等于所述助焊胶的厚度。
10.如权利要求9所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，所述助焊胶的厚度为20μm～30μm。
11.如权利要求1至4、6、7、10任一项所述的LED芯片装贴方法，其特征在于，所述助焊胶的主要成分为：树脂、有机酸活化剂、触变剂和溶剂，各主要成分的含量如下：
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