一种模具法荧光粉胶层涂覆工艺的制作方法
【专利摘要】一种模具法荧光粉胶层涂覆工艺，制作硅基板模具，配置荧光粉胶；将晶片和陶瓷基板共晶，并清洗，去除表面杂质；固定硅基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板；点涂荧光粉胶；固化和脱模；长烤固化后，进行球面外封胶。其普适性强，生产成本低，还操作方便，可控性好。
【专利说明】一种模具法荧光粉胶层涂覆工艺
【技术领域】
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[0001]本发明涉及直插LED封装领域，尤其涉及一种模具法荧光粉胶层涂覆工艺。
【背景技术】
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[0002]大功率发光二极管具有光效高、体积小、寿命长、节能环保等优点，已成为未来照明技术的主要发展方向。随着LED高密度、高集成化应用产品的增加，晶圆级封装开始进入LED封装市场，从而提高产品的一致性和可靠性，降低成本，实现批量化生产。其封装技术术主要包括基底材料和制作、晶圆级贴片材料和工艺、荧光粉涂覆工艺、透镜阵列成型技术等，其中荧光粉涂覆工艺是影响白光LED光色品质的主要因素。对于白光LED，一般直接在芯片表面涂覆荧光粉，最后安装透镜和填充硅胶材料。但是随着LED产品应用的增加，如室内照明、显示屏、汽车前照灯、路灯等，这种封装技术已经不能满足高密度、高集成以及产品一致性和可靠性的要求。而且，LED外延片尺寸也已经从2英寸发展到4英寸，甚至是6英寸、8英寸，需要考虑不同的封装形式来实现小尺寸、低成本的批量化生产，使LED产品快速进入照明市场。
[0003]0SRAM公司提出在芯片的焊盘区制作金属凸点以用来做金线键合，采用在制备好电极的LED晶圆片上旋涂配置好的荧光粉胶固化后裂片得到的芯片表面就有一层均匀的荧光粉层。其创新点在于晶圆表面旋涂荧光粉后电极的引出，0SRAM公司提出在芯片的焊盘区制作金属凸点，然后旋涂配置好的荧光粉胶固化后，通过研磨预先露出金属凸点以用来做金线键合，所形成的荧光粉层厚度为ΙΟΟμπι左右。
[0004]美国Philips lumuileds公司最早提出用电泳法实现荧光粉涂覆，将芯片和荧光粉浸没在导电溶液中，施加正向电压后驱使荧光粉颗粒沉积在芯片表面，荧光粉层厚度在50 μ m左右，通过控制电压大小和时间来调节荧光粉层厚度。
[0005]美国Cree公司采用溶液蒸发法也实现了荧光粉涂覆，基本原理是将荧光粉颗粒和含有粘附性物质的化学溶液填充在贴装有芯片的反光杯中，然后通过加热的方法使溶液中的易挥发物质快速挥发，留下的荧光粉颗粒和粘附性物质就沉积在芯片表面。
[0006]中国电子科技大学的侯斌等人则采用粉浆法将光刻胶和荧光粉颗粒混合后滴涂在芯片表面，经过光刻工艺只保留下芯片表面的荧光粉层，除去多余的胶层以实现涂覆。
[0007]台积电公司主要是通过ASYMTEK公司生产的薄膜喷涂仪实现荧光粉保形涂覆。
[0008]深圳瑞丰光电将含有黄色荧光染剂和丙酮等有机溶剂的溶液通过台湾伊利诺喷涂仪涂覆在晶片外表面，待溶剂挥发后就可以在晶片外表面形成一层荧光粉薄膜。
[0009]上述荧光粉涂覆技术也存在着一些问题，除了侯斌等人的粉浆法工艺其他方案仅适用垂直电极芯片，因为当前市场上应用的水平电极芯片一般会有10%?30%的光从芯片侧面发出，侧面无法旋涂和喷涂荧光粉，导致出光不均匀或者出现色斑。以上荧光粉涂覆方式都存在普适性不强，需要满足特殊要求的封装材料和工艺才能完成，不利于工业化生产，且设备价格昂贵，国内的中小型LED生产厂家不免望而却步。因此，研究出针对晶圆级大功率LED封装的荧光粉涂覆方式，在保证实现LED光学性能的同时，提高工艺的可操作性和降低批量生产成本也是非常重要的。
【发明内容】
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[0010]本发明的目的是为了解决现有技术问题，提供一种模具法荧光粉胶层涂覆工艺，其普适性强，生产成本低，还操作方便，可控性好。
[0011]本发明是这样实现的:
[0012]先选取一块长宽与陶瓷基板相同，厚度比晶片厚30um的硅基板，通过微加工工艺，根据陶瓷基板上的晶片个数、大小，在硅基板上相对应的位置刻蚀出所需晶片方孔列阵，每个方孔的长宽比晶片多30um。根据所做晶片的尺寸控制硅基板模具的厚度和方孔大小，比如晶片尺寸为1160um*1160um，厚度150um，那在硅基板上刻蚀出方孔的尺寸为1190um*1190um,厚度 180um。
