CN115064618B - 一种cob模组封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种COB模组封装方法，包括：提供一COB基板，COB基板上包括若干发光芯片组成的阵列；对COB基板表面非发光芯片区进行等离子冲击处理，使得COB基板表面非发光芯片区形成具有原子级凹坑的亲水表面；将不透光胶水涂覆在COB基板表面非发光芯片区形成第一胶层，使第一胶层与具有原子级凹坑的亲水表面充分接触，并对第一胶层做自流平处理，直至第一胶层的表面均一性偏差至10%‑50%范围内；采用透光胶水覆盖第一胶层和发光芯片上半部分形成第二胶层。本发明通过对基底进行前处理，实现了不透光胶层在基底上的自流平；自流平能够确保第一胶层厚度均匀，且第一胶层表面光洁平整，表观显示效果好。
Description
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，尤其是指一种COB模组封装方法。
背景技术
COB（板上芯片封装）技术是一门新兴的LED封装技术，和传统的SMD表贴式封装不同，它是将LED芯片集成在PCB板中，而非一颗颗焊接于PCB。该产品工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂（一般用掺银颗粒的环氧树脂）覆盖芯片安放点，然后将芯片直接安放在基底表面，热处理至芯片牢固地固定在基底为止，随后再用丝焊的方法在芯片和基底之间直接建立电气连接。COB封装如果裸芯片直接暴露在空气中，易受污染或人为损坏，影响或破坏芯片功能，于是就用胶把芯片和键合引线包封起来。人们也称这种封装形式为软包封。
在当前利用COB方法制作小间距LED显示屏模组的过程中，多采用压膜工艺。该压膜工艺先将液态材料注入在离型膜表面，然后LED显示屏模组基板的LED阵列朝下，在真空下采用压力压合的方法将模组压合，并使LED模组下的液态材料在高温下固化。这种压膜工艺由于压合压力较大，死灯等不良率较高且返修困难。
现有技术中为了解决上述问题在封装胶层与PCB板之间设置一层底涂胶层。虽然该方法能够有效加固LED芯片阵列的机械强度，减少后续工艺中LED芯片损坏或虚焊或脱焊的问题，但由于底涂胶层均匀性差，因此会造成背景反光不能被有效吸收、画面对比度较低，同时外观显示效果差、美观程度低。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中由于底涂胶均匀性差的缺陷，提供一种COB模组封装方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种COB模组封装方法，包括：
一种COB模组封装方法，包括：
S10：提供一COB基板，所述COB基板上包括若干发光芯片组成的阵列；
S20：对所述COB基板表面非发光芯片区进行等离子冲击处理，使得所述COB基板表面非发光芯片区形成具有原子级凹坑的亲水表面；
S30：将不透光胶水涂覆在所述COB基板表面非发光芯片区形成第一胶层，使所述第一胶层与具有原子级凹坑的所述亲水表面充分接触，并对所述第一胶层做自流平处理，直至所述第一胶层的表面均一性偏差至10%-50%范围内；
S40：采用透光胶水覆盖第一胶层和发光芯片上半部分形成第二胶层。
在本发明的一个实施例中，步骤S20中，采用在真空环境下以氢气和氩气、冲击频率为0.4MHz-15MHz、电源对应冲击频率设置的等离子冲击方式。
在本发明的一个实施例中，步骤S10中，采用在大气环境下以氧气和氩气体系、冲击频率为10MHz-15MHz、电源对应冲击频率设置的等离子冲击方式。
在本发明的一个实施例中，氩气的含量为氧气的10倍以上，喷头与基底之间的距离小于5mm，喷头的移动速度小于10mm/s。
在本发明的一个实施例中，步骤S20中，在进行等离子冲击前，利用加热的清洗剂对COB基板进行超声清洗，超声清洗的频率大于60kHz。
