一種模具法螢光粉膠層塗覆工藝的製作方法
2023-09-13 18:53:30 2
一種模具法螢光粉膠層塗覆工藝的製作方法
【專利摘要】一種模具法螢光粉膠層塗覆工藝，製作矽基板模具，配置螢光粉膠；將晶片和陶瓷基板共晶，並清洗，去除表面雜質；固定矽基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板；點塗螢光粉膠；固化和脫模；長烤固化後，進行球面外封膠。其普適性強，生產成本低，還操作方便，可控性好。
【專利說明】一種模具法螢光粉膠層塗覆工藝
【技術領域】
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[0001]本發明涉及直插LED封裝領域，尤其涉及一種模具法螢光粉膠層塗覆工藝。
【背景技術】
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[0002]大功率發光二極體具有光效高、體積小、壽命長、節能環保等優點，已成為未來照明技術的主要發展方向。隨著LED高密度、高集成化應用產品的增加，晶圓級封裝開始進入LED封裝市場，從而提高產品的一致性和可靠性，降低成本，實現批量化生產。其封裝技術術主要包括基底材料和製作、晶圓級貼片材料和工藝、螢光粉塗覆工藝、透鏡陣列成型技術等，其中螢光粉塗覆工藝是影響白光LED光色品質的主要因素。對於白光LED，一般直接在晶片表面塗覆螢光粉，最後安裝透鏡和填充矽膠材料。但是隨著LED產品應用的增加，如室內照明、顯示屏、汽車前照燈、路燈等，這種封裝技術已經不能滿足高密度、高集成以及產品一致性和可靠性的要求。而且，LED外延片尺寸也已經從2英寸發展到4英寸，甚至是6英寸、8英寸，需要考慮不同的封裝形式來實現小尺寸、低成本的批量化生產，使LED產品快速進入照明市場。
[0003]0SRAM公司提出在晶片的焊盤區製作金屬凸點以用來做金線鍵合，採用在製備好電極的LED晶圓片上旋塗配置好的螢光粉膠固化後裂片得到的晶片表面就有一層均勻的螢光粉層。其創新點在於晶圓表面旋塗螢光粉後電極的引出，0SRAM公司提出在晶片的焊盤區製作金屬凸點，然後旋塗配置好的螢光粉膠固化後，通過研磨預先露出金屬凸點以用來做金線鍵合，所形成的螢光粉層厚度為ΙΟΟμπι左右。
[0004]美國Philips lumuileds公司最早提出用電泳法實現螢光粉塗覆，將晶片和螢光粉浸沒在導電溶液中，施加正向電壓後驅使螢光粉顆粒沉積在晶片表面，螢光粉層厚度在50 μ m左右，通過控制電壓大小和時間來調節螢光粉層厚度。
[0005]美國Cree公司採用溶液蒸發法也實現了螢光粉塗覆，基本原理是將螢光粉顆粒和含有粘附性物質的化學溶液填充在貼裝有晶片的反光杯中，然後通過加熱的方法使溶液中的易揮發物質快速揮發，留下的螢光粉顆粒和粘附性物質就沉積在晶片表面。
[0006]中國電子科技大學的侯斌等人則採用粉漿法將光刻膠和螢光粉顆粒混合後滴塗在晶片表面，經過光刻工藝只保留下晶片表面的螢光粉層，除去多餘的膠層以實現塗覆。
[0007]臺積電公司主要是通過ASYMTEK公司生產的薄膜噴塗儀實現螢光粉保形塗覆。
[0008]深圳瑞豐光電將含有黃色螢光染劑和丙酮等有機溶劑的溶液通過臺灣伊利諾噴塗儀塗覆在晶片外表面，待溶劑揮發後就可以在晶片外表面形成一層螢光粉薄膜。
