一种LED连续固晶装置及其固晶方法与流程

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一种LED连续固晶装置及其固晶方法与流程

本发明涉及LED芯片封装,尤其是涉及一种LED连续固晶装置及其固晶方法。



背景技术:

LED(Light Emitting Diode)作为一种性能优异的半导体器件,具有体积小、亮度高、寿命长、节能环保等特点。近年来,LED芯片的输出功率不断提高,对功率型LED半导体器件而言,大功率集成设计和小体积复杂结构会在短时间内积累大量热量,直接加速荧光粉量子产率下降及器件老化,缩短器件使用寿命,甚至导致芯片失效。为了将LED产生的热量更加有效地导出,必须使用高导热、低热阻的散热材料,并采用合理的封装结构,进而提高器件的散热能力。

目前市场上绝大多数的功率型LED半导体器件选用的散热基板主要分为两类:金属基板和陶瓷基板。金属基板选用金属材料如Cu、Al等,虽然成本低,但其热膨胀系数大,与芯片衬底不匹配,容易产生热应力,且需要外加绝缘层来克服其导电性;陶瓷基板材料如Al2O3、AlN等具有较高热导率,较低的介电常数和介电损耗,但其制备工艺复杂、成本高且难以制作导电层,因此实际应用受到限制。此外,金属基复合材料AlSiC充分结合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优势,具有高导热性、与芯片相匹配的热膨胀系数、密度小、重量轻,以及高硬度和高抗弯强度,但仍需额外绝缘层,电路制作工艺复杂,导致成品器件成本高,不具备价格优势。

SiC材料具有热导性能强、机械强度高、化学稳定性好、表面可氧化原位生长高绝缘层等优良特性,与金属基复合材料相比更容易同芯片衬底匹配,且无需额外制作绝缘层,与其他陶瓷材料相比更容易加工,所制得的用于大功率LED半导体器件的散热基板,能够很好解决LED的散热问题,正逐步向市场上推广。

根据申请人在中国专利CN101219788中公开的先驱体转化法与熔融纺膜法相结合制备连续SiC薄膜,利用一种特殊的碳化硅薄膜成型装置,可制备得到表面平整、均匀致密、连续的碳化硅薄膜。此外,根据申请人在中国专利CN105135876A中公开的一种加宽型自支撑硅氧碳薄膜制备装置及制备方法,可以得到加宽型自支撑硅氧碳薄膜。制得该薄膜后,通过丝网印刷制作银浆导电层,可得到连续SiC基板。基于以上工艺制得的结构功能一体化自支撑SiC薄膜陶瓷散热基板,具有高导热、高绝缘、高硬度的特点,以及与芯片相一致的热膨胀系数。在该基板上进行点胶、固晶、焊线等操作,可以获得带LED芯片的基板,从而可以涂布混有荧光粉的导热硅胶,得到COB(Chip on Board板上芯片封装)大功率LED半导体器件。

板上芯片封装是连续碳化硅基板封装的关键技术,这种封装方式结构清晰,工艺简单,成本低廉,不仅提高了封装密度,还有效降低了封装热阻,提高了发光二极管的出光效率和使用寿命,适用于同一基板多个LED芯片阵列式封装,满足大功率电子封装器件小型化和高密度封装的要求。

中国专利CN106024647A公开一种COB封装器件低成本生产工艺,通过PCB板图形化工艺代替现有的支架,省去了开模成本,提高了效率及灵活性,但其只适用于大板块的金属或陶瓷基板。而连续SiC自由薄膜基板厚度仅为8~100微米,且宽度较窄,无法应用这种图形化的封装工艺进行固晶和封装。

中国专利CN105932019A公开一种采用COB封装的大功率LED结构,通过简化封装结构、散热器表面开设凹槽等方式进行板上芯片的固晶和封装。这种结构在固晶时要求散热材料的表面具有高低起伏的凹/凸槽,而连续SiC自由薄膜基板表面光滑平整,厚度极薄,无法应用这种封装结构进行固晶和封装。

中国专利CN104979439A公开一种多行组合滚动式固晶机,通过气缸联动点胶和固晶的过程,并采用滚动式上料进行固晶,可以实现对同一直线上的位置进行固晶。但是由于此装置仅适用于固定面积的PCB板,每片PCB板固晶之后需要进行人工更换,因此这种固晶装置无法针对逾百米的连续薄膜基板进行自动点胶和固晶。

现有的COB封装工艺和封装结构只适用于金属或传统陶瓷散热基板,采用的固晶机等封装装置也仅仅适用于板块状的印制电路板(PCB)。目前,自动固晶机由于固晶效率不高、质量不好、操作麻烦等原因较少被采用。在实际生产中的COB封装多采用人工固晶、点胶和焊线。尽管人工封装在一定程度上可以提高芯片的利用效率,但是在生产过程中需要对技工进行专门的封装技术培训,成本高、耗时长,且这种精密封装人工操作往往会存在严重的装配误差,不利于工业化生产。对于高集成的大功率LED固晶而言,利用自动固晶装置取代人工固晶是目前封装行业的研究热点。作为一种良好的散热薄膜材料,连续碳化硅薄膜散热基板长且薄,而目前针对厚膜的COB封装方法和自动固晶装置都不适用于此类基板,因此有必要发明一种可以适用于此基板的LED固晶装置和方法,使该基板的优异性能够通过器件的工业化生产得到广泛应用。根据连续碳化硅薄膜基板的特性,利用传动装置和固晶装置相结合的模式,发明一种LED连续固晶装置及其方法,能大幅提高在连续碳化硅薄膜基板上的固晶效率,节省生产成本,突破碳化硅薄膜基板的封装瓶颈,实现LED芯片连续自动化固晶工业生产。