在本发明的一个实施例中，超声清洗后，对COB模组进行冷却并漂洗，取出后用冷风和静置吹干表面，再使用热风烘烤。
在本发明的一个实施例中，第一胶层的厚度为发光芯片高度的0.02-0.5倍。
在本发明的一个实施例中，第一胶层的厚度为0.02mm~0.1mm。
在本发明的一个实施例中，步骤S30中，不透光胶水的自流平通过在常温下的大气中静置实现。
在本发明的一个实施例中，在等离子冲击前，先检查发光芯片在基底上的固定情况。
在本发明的一个实施例中，步骤S30中，还对第一胶层进行固化及除湿。
在本发明的一个实施例中，不透光胶水为掺杂有黑色染料的环氧树脂胶、硅胶、UV胶或热熔胶。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.通过对基底进行前处理，实现了不透光胶层在基底上的自流平；
2.自流平靠胶水自重作用流动形成平整光滑表面能够确保第一胶层厚度均匀，且第一胶层表面光洁平整，表观显示效果好。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明COB模组结构示意图；
图2是本发明第一胶层厚度检测示意图；
图3是基底不作处理得到第一胶层厚度分布图；
图4是以压缩空气为原料，采用低频等离子冲击后第一胶层厚度分布图；
图5是在氢气和氩气体系下，采用低频等离子冲击后第一胶层厚度分布图；
图6是仅超声清洗后第一胶层厚度分布图；
图7是在超声+氢气和氩气下，采用低频等离子冲击后第一胶层厚度分布图；
图8是在超声+氢气和氩气下，采用高频等离子冲击后第一胶层厚度分布图；
图9是第二胶层模压示意图。
说明书附图标记说明：1、COB基板；2、发光芯片；3、第一胶层；4、第二胶层；5、模具。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，为本发明一种COB模组的封装方法示意图。以PCB板作为COB模组的基底，发光芯片2高度为0.85mm为例。本实施例的处理工艺包括：
S10：提供一COB基板1，所述COB基板1上包括若干发光芯片2组成的阵列。本实施例中即将发光芯片2固定在PCB板表面。
S20：而后对所述COB基板1表面非发光芯片区进行等离子冲击处理。即对PCB板表面无发光芯片2的区域进行等离子冲击。等离子冲击时等离子体中的大量离子、激发态分子及自由基等多种活性粒子，会高速轰击到PCB板表面，将PCB板内部的杂质冲出，带来额外污染。故本实施例中，选择能够与PCB板表面杂质进行反应的气体介质，同时使得COB基板即PCB板表面非发光芯片2的区域形成具有原子级凹坑的亲水表面。等离子体中的粒子能量在0~20eV之间，而PCB板表面杂质中大部分的键能在 0~10eV之间。因此等离子体通过等离子表面处理作用到PCB板表面后，能够将PCB板表面的原有的化学键破坏，营造出一种新的反应氛围，大大地激活了表面的活性，在放电气体中引入的反应性气体，会在活化的PCB板表面产生复杂的化学反应。在此过程生成产物分子，之后产物分子再解析形成气相，从而达到反应残余物脱离PCB板表面的效果，避免了额外污染。同时凹坑增大了PCB板表面的粗糙比例，提高了PCB板表面的粘合及浸润性能，即PCB板表面形成亲水面。
从而，S30：将不透光胶水涂覆在所述COB基板表面非发光芯片区形成第一胶层，使所述第一胶层与具有原子级凹坑的所述亲水表面充分接触，此时PCB板表面清洁无污染，且亲水性强，即使胶水相对其他液体粘性较大，其也能够快速向外扩散。当胶水量足够，胶水会根据表面的高低不同顺势流动，对表面进行自动找平，即不透光胶水在PCB板上自流平，使得第一胶层3表面平整性高。由于PCB板表面的亲水特性，不透光胶水形成的第一胶层3的厚度均一性偏差范围为10%-50%。而若不对PCB板进行本发明的前处理，则由于PCB板表面杂质和自身疏水特性的原因，胶水在PCB板表面流动性差，自流平的涂胶方式无法实现底涂胶的均匀和平整。第一胶层3覆盖PCB板上无发光芯片2的部分，弥补了PCB板自身厚度和色差带来的显示效果影响，使得COB模组的底色一致，从而具有良好的外观显示效果。
