專利名稱：一種led倒裝結構及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學晶體技術，更具體地，涉及一種LED的倒裝結構及其制備方法。
背景技術：
LED的散熱問題現(xiàn)在越來越收到人們的重視，這是因為LED的光衰和壽命直接和其結溫有關，散熱不好結溫就高，壽命就短。依照阿雷紐斯法則，溫度每降低10°c，壽命會延長2倍。從Cree公司發(fā)布的光衰和結溫的關系可以知道，結溫假如能夠控制在65°C，其光衰至70%的壽命可以高達10萬小時。但現(xiàn)在實際的LED燈的散熱和這個要求相去甚遠，使得LED燈具的壽命變成了一個影響其性能的主要問題。如果結溫為25度時的發(fā)光為100%，那么結溫上升至60度時，其發(fā)光量就只有 90 %，結溫為100度時就下降到80 %，140度就只有70 %，可見改善散熱，控制結溫是十分重要的事。除此以外，LED的發(fā)熱還會使得其光譜移動。色溫升高，正向電流增大(恒壓供電時)，反向電流也增大，熱應力增高，熒光粉環(huán)氧樹脂老化加速。LED制成燈具后，LED芯片所產生的熱量總是通過燈具的外殼散到空氣中去。因為 LED芯片的熱容量很小，如果散熱不好，一點點熱量的積累就會使得芯片的結溫迅速提高， 如果長時期工作在高結溫的狀態(tài)，它的壽命就會很快縮短。然而這些熱量要能夠真正引導出芯片，到達外部空氣，要經過很多途徑。具體來說，LED芯片所產生的熱，從它的金屬散熱塊出來，先經過焊料到鋁基板的PCB，再通過導熱膠才到鋁散熱器。在很多情況下，LED燈具里是由很多顆LED所構成，所有這些LED可能都焊在一塊鋁基板上。另外，例如恒流電源的其他發(fā)熱源靠近某些LED，也會明顯降低這些LED的散熱而縮短其壽命。LED的散熱設計必須從芯片開始一直到整個散熱器，每一個環(huán)節(jié)都要給于充分的注意，任何一個環(huán)節(jié)設計不當都會引起嚴重的散熱問題。

發(fā)明內容
為克服現(xiàn)有缺陷，本發(fā)明提出一種LED的倒裝結構及其制備方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種LED倒裝結構，包括散熱基板和LED芯片，散熱基板的焊墊和LED芯片的金凸塊對準并且共晶，LED芯片和散熱基板之間填充透明硅膠， LED芯片背對散熱基板的上表面涂覆熒光膠。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種LED倒裝結構的制備方法，包括步驟1，制備散熱基板；步驟2，將散熱基板和倒轉LED芯片對準并且共晶；步驟3，填充散熱基板和LED芯片之間的空隙，在LED芯片背對散熱基板的表面涂覆熒光膠。此專利將高導熱系數(shù)的散熱基板應用于倒轉芯片構裝中，增加組裝結構的散熱性質。


圖1示出高導熱系數(shù)的散熱結構示意圖2示出倒轉芯片的LED芯片的示意圖；圖3示出散熱基板制備過程示意圖；圖4示出倒轉芯片的結構制備過程示意圖。如圖所示，為了能明確實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的結構，在圖中標注了特定的結構和器件，但這僅為示意需要，并非意圖將本發(fā)明限定在該特定結構、器件和環(huán)境中，根據(jù)具體需要，本領域的普通技術人員可以將這些器件和環(huán)境進行調整或者修改，所進行的調整或者修改仍然包括在后附的權利要求的范圍中。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的一種LED的倒裝結構及其制備方法進行詳細描述。其中，在以下的描述中，將描述本發(fā)明的多個不同的方面，然而，對于本領域內的普通技術人員而言，可以僅僅利用本發(fā)明的一些或者全部結構或者流程來實施本發(fā)明。為了解釋的明確性而言，闡述了特定的數(shù)目、配置和順序，但是很明顯，在沒有這些特定細節(jié)的情況下也可以實施本發(fā)明。在其他情況下，為了不混淆本發(fā)明，對于一些眾所周知的特征將不再進行詳細闡述?？