[0009]上述螢光粉塗覆技術也存在著一些問題，除了侯斌等人的粉漿法工藝其他方案僅適用垂直電極晶片，因為當前市場上應用的水平電極晶片一般會有10%?30%的光從晶片側面發出，側面無法旋塗和噴塗螢光粉，導致出光不均勻或者出現色斑。以上螢光粉塗覆方式都存在普適性不強，需要滿足特殊要求的封裝材料和工藝才能完成，不利於工業化生產，且設備價格昂貴，國內的中小型LED生產廠家不免望而卻步。因此，研究出針對晶圓級大功率LED封裝的螢光粉塗覆方式，在保證實現LED光學性能的同時，提高工藝的可操作性和降低批量生產成本也是非常重要的。
【發明內容】
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[0010]本發明的目的是為了解決現有技術問題，提供一種模具法螢光粉膠層塗覆工藝，其普適性強，生產成本低，還操作方便，可控性好。
[0011]本發明是這樣實現的:
[0012]先選取一塊長寬與陶瓷基板相同，厚度比晶片厚30um的矽基板，通過微加工工藝，根據陶瓷基板上的晶片個數、大小，在矽基板上相對應的位置刻蝕出所需晶片方孔列陣，每個方孔的長寬比晶片多30um。根據所做晶片的尺寸控制矽基板模具的厚度和方孔大小，比如晶片尺寸為1160um*1160um，厚度150um，那在矽基板上刻蝕出方孔的尺寸為1190um*1190um,厚度 180um。
[0013]其次，在陶瓷基板表面覆蓋氮化鋁薄膜作為電路。
[0014]再次，自製室溫固化型螢光粉膠。按比例為膠水1.5:黃色YAG螢光粉1混合，攪拌均勻後，AB混合粘度8000-10000。通過實驗得知，給螢光粉膠加溫60°C /10分鐘即可快速固化，以提高矽基板模具利用率。
[0015]之後，將晶片和陶瓷基板通過氮氣回流爐330°C進行共晶，共晶好的材料進行等離子清洗，去除表面雜質。
[0016]矽基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板固定。固定前必須對矽基板模具表面塗覆脫模劑，防止螢光粉膠與模具粘合影響後續的脫模工藝，脫模劑使用的是按照嚴格的比例，由原液(58% )、石蠟油(32% )、水(8% )調劑而成，原液是由矽油組成的。在噴塗第一次脫模劑前，應先清理乾淨矽基板模具，於矽基板模具表面均勻噴塗上三至五次脫模劑，每次噴塗後須在120°C高溫下烘乾，需等上一次脫模劑幹透才噴塗下一次，以便在矽基板模具表面得到很好的薄膜層。特別是方孔的內壁，確保使脫模劑在方孔內壁形成一層薄膜，待矽基板模具冷卻後才能使用。然後在顯微鏡的觀察下，將矽基板模具上的方孔與陶瓷基板上每個晶片的位置一一對應，保證晶片位於方孔的中間位置，晶片距方孔周圍30um，再用夾具固定住矽基板模具和陶瓷基板，防止其相對移動，將固定好的矽基板模具和陶瓷基板放在一個相對水平的工作檯上。
[0017]點塗螢光粉膠。將自製螢光粉膠倒入美式針管使用離心脫泡工藝完成膠水脫泡，然後再將盛有混合好螢光粉膠的美式針管連接到氣動點膠機上，調節點膠機針頭位置，使針頭出膠孔對準矽基板模具方孔中的晶片，然後用計量控制使方孔中充滿螢光粉膠，待螢光粉膠流動穩定後再用刮板輕輕刮去方孔表面多餘的螢光粉膠。
[0018]固化和脫模。將已塗覆有螢光粉膠的晶片和陶瓷基板，連同矽基板模具一起放入固化箱中，對螢光粉膠進行固化。待晶片和陶瓷基板連同矽基板模具冷卻至室溫後，剝除矽基板模具，由於矽基板模具表面有一層脫模劑薄膜，可以將矽基板模具從陶瓷基板表面直接取下，保證螢光粉膠的完整性。