第一胶层3固化后，S40：采用透光胶水覆盖第一胶层3和发光芯片2上半部分形成第二胶层4。使得芯片被全封装，防止受污染或人为损坏。且即使封装后的总厚度存在误差，由于透光胶水不会由于厚度的变化影响色差，因此能够保证COB基板1表观的一致性。
采用本发明的处理工艺，使得基底成为亲水表面，从而在灌注第一胶层3时，能够利用自流平实现第一胶层3在整个基底上铺展的均匀，无需对第一胶层3进行模压等操作，避免了对发光芯片2的损伤。第一胶层3固化后，发光芯片2的底部被第一胶层3固定，从而再封装第二胶层4时，不会出现发光芯片2损坏或掉落的问题。且参照图9所示，由于PCB板基底表面的亲水性，少量胶水即可浸润大片区域，使得第一胶层3的厚度能够较薄，因此封装本发明第二胶层4的模具5相对单胶层封装可以不做改变，大大节省了成本。进一步的，本实施例中，发光芯片2为LED芯片，包括红色LED系芯片、蓝色LED芯片、绿色LED芯片中的至少一种。在本发明的其他实施例中，基底还可以是FPC基板或者玻璃基板等。
为验证本发明的效果，针对不同前处理工艺的COB基板1，测量第一胶层3的厚度。参照图2所示，首先，对经过S20处理后的COB基板1进行水平校准。具体的，测量连续三颗发光芯片2顶部的中心点是否在同一高度，若在，则COB基板1水平，若不在，则对COB基板1调平。其次将COB基板1划分为多个区域，测量区域内最高点与最低点的差值。最后计算各个区域内第一胶层3的高度，即为发光芯片2的高度减去差值。
参照图3所示，在不对PCB板进行前处理时，得到各区域第一胶层3的厚度差值较大，甚至存在第一胶层3未覆盖的区域，即无前处理工艺的COB基板1无法通过自流平实现第一胶层3的均匀平铺。在第一胶层3不均匀的情况下，COB基底颜色不一致，导致色差明显，表观一致性差，显示效果差。
参照图4所示，在等离子冲击的气体介质和工艺选型不佳的情况下，对自流平有副作用。比如以压缩空气作为原料，在大气环境下以小于1MHz的低频率进行等离子冲击。第一胶层3的厚度分布于各个区间，同时存在第一胶层3未覆盖的区域。这是因为PCB板上非金属的部分被冲击时，PCB板上存在焊盘和锡膏的区域其内部杂质被冲出，且不能通过反应被清洁，且冲击频率过低，因而等离子密度低，也不能通过等离子冲击带走杂质，故该区域自流平效果差。
基于此，在发明的实施例一中，等离子冲击在真空环境下采用氢气和氩气，冲击频率为40kHz-10MHz，电源对应冲击频率设置。氩气不参与反应，但能够加速解离，氢气能够清理金属表面的氧化物，发生还原反应，从而将PCB板上存在焊盘和锡膏的区域深度清洁，提高该位置的亲水性。同时冲击频率较低，意味着等离子能量高，从而在PCB板非金属区域表面形成凹坑，进一步降低PCB表面的疏水性，提高浸润性能，实现提高PCB板整体的亲水性。参照图5所示，经本实施例的等离子冲击后，PCB板能够全部被第一胶层3覆盖，且第一胶层3的厚度也较为集中，虽然仍存在部分区域第一胶层3厚度偏差较大，但已经可以看出在PCB板表面杂质被反应掉且出现凹坑形成亲水表面后，第一胶层3在PCB板表面自流平后的均匀性得到很大提高。本实施例中较低冲击频率对真空度要求也较低，从而气源和设备成本低。
进一步的，在本发明的实施例二中，为进一步提高第一胶层3的均匀性，在灌注不透光胶水前，首先对PCB板进行超声清洗。利用加热的清洗剂对COB基板1进行超声清洗，除去PCB板表面的助焊剂和其他有机成分。由于发光芯片2是贴在PCB板上的，当超声频率较低，发光芯片2会从PCB板上掉落，因此本实施例中，超声清洗的频率大于60kHz。同时超声清洗后仍有杂质附着于PCB板表面，为保证超声清洗的效果，超声清洗后，对COB基板1进行漂洗。具体的，完成超声清洗后，立即将COB基板1置入去离子水冷却并漂洗30s，后立即取出，使用冷风和静置吹干表面，再使用热风烘烤，温度为70-150℃，时间为1-2h。超声清洗实现了PCB板表面初步清洁，使得PCB板表面洁净，但此时PCB板表面仍为疏水界面。参照图6所示，直接对此时的PCB板进行灌胶，自流平后得到第一胶层3的厚度分布，可以看出PCB板上存在第一胶层3未覆盖的区域，即仅超声清洗，无法满足本发明中提高第一胶层3均匀性，以提高表观显示效果的要求。参照图7所示，在超声清洗后再次进行实施例一的等离子冲击，可以看出PCB板被第一胶层3全覆盖，且第一胶层3厚度低的区域大大减少，第一胶层3厚度集中，即第一胶层3的均匀性大大提高。
