CN203085644U - 一种led封装基板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种LED封装基板，属于电子封装制造领域。LED封装基板包括基板，基板表面从内向外依次沉积有金属层作为芯片贴装区、焊料滞流区和金线键合区，芯片贴装区与焊料滞流区之间的间隙形成一环形焊料回流通道，环形焊料回流通道与待贴装芯片的形状相同。本实用新型在用于LED芯片贴装中，使焊料在回流通道保持一定形状，控制芯片在与基板组装中的位置和角度自对准方位，从而实现芯片对准，保证LED的光学性能和产品的一致性；同时回流通道能容纳多余的焊料，满足芯片周围焊料高度要求。本实用新型制作工艺简单，生产成本低，适用范围广，对准精度高。
Description
技术领域
本实用新型属于电子封装制造领域，具体涉及一种大功率发光二级管（LED）芯片的封装基板。
背景技术
LED作为一种新型的绿色光源，其高效低耗和环保的特色越来越被认可。近几年来，LED市场需求不断增大，LED产业也以迅猛的速度发展。研究的进展和相关政策的扶持使得LED产业不断取得突破，LED封装水平更是也是在逐步得到提高。
LED封装直接影响最终产品的性能，其工艺主要包括清洗、固晶、压焊、涂布荧光粉、透镜固定等。其中固晶工艺是将芯片通过焊料或者银胶固定到基板上的过程，包括将焊料或银胶用点胶头布到基板上固晶区域，再用吸嘴将芯片吸住放置在焊料或银胶上，后经回流炉设定的回流温度曲线进行固化。目前生产中的固晶工艺主要采用LED贴片机自动完成，其工作流程参见图1。
LED贴片机是专门为LED行业所设计定做的SMT贴装设备，用来实现大批量的LED芯片与基板电路的组装。芯片的拾取与放置属于工件拾放（Pick and Place）的一种操作方式，即将LED芯片通过吸嘴，从晶圆盘片上取下，再放到LED支架杯中或基板上，该操作的精度决定整个芯片的贴装位置精度。
自动贴片过程采用的是机械手操作，满足生产线高效工作的要求。但芯片贴装的精度依赖于设备的精度和控制系统的水平。为此，用于LED固晶设备的设计及加工从更加优质的材料，精度更高的加工水平，更加完善的伺服控制系统和更加智能的图像识别技术出发，生产出能够完成高精度贴片的设备。生产中能够完成高精度贴片的自动LED固晶机，其XY定位精度仅为±30μm，芯片偏转角度可达±3°。对于小尺寸的LED芯片，芯片位置的偏移将会对后续荧光粉涂布和透镜安装的工艺造成较大的误差，最终整个封装结构的出光造成影响。
研究也有从LED贴片的反光杯上做出改进来对准。Alex Chi KeungChan等在专利US20110042698A1中研究的在反光杯上制作出两条相互正交的轴线辅助对准，轴线分别是反光杯两个方向的对称轴。使用的LED芯片为矩形，反光杯为椭圆形时如图2（a），需要轴线位于芯片每边的正中间；当使用的芯片为正方形，反光杯为圆形时如图2(b)，则需要芯片的四角分别位于轴线上；当采用四颗芯片时如图2（c），芯片排列成一个正方形，中心位于原点处，每个芯片的对角线分别位于一端轴线上。上述的对准方法改善了不同形状芯片，提高了单芯片和多芯片的对准精度，但对准需要一个识别的过程，仍属于被动对准，识别的精度影响对准精度。
实用新型内容
基于目前LED封装中被动对准方式引起的对准精度较低的问题，本实用新型提出一种LED封装基板，能够完成位移误差的移动对准和角度偏差的旋转对准，提高封装中芯片的位置精度。
LED封装基板，包括基板，基板表面从内向外依次沉积有金属层作为芯片贴装区、焊料滞流区和金线键合区，其特征在于，芯片贴装区与焊料滞流区之间的间隙形成一闭合的环形焊料回流通道，环形焊料回流通道与待贴装芯片的形状相同。
所述环形焊料回流通道的宽度为100-500μm。
所述环形焊料回流通道的体积为涂覆焊料的总体积的1/2。
所述金属层的厚度为30-500μm。
所述芯片贴装区与待贴装芯片的形状相同。
所述基板选用陶瓷。
本实用新型的技术效果体现在：
本实用新型提出一种LED芯片封装基板，其核心是设计了与芯片形状相同的焊料回流通道，其对焊料回流形状产生约束，通过焊料的表面能最小化主动实现位移误差的移动对准和角度偏差的旋转对准。同时通道能容纳多余的焊料，满足芯片周围焊料高度要求。基于本发明的整个LED封装工艺具有易实现、低成本和高精度的特性。该基板可运用到现有的自动化封装中将被动对准和主动对准方式结合起来，实现芯片的高精度对准。
附图说明
图1为LED贴片机工作流程框图；
图2为利用反光杯对准轴线的对准模式示意图，其中图2（a）表示LED芯片为长方形反光杯为椭圆形时的对准模式，图2（b）表示LED芯片为正方形反光杯为圆形时的对准模式，图2（c）表示同时贴四颗LED芯片时的对准模式；
图3为本实用新型LED封装基板的结构图，其中图3（a）表示基板的俯视结构图，图3（b）表示基板的主视方向的剖视图；