[0013]其次，在陶瓷基板表面覆盖氮化铝薄膜作为电路。
[0014]再次，自制室温固化型荧光粉胶。按比例为胶水1.5:黄色YAG荧光粉1混合，搅拌均匀后，AB混合粘度8000-10000。通过实验得知，给荧光粉胶加温60°C /10分钟即可快速固化，以提高硅基板模具利用率。
[0015]之后，将晶片和陶瓷基板通过氮气回流炉330°C进行共晶，共晶好的材料进行等离子清洗，去除表面杂质。
[0016]硅基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板固定。固定前必须对硅基板模具表面涂覆脱模剂，防止荧光粉胶与模具粘合影响后续的脱模工艺，脱模剂使用的是按照严格的比例，由原液(58% )、石蜡油(32% )、水(8% )调剂而成，原液是由硅油组成的。在喷涂第一次脱模剂前，应先清理干净硅基板模具，于硅基板模具表面均匀喷涂上三至五次脱模剂，每次喷涂后须在120°C高温下烘干，需等上一次脱模剂干透才喷涂下一次，以便在硅基板模具表面得到很好的薄膜层。特别是方孔的内壁，确保使脱模剂在方孔内壁形成一层薄膜，待硅基板模具冷却后才能使用。然后在显微镜的观察下，将硅基板模具上的方孔与陶瓷基板上每个晶片的位置一一对应，保证晶片位于方孔的中间位置，晶片距方孔周围30um，再用夹具固定住硅基板模具和陶瓷基板，防止其相对移动，将固定好的硅基板模具和陶瓷基板放在一个相对水平的工作台上。
[0017]点涂荧光粉胶。将自制荧光粉胶倒入美式针管使用离心脱泡工艺完成胶水脱泡，然后再将盛有混合好荧光粉胶的美式针管连接到气动点胶机上，调节点胶机针头位置，使针头出胶孔对准硅基板模具方孔中的晶片，然后用计量控制使方孔中充满荧光粉胶，待荧光粉胶流动稳定后再用刮板轻轻刮去方孔表面多余的荧光粉胶。
[0018]固化和脱模。将已涂覆有荧光粉胶的晶片和陶瓷基板，连同硅基板模具一起放入固化箱中，对荧光粉胶进行固化。待晶片和陶瓷基板连同硅基板模具冷却至室温后，剥除硅基板模具，由于硅基板模具表面有一层脱模剂薄膜，可以将硅基板模具从陶瓷基板表面直接取下，保证荧光粉胶的完整性。
[0019]再将成型的荧光粉胶层长烤固化后，进行球面外封胶保护作业。工艺完成，晶片周围就形成了模具涂覆荧光粉层。
[0020]在具体操作过程中，根据所需的白光LED色温和荧光粉胶层厚度及形状大小来选择荧光粉的浓度。当荧光粉层厚度和大小一定时，变化荧光粉浓度就可以实现不同色温的LED。
[0021]本发明的有益效果是通过采用模具法荧光粉胶层涂覆工艺，其普适性强，生产成本低，还操作方便，可控性好。
【具体实施方式】
[0022]以下结合实施例，对本发明作进一步描述。
[0023]实施例1晶片尺寸为1160um*1160um，厚度150um
[0024]第一步:先选取一块长宽与陶瓷基板相同的娃基板，在娃基板上刻蚀出方孔的尺寸为 1190um*1190um,厚度 180um。
[0025]其次，在陶瓷基板表面覆盖氮化铝薄膜作为电路。
[0026]再次，自制室温固化型荧光粉胶。按比例为胶水1.5:黄色YAG荧光粉1混合，搅拌均匀后，AB混合粘度8000-10000。通过实验得知，给荧光粉胶加温60°C /10分钟即可快速固化，以提高硅基板模具利用率。
[0027]第二步:将晶片和陶瓷基板通过氮气回流炉330°C进行共晶，共晶好的材料进行等离子清洗，去除表面杂质。
[0028]第三步:固定硅基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板。固定前必须对硅基板模具表面涂覆脱模剂，防止荧光粉胶与模具粘合影响后续的脱模工艺，脱模剂使用的是按照严格的比例，由原液(58% )、石蜡油(32% )、水(8% )调剂而成，原液是由硅油组成的。在喷涂第一次脱模剂前，应先清理干净硅基板模具，于硅基板模具表面均匀喷涂上三至五次脱模齐U，每次喷涂后须在120°C高温下烘干，需待上一次脱模剂干透才喷涂下一次，以便在硅基板模具表面得到很好的薄膜层。特别是方孔的内壁，确保使脱模剂在方孔内壁形成一层薄膜，待硅基板模具冷却后才能使用。然后在显微镜的观察下，将硅基板模具上的方孔与陶瓷基板上每个晶片的位置一一对应，保证晶片位于方孔的中间位置，晶片距方孔周围30um，再用夹具固定住硅基板模具和陶瓷基板，防止其相对移动，将固定好的硅基板模具和陶瓷基板放在一个相对水平的工作台上。