[0019]再將成型的螢光粉膠層長烤固化後，進行球面外封膠保護作業。工藝完成，晶片周圍就形成了模具塗覆螢光粉層。
[0020]在具體操作過程中，根據所需的白光LED色溫和螢光粉膠層厚度及形狀大小來選擇螢光粉的濃度。當螢光粉層厚度和大小一定時，變化螢光粉濃度就可以實現不同色溫的LED。
[0021]本發明的有益效果是通過採用模具法螢光粉膠層塗覆工藝，其普適性強，生產成本低，還操作方便，可控性好。
【具體實施方式】
[0022]以下結合實施例，對本發明作進一步描述。
[0023]實施例1晶片尺寸為1160um*1160um，厚度150um
[0024]第一步:先選取一塊長寬與陶瓷基板相同的娃基板，在娃基板上刻蝕出方孔的尺寸為 1190um*1190um,厚度 180um。
[0025]其次，在陶瓷基板表面覆蓋氮化鋁薄膜作為電路。
[0026]再次，自製室溫固化型螢光粉膠。按比例為膠水1.5:黃色YAG螢光粉1混合，攪拌均勻後，AB混合粘度8000-10000。通過實驗得知，給螢光粉膠加溫60°C /10分鐘即可快速固化，以提高矽基板模具利用率。
[0027]第二步:將晶片和陶瓷基板通過氮氣回流爐330°C進行共晶，共晶好的材料進行等離子清洗，去除表面雜質。
[0028]第三步:固定矽基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板。固定前必須對矽基板模具表面塗覆脫模劑，防止螢光粉膠與模具粘合影響後續的脫模工藝，脫模劑使用的是按照嚴格的比例，由原液(58% )、石蠟油(32% )、水(8% )調劑而成，原液是由矽油組成的。在噴塗第一次脫模劑前，應先清理乾淨矽基板模具，於矽基板模具表面均勻噴塗上三至五次脫模齊U，每次噴塗後須在120°C高溫下烘乾，需待上一次脫模劑幹透才噴塗下一次，以便在矽基板模具表面得到很好的薄膜層。特別是方孔的內壁，確保使脫模劑在方孔內壁形成一層薄膜，待矽基板模具冷卻後才能使用。然後在顯微鏡的觀察下，將矽基板模具上的方孔與陶瓷基板上每個晶片的位置一一對應，保證晶片位於方孔的中間位置，晶片距方孔周圍30um，再用夾具固定住矽基板模具和陶瓷基板，防止其相對移動，將固定好的矽基板模具和陶瓷基板放在一個相對水平的工作檯上。
[0029]第四步:點塗螢光粉膠。將自製螢光粉膠倒入美式針管使用離心脫泡工藝完成膠水脫泡，然後再將盛有混合好螢光粉膠的美式針管連接到氣動點膠機上，調節點膠機針頭位置，使針頭出膠孔對準矽基板模具方孔中的晶片，然後用計量控制使方孔中充滿螢光粉膠，待螢光粉膠流動穩定後再用刮板輕輕刮去方孔表面多餘的螢光粉膠。
[0030]第五步:固化和脫模。將已塗覆有螢光粉膠的晶片和陶瓷基板，連同矽基板模具一起放入固化箱中，對螢光粉膠進行固化。待晶片和陶瓷基板連同矽基板模具冷卻至室溫後，剝除矽基板模具，由於矽基板模具表面有一層脫模劑薄膜，可以將矽基板模具從陶瓷基板表面直接取下，保證螢光粉膠的完整性。
[0031]第六步:再將成型的螢光粉膠層長烤固化後，進行球面外封膠保護作業，工藝完成。
[0032]實施例2晶片尺寸為860um*960um，厚度120um
[0033]第一步:先選取一塊長寬與陶瓷基板相同的娃基板，在娃基板上刻蝕出方孔的尺寸為 890um*990um,厚度 150um。
[0034]其次，在陶瓷基板表面覆氮化鋁薄膜作為電路。
[0035]再次，自製室溫固化型螢光粉膠。按比例為膠水1.5:黃色YAG螢光粉1混合，攪拌均勻後，AB混合粘度8000-10000。通過實驗得知，給螢光粉膠加溫60°C /10分鐘即可快速固化，以提高矽基板模具利用率。