图4为本实用新型芯片水平方向自对准原理图，其中图4（a）表示LED芯片放置的初始位置位于芯片贴装区右侧，图4（b）表示LED芯片放置的初始位置位于芯片贴装区左侧，图4（c）表示LED芯片的对中位置；
图5为本实用新型芯片垂直方向自对准原理图，其中图5（a）表示LED芯片在芯片贴装区向逆时针方向有一个小偏差角度，图5（b）表示LED芯片在芯片贴装区向顺时针方向有一个小偏差角度，图5（c）表示LED芯片的对中位置。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型LED封装基板的结构参见图3，LED封装基板包括基板，基板的中心处沉积有金属层作为芯片贴装区1，芯片贴装区1的外围沉积有环形金属层作为焊料滞流区2，焊料滞流区2的外围沉积有金线键合区3，芯片贴装区1与焊料滞流区2之间的间隙形成焊料回流通道，焊料回流通道与待贴装芯片的形状均相同。
待贴装芯片一般为长方形或正方形，因此焊料回流通道根据具体的贴装芯片设计为相应的长方形或正方形。为得到更高的对准精度，芯片贴装区的形状优选与待贴装芯片相同。图形化要求芯片贴装区1的尺寸与LED芯片尺寸大致相同。芯片区1与焊料滞流区2间的焊料回流通道宽度可为100-500μm，尽量使得通道的体积为涂覆焊料的总体积的1/2。
基板的材料可选用陶瓷或硅片，优选陶瓷。金属层可采用现有溅射、电镀等工艺或采用直接覆铜技术制作，金属层厚度太低会导致焊料溢出，太高又造成成本高，推荐金属层厚度尺寸为30-500μm。
选用陶瓷基板，在陶瓷基板上金线键合区3作为金线的外连接端，实现芯片与外电路的连接。
实例：
溅射和电镀金属层，金属层从下往上依次包括铜、镍及金层，铜层厚度50μm，镍层厚度约为5μm，金层约为50nm。电镀得到的芯片贴装区和焊料回流通道均为正方形。芯片贴装区为尺寸为1200μm，焊料回流通道的尺寸为120μm。
应用上述实例中的基板实现贴片的过程具体为：
1、焊料点涂：用点胶头将焊料5点涂到芯片贴装区1。
2、贴片：用吸嘴吸起尺寸为1200μm的正方形LED芯片4，放置到附有焊料5的芯片贴装区，位置要求尽量位于芯片区正中。
3、焊料回流：按照设定的焊料回流曲线进行加温。在焊料融化阶段，芯片实现自对准。
图4所示为水平方向位置偏移的自对准原理图，图4（a）表示芯片放置的初始位置位于芯片贴装区1右侧，当焊料回流融化时，焊料流入焊料回流通道，焊料的形状受焊料回流通道的限制，焊料的形貌将趋于自由能最小化，在自由能最小化过程中将产生作用力F，作用力指向左侧，在该作用力的作用下芯片向左侧逐渐移动，直到焊料表面能达到最小，即到达芯片对中位置，如图4（c）所示。同理，图4（b）表在芯片位置位于芯片区左侧时，当焊料回流融化时，自由能最小化过程中将产生向右的作用力F，芯片会自动向右侧移动对准。
图5所示为角度偏转的自对准原理图，图5（a）表示芯片在芯片贴装区向逆时针方向有一个小偏差角度放置。焊料回流融化时，由于焊料回流通道的形状限定了焊料的形状，焊料的形貌将趋于自由能最小化，在自由能最小化过程中将产生顺时针方向的扭矩T，在该扭矩的作用下，芯片自动产生顺时针的旋转，对正到图5（c）所示的对准位置。同理，当芯片位于如图4（b）向顺时针方向有一个小的偏差角度时，由于自由能最小化的驱使会产生逆时针方向的扭矩T，也会使芯片对准到图5（c）所示的对准位置。
芯片位置在位移偏差和角度误差上均能完成自对准，因此能够在对准到正确的位置，保证芯片的贴装精度。
回流中还可通入定向的压缩气流，给芯片的自对准提供动力。在焊料融化时，气流提供的回复力始终指向芯片对准方向，为对准提供动力。提供压缩气流不仅可以提高对准的精度和效率，更适用于批量化生产，满足大批量的芯片同时对准。
4、冷却至室温，关闭回流炉，取出基板。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.LED封装基板，包括基板，基板表面从内向外依次沉积有金属层作为芯片贴装区、焊料滞流区和金线键合区，其特征在于，芯片贴装区与焊料滞流区之间的间隙形成一闭合的环形焊料回流通道，环形焊料回流通道与待贴装芯片的形状相同。
2.根据权利要求1所述的LED封装基板，其特征在于，所述环形焊料回流通道的宽度为100-500μm。
3.根据权利要求1所述的LED封装基板，其特征在于，所述金属层的厚度为30-500μm。
4.根据权利要求1或2或3所述的LED封装基板，其特征在于，所述芯片贴装区与待贴装芯片的形状相同。
5.根据权利要求1或2或3所述的LED封装基板，其特征在于，所述环形焊料回流通道的体积为涂覆焊料的总体积的1/2。
6.根据权利要求1或2或3所述的LED封装基板，其特征在于，所述基板选用陶瓷。
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