[0029]第四步:点涂荧光粉胶。将自制荧光粉胶倒入美式针管使用离心脱泡工艺完成胶水脱泡，然后再将盛有混合好荧光粉胶的美式针管连接到气动点胶机上，调节点胶机针头位置，使针头出胶孔对准硅基板模具方孔中的晶片，然后用计量控制使方孔中充满荧光粉胶，待荧光粉胶流动稳定后再用刮板轻轻刮去方孔表面多余的荧光粉胶。
[0030]第五步:固化和脱模。将已涂覆有荧光粉胶的晶片和陶瓷基板，连同硅基板模具一起放入固化箱中，对荧光粉胶进行固化。待晶片和陶瓷基板连同硅基板模具冷却至室温后，剥除硅基板模具，由于硅基板模具表面有一层脱模剂薄膜，可以将硅基板模具从陶瓷基板表面直接取下，保证荧光粉胶的完整性。
[0031]第六步:再将成型的荧光粉胶层长烤固化后，进行球面外封胶保护作业，工艺完成。
[0032]实施例2晶片尺寸为860um*960um，厚度120um
[0033]第一步:先选取一块长宽与陶瓷基板相同的娃基板，在娃基板上刻蚀出方孔的尺寸为 890um*990um,厚度 150um。
[0034]其次，在陶瓷基板表面覆氮化铝薄膜作为电路。
[0035]再次，自制室温固化型荧光粉胶。按比例为胶水1.5:黄色YAG荧光粉1混合，搅拌均匀后，AB混合粘度8000-10000。通过实验得知，给荧光粉胶加温60°C /10分钟即可快速固化，以提高硅基板模具利用率。
[0036]第二步:将晶片和陶瓷基板通过氮气回流炉330°C进行共晶，共晶好的材料进行等离子清洗，去除表面杂质。
[0037]第三步:固定硅基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板。固定前必须对硅基板模具表面涂覆脱模剂，防止荧光粉胶与模具粘合影响后续的脱模工艺，脱模剂使用的是按照严格的比例，由原液(58% )、石蜡油(32% )、水(8% )调剂而成，原液是由硅油组成的。在喷涂第一次脱模剂前，应先清理干净硅基板模具，于硅基板模具表面均匀喷涂上三至五次脱模齐U，每次喷涂后须在120°C高温下烘干，需待上一次脱模剂干透才喷涂下一次，以便在硅基板模具表面得到很好的薄膜层。特别是方孔的内壁，确保使脱模剂在方孔内壁形成一层薄膜，待硅基板模具冷却后才能使用。然后在显微镜的观察下，将硅基板模具上的方孔与陶瓷基板上每个晶片的位置一一对应，保证晶片位于方孔的中间位置，晶片距方孔周围30um，再用夹具固定住硅基板模具和陶瓷基板，防止其相对移动，将固定好的硅基板模具和陶瓷基板放在一个相对水平的工作台上。
[0038]第四步:点涂荧光粉胶。将自制荧光粉胶倒入美式针管使用离心脱泡工艺完成胶水脱泡，然后再将盛有混合好荧光粉胶的美式针管连接到气动点胶机上，调节点胶机针头位置，使针头出胶孔对准硅基板模具方孔中的晶片，然后用计量控制使方孔中充满荧光粉胶，待荧光粉胶流动稳定后再用刮板轻轻刮去方孔表面多余的荧光粉胶。
[0039]第五步:固化和脱模。将已涂覆有荧光粉胶的晶片和陶瓷基板，连同硅基板模具一起放入固化箱中，对荧光粉胶进行固化。待晶片和陶瓷基板连同硅基板模具冷却至室温后，剥除硅基板模具，由于硅基板模具表面有一层脱模剂薄膜，可以将硅基板模具从陶瓷基板表面直接取下，保证荧光粉胶的完整性。
[0040]第六步:再将成型的荧光粉胶层长烤固化后，进行球面外封胶保护作业，工艺完成。
[0041]上述仅为本发明的较佳实施例，当然，根据实际需要和进一步的探索还可以有其它实施方式。但是，应该明确的是，基于类似上述的或者其它没有表述出的具有相同构思的实施方式的变换，均应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种模具法荧光粉胶层涂覆工艺，其特征在于:制作硅基板模具，配置荧光粉胶；将晶片和陶瓷基板共晶，并清洗，去除表面杂质；固定硅基板模具、已共晶的晶片和陶瓷基板；点涂荧光粉胶；固化和脱模；长烤固化后，进行球面外封胶。
2.根据权利要求1所述的一种模具法荧光粉胶层涂覆工艺，其特征在于:所述制作硅基板模具，是指采用具有一定厚度的硅片基板材料，通过微加工工艺，在硅片上刻蚀出晶片所需方孔列阵。
3.根据权利要求1所述的一种模具法荧光粉胶层涂覆工艺，其特征在于:所述荧光粉胶，是指按比例为胶水1.5:黄色YAG荧光粉I混合，AB混合粘度8000-10000的室温固化型荧光粉胶。
【文档编号】H01L33/50GK104347785SQ201310346597
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】左小波 申请人:广州众恒光电科技有限公司