偟膩碚f，本技術發(fā)明為以高導熱系數(shù)的散熱基板配合共晶制程以倒轉芯片構裝方式將LED與散熱基板進行組裝。圖1示出該一種LED的倒裝結構，如圖1所示，該結構包括散熱基板、LED芯片， LED芯片倒裝，散熱基板的焊墊和LED芯片的金凸塊對準并且共晶，LED芯片和散熱基板之間填充透明硅膠，LED芯片背對散熱基板的上表面涂覆熒光膠。其中，如圖2A所示，該散熱基板是高導熱系數(shù)的散熱基板，該基板為納米級銅鋁或金銀的金屬復合材料。其中，如圖2B所示，用于倒轉芯片構裝的LED芯片為金凸塊制程(Gold bump process)所制的。散熱基板包括納米級銅鋁或金銀的金屬復合材料制成的卷材和卷材上涂覆的光敏性聚酰亞胺。其中，金屬復合材料的卷材通過速度為1-20厘米/秒的卷帶機輸送，分五至八個區(qū)域加熱，消除卷材的原始內應力。其中，卷材厚度為0. 1-0. 8mm。其中，光敏性聚酰亞胺的厚度為1_20微米。光敏性聚酰亞胺使用滾輪涂布(Roll coating)方式涂布于卷材上并且經過深紫外光曝光系統(tǒng)進行深紫外光曝光。其中，熒光膠為高溫透明膠水和紅、綠、藍熒光粉配制，其中，高溫透明膠水為經過改質(Modification)的聚丙酰酸甲酯(Poly methyl methacrylate)與聚酰亞胺(Polyimide)的接枝型共聚物(Graft copolymer)，與紅色熒光粉的配比為 1 0. 001-0. 015wt%，與綠色熒光粉的配比為1 0. 002-0. 018wt%，與藍色熒光粉的配比為 1 0. 003-0. 017wt%。透明硅膠位于LED芯片與散熱基板接合處。熒光膠的厚度為0. 01-0. 30mm。在另一個實施例中，提供一種LED倒裝結構的制備方法，該方法包括步驟1，制備散熱基板；步驟2，將散熱基板和倒轉LED芯片對準并且共晶；步驟3，填充散熱基板和LED芯片之間的空隙，并且在LED芯片背對散熱基板的表面涂覆熒光膠。進一步，在步驟1中，制備散熱基板包括下述詳細步驟。其中，如圖3A所示，將納米級銅鋁或金銀的金屬復合材料以粉末冶金并經壓延后，所制成的卷材置于卷帶機上，卷帶機輸送速度為1-20厘米/秒，而輸送帶全線真空，其真空度為0. 001-0. 000001托爾。將卷材完全吸附于抗靜電輸送帶上，輸送帶分五至八個區(qū)域加熱，消除卷材的原始內應力。其中，各區(qū)域溫度與時間參數(shù)如下第一區(qū)(溫度為200-300°C ；時間為5-20分鐘)；第二區(qū) (溫度為300°C;時間為5-20分鐘)；第三區(qū)(溫度為300-400°C;時間為10-20分鐘)；第四區(qū)(溫度為400°C ；時間為10-20分鐘)；第五區(qū)(溫度為400-300°C ；時間為10-120秒)； 第六區(qū)(溫度為300°C;時間為10-20分鐘)；第七區(qū)(溫度為300-150°C;時間為10-30分鐘)；第八區(qū)(溫度為150-50°C ；時間為10-50分鐘)。如圖IBB所示，將已消除原始內應力的卷材置于另一卷帶機上，卷帶機輸送速度為 1-20厘米/秒，輸送帶全線真空其真空度為0. 001-0. 000001托爾，將卷材完全吸附于抗靜電輸送帶上。將厚度0. 1-0. 8mm的卷材置于微蝕槽(Micro etching tank)中，使用微蝕劑為硫酸水溶液與過氧化氫水溶液的混合液，其重量百分比為微蝕劑= > 硫酸水溶液 H2S04(aq)過氧化氫水溶液H2O2 (aq) => (1 4)-(4 1)，微蝕槽溫度控制在20_60°C 以內，微蝕時間控制在50-120秒之內，輸送帶速度控制在10-60cm/sec。之后進入純水槽 (D. I. water tank)，溫度20_60°C，時間(50-120秒)。之后進行干燥除水制程(Dehydration process)，溫度100-200°C，時間10-120分鐘。以上步驟為清除卷材表面的油脂；、氧化物、 雜質等不純物及增加黏著性，以利后續(xù)制程。如圖3C所示，之后使用滾輪涂布(Roll coating)方式將光敏性聚酰亞胺 (Photosensitive polyimide)涂布于卷材上，滾輪速度為100-200rpm ；光敏性聚酰亞胺其厚度為1-20微米，之后以深紫外光曝光系統(tǒng)(De印Ultraviolet Exposure System)進行深紫外光曝光制程(曝光能量為500-1000KJ，曝光時間為0. 