更进一步的，在本发明的实施例三中，相对实施例二，改变氢气和氩气等离子冲击的频率，提高至10MHz-15MHz。由于冲击频率提高，等离子能量降低，但密度增加，从而能够在PCB板表面形成更密集的凹坑，进一步提高了PCB板的亲水性。参照图8所示，PCB板被第一胶层3全覆盖，且不存在第一胶层3厚度低的区域，第一胶层3厚度集中，第一胶层3的均匀性好。
在本发明的另一优选实施例中，等离子冲击还可以在大气环境下采用氧气和氩气体系，采用10MHz-15MHz的高冲击频率，电源对应冲击频率设置。氧气被加速了的电子轰击成氧离子、自由基后，氧化性极强。基底表面的污染物，如助焊剂等，很快就会被氧化成二氧化碳和水，而被真空泵抽走，从而达到清洁表面的目的。同时高频冲击时等离子密度高，效果均匀，能够在PCB板表面轰击出密集的凹坑，保证PCB板的亲水性能。进一步的，由于冲击在大气环境下进行，因此COB模块的输送、冲击均可自动化实现，自动化程度高。为保证冲击效果，也可以在等离子冲击前进行超声清洗。为保证工作效果，氩气的含量为氧气的10倍以上，喷头与基底之间的距离小于5mm，喷头的移动速度小于10mm/s。
作为本发明的优选实施例，经过等离子冲击的PCB板表面形成亲水界面，因此即使少量胶水也能够在PCB板表面扩散浸润，形成厚度较薄的第一胶层3。具体的本实施例中第一胶层3的厚度为发光芯片2高度的0.02-0.5倍。优选的第一胶层3的厚度为0.02mm~0.1mm。在此厚度下，无需更改模压第二胶层4的模具5，节约成本。
进一步的，步骤S30中，不透光胶水的自流平通过在常温下的大气中静置实现。自流平时无需抽真空，因为抽真空本身有使发光芯片2表面挂胶的风险。自流平后，对第一胶层3进行固化及除湿，以便于第二胶层4的涂覆。固化根据胶水特性选择热固化或紫外固化，其中，热固化不可采用红外固化，原因是红外固化容易在胶水尚未完全固化时，将PCB板内的水汽排出，引起表面气泡。
更进一步的，在等离子冲击前，本实施例对COB基板1的质量进行管控，检查发光芯片2在基底上的固定情况。具体的，冲击前，判断COB基板1的固晶情况，即发光芯片2在PCB板上的固定情况。不可出现在仍然存在漏固、固偏，且尚未修补时，继续点胶的情况。对于固晶精度，本实施例要求偏差小于等于0.015mm，若COB沐足存在缺陷则进行返修后再进行冲击、涂胶的步骤。同时本实施例中不透光胶水为掺杂有黑色染料的环氧树脂胶、硅胶、UV胶或热熔胶。不透光胶水要求具有高流动性、高黑度、亮光表面、适宜的粘接力。高流动性的是为了确保不透光胶水可以顺利的填充到发光芯片2的底部，本实施例中，不透光胶水在温度为40℃ -60℃时，粘度小于600mPa；高黑度是为了降低后续模压制程带来的新的偏差，本实施例中，在Lab色坐标下，L<3。亮光表面也是为了保证最后产品的表观黑度，同时一定程度可以反射发光芯片2发光时的亮光，起到类似扩散粉的效果。适宜的粘接力是针对COB基板1底涂时新的需求，与传统BGA（Ball Grid Array Package，球珊阵列封装）底填或是模压选用胶水的需求均不同。BGA底填中，玻璃化转变温度Tg与热膨胀系数CTE相对更重要，因为胶水与BGA芯片接触表面积大，如果CTE不匹配，会导致胶体剥离；同时，BGA芯片的焊脚远大于发光芯片2的焊脚，每一颗BGA芯片实际需要用到的底填胶需求量大，如果一味的提高粘接力，可能导致焊脚的剥离，通常要求CTE1<60，CTE2<150，TG＞120；而对于COB基板1，一般只需要合适的粘接力，同时也需要较低的CTE，因为过大的粘接力，可能导致板材本身的翘曲，最终影响拼屏的效果，具体的，胶水的Die Shear推力大于50MPa，Lap Shear拉力大于10MPa，CTE1＜90，CTE2<200，TG＞90。