[0036]第二步:將晶片和陶瓷基板通過氮氣回流爐330°C進行共晶，共晶好的材料進行等離子清洗，去除表面雜質。
[0037]第三步:固定矽基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板。固定前必須對矽基板模具表面塗覆脫模劑，防止螢光粉膠與模具粘合影響後續的脫模工藝，脫模劑使用的是按照嚴格的比例，由原液(58% )、石蠟油(32% )、水(8% )調劑而成，原液是由矽油組成的。在噴塗第一次脫模劑前，應先清理乾淨矽基板模具，於矽基板模具表面均勻噴塗上三至五次脫模齊U，每次噴塗後須在120°C高溫下烘乾，需待上一次脫模劑幹透才噴塗下一次，以便在矽基板模具表面得到很好的薄膜層。特別是方孔的內壁，確保使脫模劑在方孔內壁形成一層薄膜，待矽基板模具冷卻後才能使用。然後在顯微鏡的觀察下，將矽基板模具上的方孔與陶瓷基板上每個晶片的位置一一對應，保證晶片位於方孔的中間位置，晶片距方孔周圍30um，再用夾具固定住矽基板模具和陶瓷基板，防止其相對移動，將固定好的矽基板模具和陶瓷基板放在一個相對水平的工作檯上。
[0038]第四步:點塗螢光粉膠。將自製螢光粉膠倒入美式針管使用離心脫泡工藝完成膠水脫泡，然後再將盛有混合好螢光粉膠的美式針管連接到氣動點膠機上，調節點膠機針頭位置，使針頭出膠孔對準矽基板模具方孔中的晶片，然後用計量控制使方孔中充滿螢光粉膠，待螢光粉膠流動穩定後再用刮板輕輕刮去方孔表面多餘的螢光粉膠。
[0039]第五步:固化和脫模。將已塗覆有螢光粉膠的晶片和陶瓷基板，連同矽基板模具一起放入固化箱中，對螢光粉膠進行固化。待晶片和陶瓷基板連同矽基板模具冷卻至室溫後，剝除矽基板模具，由於矽基板模具表面有一層脫模劑薄膜，可以將矽基板模具從陶瓷基板表面直接取下，保證螢光粉膠的完整性。
[0040]第六步:再將成型的螢光粉膠層長烤固化後，進行球面外封膠保護作業，工藝完成。
[0041]上述僅為本發明的較佳實施例，當然，根據實際需要和進一步的探索還可以有其它實施方式。但是，應該明確的是，基於類似上述的或者其它沒有表述出的具有相同構思的實施方式的變換，均應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種模具法螢光粉膠層塗覆工藝，其特徵在於:製作矽基板模具，配置螢光粉膠；將晶片和陶瓷基板共晶，並清洗，去除表面雜質；固定矽基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板；點塗螢光粉膠；固化和脫模；長烤固化後，進行球面外封膠。
2.根據權利要求1所述的一種模具法螢光粉膠層塗覆工藝，其特徵在於:所述製作矽基板模具，是指採用具有一定厚度的矽片基板材料，通過微加工工藝，在矽片上刻蝕出晶片所需方孔列陣。
3.根據權利要求1所述的一種模具法螢光粉膠層塗覆工藝，其特徵在於:所述螢光粉膠，是指按比例為膠水1.5:黃色YAG螢光粉I混合，AB混合粘度8000-10000的室溫固化型螢光粉膠。
【文檔編號】H01L33/50GK104347785SQ201310346597
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月7日 優先權日:2013年8月7日
【發明者】左小波 申請人:廣州眾恆光電科技有限公司