1-0. 8ms)，之后進行顯影制程 (氫氧化鈉濃度3-8%，顯影時間10-30秒，溫度:25-500C )。如圖3D所示，之后進行納米電鍍銅制程(Nanometer Copper electroplating)制程參數(shù)如下(pH值1-7 ’溫度:20-100°C時間:10-120分鐘)，之后經純水洗凈制程(時間 1-20 分鐘；溫度10-80 0C ) ο如圖3E所示，為消除納米電鍍銅制程所產生的內應力anternal stress)，需將經電鍍銅制程后的卷材置于卷帶基上進行熱處理，具體參數(shù)如下第一段升溫(由室溫升溫至50-120°C ；升溫速率5-30°C /分鐘)，第二段恒溫(保持50-120°C持續(xù)5_20分鐘)， 第三段升溫(由50-120°C升溫至200-250°C ；升溫速率5-30°C /分鐘)，第四段恒溫(保持200-250°C持續(xù)5-20分鐘)，第五段降溫(由200_250°C降溫至150-200°C ；降溫速率 5-300C /分鐘)，第六段恒溫(保持150-200°C持續(xù)5-20分鐘)，第七段降溫(由150-200°C 降溫至100-150°C ；降溫速率5-30°C /分鐘)，第八段恒溫(保持100-150°C持續(xù)5_20分鐘)，第九段降溫(由100-150°C降溫至50-100°C ；降溫速率5-30°C /分鐘)，第十段恒溫 (保持50-10(TC持續(xù)5-20分鐘)，之后自然冷卻至室溫。如圖3F所示，之后再進行電鍍金制程(Gold electroplating)，制程參數(shù)如下pH 值1-7 ；溫度:20-100°C時間:10-120分鐘。之后，經純水洗凈制程，時間1_20分鐘；溫度10_80°C，如此即可完成高導熱系數(shù)的散熱基板的制作。以適當?shù)哪透邷赝该髂z水配置紅、綠、藍熒光膠水，高溫透明膠水為經過改質 (Modification)的聚丙酰酸甲酯(Poly methyl methacrylate)與聚酰亞胺(Polyimide) 的接枝型共聚物(Graft copolymer)，與紅色熒光粉的配比為1 0. 001-0. 015wt %，與綠色熒光粉的配比為1 0.002-0. 018wt%，與藍色熒光粉的配比為1 0. 003-0. 017wt%。如圖4A所示，以精密取放機(Pick and Place machine)將藍光或各色LED芯片以取放機制與高導熱系數(shù)的散熱基板上的焊墊O^ad)精密對位(Precision positioning). 之后如圖4B所示，再以共晶機進行共晶制程(Eutectic process)，其中，溫度200-350°C， 時間1-10分鐘。之后如圖4C所示，以點膠機將透明硅膠(Transparent polysiloxane)以毛細現(xiàn)象方式點入LED芯片與高導熱系數(shù)的散熱基板接合處(Solder joint)，并經烘烤，其中烘烤溫度為150-250°C ；時間:30-240分鐘。之后，以鋼網印刷(Stencil printing)或旋轉涂布(Spin coating)或噴灑方式 (Spraying)將耐高溫透明膠水配置紅、綠、藍熒光膠水披覆于LED芯片之上。再經烘烤后 (120-220°C ；20-120分鐘；厚度0. 01-0. 30mm)，即可完成高效散熱基板于倒轉芯片發(fā)光二極管，如圖1的結構所示。最后應說明的是，以上實施例僅用以描述本發(fā)明的技術方案而不是對本技術方法進行限制，本發(fā)明在應用上可以延伸為其他的修改、變化、應用和實施例，并且因此認為所有這樣的修改、變化、應用、實施例都在本發(fā)明的精神和教導范圍內。
權利要求
1.一種LED倒裝結構，包括散熱基板和LED芯片，散熱基板的焊墊和LED芯片的金凸塊對準并且共晶，LED芯片和散熱基板之間填充透明硅膠，LED芯片背對散熱基板的上表面涂覆熒光膠。