本发明中，不透光胶水在基底表面形成第一胶层3，由于基底表面亲水性好，不透光胶水能够在基底上自流平，且自流平后的第一胶层3能够全面覆盖基底表面，第一胶层3的厚度均匀，且自流平后的第一胶层3表面平整光滑，表观效果好。当发光芯片2发光时，射向侧面的部分光线和射向基底的光线都会被第一胶层3阻挡，从而减少相邻发光芯片2的光线干扰；第二胶层4覆盖在发光芯片2的上半部分，所以设置为透光胶层，不会阻挡发光芯片2的正向出光，以此减少混光现象的同时实现表观一致性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (11)
1.一种COB模组封装方法，其特征在于，包括：
S10：提供一COB基板，所述COB基板上包括若干发光芯片组成的阵列；
S20：对所述COB基板表面非发光芯片区进行等离子冲击处理，使得所述COB基板表面非发光芯片区形成具有原子级凹坑的亲水表面；且采用在真空环境下以氢气/氩气、冲击频率为0.4MHz-15MHz、电源对应冲击频率设置的等离子冲击方式；
S30：将不透光胶水涂覆在所述COB基板表面非发光芯片区形成第一胶层，使所述第一胶层与具有原子级凹坑的所述亲水表面充分接触，并对所述第一胶层做自流平处理，直至所述第一胶层的表面均一性偏差至10%-50%范围内；
S40：采用透光胶水覆盖第一胶层和发光芯片上半部分形成第二胶层。
2.一种COB模组封装方法，其特征在于，包括：
S10：提供一COB基板，所述COB基板上包括若干发光芯片组成的阵列；
S20：对所述COB基板表面非发光芯片区进行等离子冲击处理，使得所述COB基板表面非发光芯片区形成具有原子级凹坑的亲水表面；且采用在大气环境下以氧气/氩气体系、冲击频率为10MHz-15MHz、电源对应冲击频率设置的等离子冲击方式；
S30：将不透光胶水涂覆在所述COB基板表面非发光芯片区形成第一胶层，使所述第一胶层与具有原子级凹坑的所述亲水表面充分接触，并对所述第一胶层做自流平处理，直至所述第一胶层的表面均一性偏差至10%-50%范围内；
S40：采用透光胶水覆盖第一胶层和发光芯片上半部分形成第二胶层。
3.根据权利要求2所述的一种COB模组封装方法，其特征在于，氩气的含量为氧气的10倍以上，喷头与基底之间的距离小于5mm，喷头的移动速度小于10mm/s。
4.根据权利要求1或2所述的一种COB模组封装方法，其特征在于，步骤S20中，在进行等离子冲击前，利用加热的清洗剂对COB模组进行超声清洗，超声清洗的频率大于60kHz。
5.根据权利要求4所述的一种COB模组封装方法，其特征在于，超声清洗后，对COB模组进行冷却并漂洗，取出后用冷风和静置吹干表面，再使用热风烘烤。
6.根据权利要求1或2所述的一种COB模组封装方法，其特征在于，第一胶层的厚度为发光芯片高度的0.02-0.5倍。
7.根据权利要求6所述的一种COB模组封装方法，其特征在于，第一胶层的厚度为0.02mm~0.1mm。
8.根据权利要求1或2所述的一种COB模组封装方法，其特征在于，步骤S30中，不透光胶水的自流平通过在常温下的大气中静置实现。
9.根据权利要求1或2所述的一种COB模组封装方法，其特征在于，在等离子冲击前，先检查发光芯片在基底上的固定情况。
10.根据权利要求1或2所述的一种COB模组封装方法，其特征在于，步骤S30中，还对第一胶层进行固化及除湿。
11.根据权利要求1或2所述的一种COB模组封装方法，其特征在于，不透光胶水为掺杂有黑色染料的环氧树脂胶、硅胶、UV胶或热熔胶。
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