2.根據(jù)權利要求1所述的LED到裝結構，其中，該散熱基板是高導熱系數(shù)的散熱基板， 該基板為納米級銅鋁或金銀的金屬復合材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的LED到裝結構，其中，散熱基板包括納米級銅鋁或金銀的金屬復合材料制成的卷材和卷材上涂覆的光敏性聚酰亞胺；其中，金屬復合材料的卷材通過速度為1-20厘米/秒的卷帶機輸送，分五至八個區(qū)域加熱來消除卷材的原始內應力。
4.根據(jù)權利要求3所述的LED到裝結構，其中，卷材厚度為0.1-0. 8mm，光敏性聚酰亞胺的厚度為1-20微米。
5.根據(jù)權利要求1所述的LED到裝結構，其中，熒光膠為高溫透明膠水和紅、綠、藍熒光粉配制，高溫透明膠水為經過改質的聚丙酰酸甲酯與聚酰亞胺的接枝型共聚物，與紅色熒光粉的配比為1 0.001-0. 015wt%，與綠色熒光粉的配比為1 0. 002-0. 018wt%，與藍色熒光粉的配比為1 0. 003-0. 017wt%o
6.根據(jù)權利要求1所述的LED到裝結構，其中，透明硅膠位于LED芯片與散熱基板接合處；熒光膠的厚度為0. 01-0. 30_。
7.—種LED倒裝結構的制備方法，包括步驟1，制備散熱基板；步驟2，將散熱基板和倒轉LED芯片對準并且共晶；步驟3，填充散熱基板和LED芯片之間的空隙，在LED芯片背對散熱基板的表面涂覆熒光膠。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，步驟1包括步驟11，將納米級銅鋁或金銀的金屬復合材料以粉末冶金并經壓延為卷材后置于卷帶機上，分五至八個區(qū)域加熱，消除卷材的原始內應力；步驟12，將卷材置于微蝕槽微蝕，之后進入純水槽清洗，并進行干燥除水；步驟13，使用滾輪涂布方式將光敏性聚酰亞胺涂布于卷材上，進行深紫外光曝光和顯影；步驟14，經電鍍銅的卷材置于卷帶基上進行熱處理，再進行電鍍金制程。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，步驟2包括以取放機將LED芯片以取放機制與高導熱系數(shù)的散熱基板上的焊墊對位，以共晶機進行共晶制程。
10.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，步驟3包括以點膠機將透明硅膠以毛細現(xiàn)象方式點入LED芯片與散熱基板接合處，并烘烤；以鋼網印刷、旋轉涂布或噴灑方式將熒光膠水披覆于LED芯片之上，再經烘烤。
11.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，步驟3中，熒光膠為高溫透明膠水和紅、綠、藍熒光粉配制，高溫透明膠水為經過改質的聚丙酰酸甲酯與聚酰亞胺的接枝型共聚物，與紅色熒光粉的配比為1 0.001-0. 015wt%，與綠色熒光粉的配比為1 0. 002-0. 018 1%，與藍色熒光粉的配比為1 0. 003-0. 017wt%。
12.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，該散熱基板是高導熱系數(shù)的散熱基板，該基板為納米級銅鋁或金銀的金屬復合材料。
13.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，卷材厚度為0.1-0. 8mm，光敏性聚酰亞胺的厚度為1-20微米。
14.根據(jù)權利要求7所述的方法,其中，透明硅膠位于LED芯片與散熱基板接合處；熒光膠的厚度為0. 01-0. 30mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種LED倒裝結構及其制備方法，該結構包括散熱基板和LED芯片，散熱基板的焊墊和LED芯片的金凸塊對準并且共晶，LED芯片和散熱基板之間填充透明硅膠，LED芯片背對散熱基板的上表面涂覆熒光膠。
文檔編號H01L33/00GK102354724SQ20111030304
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者王培賢, 蘇晉平 申請人:廣東昭信燈具有限公司