目前国内还未见涉及连续SiC自由薄膜陶瓷散热基板的LED固晶装置或固晶方法。



技术实现要素:

本发明的目的在于针对现有LED固晶装置的局限性,即只适用于对金属材料或传统陶瓷材料的板块状的印制电路板(PCB)的固晶,提供一种LED连续固晶装置及其固晶方法。

所述LED连续固晶装置设有基板送膜系统、传动系统、点胶系统、固晶系统、加热系统和基板出膜系统;所述基板送膜系统、传动系统、点胶系统、固晶系统、加热系统和基板出膜系统依次放置于地面;

所述连续碳化硅薄膜基板从基板送膜系统送出,依次到达点胶系统、固晶系统和加热系统进行LED芯片的板上固晶,最后从基板出膜系统处送出带有LED芯片的基板;

所述基板送膜系统包括碳化硅薄膜基板、基板卷盘、电机和支架,所述支架高度可调,支架顶部固定有电机,所述电机的转轴前段设有螺纹,可将至多10个基板卷盘同时插在电机的转轴上,并能螺母固定基板卷盘,通过电机转轴转动带动基板卷盘转动,转轴直径与基板卷盘的内径相;所述基板卷盘使得碳化硅薄膜基板其正好卡在两个侧壁之间并能使基板层叠成卷;

所述传动系统包括定位轨道、传送带、电机、控制面板和支腿,所述支腿高度可调,支腿顶部分别固定有点胶系统、固晶系统;所述传送带利用支腿架高,横跨点胶系统、固晶系统和加热系统,可通过控制面板设定其驱动电机的转速来改变传送带速度,使得传送带的速度和基板送膜系统的基板送出速度相同;

所述点胶系统包括点胶控制系统、工作台控制系统、二维支架工作台、气瓶、塑料气管、针筒、针筒固定支架、点胶头和银胶;所述针筒的下端紧套有点胶头,针筒的上端由塑料气管的一端紧套住,筒内装有银胶,针筒通过针筒固定支架竖直固定在纵向底座上,由二维支架工作台调控其相对位置;所述塑料气管的另一端紧套在气瓶的出气口;所述点胶控制系统通过调控气瓶的出气量和时间调控点胶量;所述工作台控制系统通过调控步进电机的转向、转速和时间调控二维支架工作台的运动;所述二维支架工作台包括横向运动装置、纵向运动装置和竖直固定装置;竖直固定装置固定在传动系统的支腿上;横向运动装置包括底板、横向轨道、横向丝杆、联轴器、步进电机、挡板和横向底座,横向底座通过滚珠螺母固定于横向丝杆并架在横向轨道上,横向轨道固定在底板上,横向丝杆通过挡板固定在底板上,丝杆一端用联轴器与步进电机的轴连接;纵向运动装置包括纵向轨道、纵向丝杆、联轴器、步进电机、挡板和纵向底座,纵向底座通过滚珠螺母固定于纵向丝杆并架在纵向轨道上,纵向轨道固定在横向底座上,纵向丝杆通过挡板固定在横向底座上,丝杆一端用联轴器与步进电机的轴连接;

所述固晶系统包括供料装置、取料装置、二维支架工作台、工作台控制系统和监控系统;所述供料装置包括上料装置、晶料定位装置和固定机架;供料装置上的固定机架将供料装置固定在横向底座上;所述上料装置包括晶圆、晶座和顶针机,顶针机位于在晶座下方,设有顶针微动机构和顶针;所述晶料定位装置设有步进电机、联轴器、精密丝杆和导轨,精密丝杆与晶圆上的晶座相连,所述取料装置包括伸缩气缸、塑料气管、吸嘴、CCD摄像头、红外探测器、取料臂、转向杆和固定机架;取料装置上的固定机架将取料装置竖直固定于纵向底座;转向杆和取料臂相连,取料臂末端竖直向下装有CCD摄像头和红外探测器,红外探测器能发射出竖直向下的激光;塑料气管的一端与吸嘴相连,塑料气管另一端与伸缩气缸紧密相连;所述工作台控制系统通过调控步进电机的转向、转速和时间调控二维支架工作台的运动;二维支架工作台包括横向运动装置、纵向运动装置和竖直固定装置;竖直固定装置固定在传动系统的支腿上;横向运动装置包括底板、横向轨道、横向丝杆、联轴器、步进电机、挡板和横向底座,横向底座通过滚珠螺母固定于横向丝杆并架在横向轨道上,横向轨道固定在底板上,横向丝杆通过挡板固定在底板上,丝杆一端用联轴器与步进电机的轴连接;纵向运动装置包括纵向轨道、纵向丝杆、联轴器、步进电机、挡板和纵向底座,纵向底座通过滚珠螺母固定于纵向丝杆并架在纵向轨道上,纵向轨道固定在横向底座上,纵向丝杆通过挡板固定在横向底座上,丝杆一端用联轴器与步进电机的轴连接;所述监控系统设有显示屏和控制面板,显示屏显示CCD摄像头和红外探测器的监测影像,控制面板对晶座位置、顶针位置、伸缩气缸和转向杆进行调控;

所述加热系统包括机箱、烘烤进口、烘烤出口、鼓风电机、风叶、排气口、进气口、隔热层、电热丝、热电偶、通风板、控温面板;所述机箱顶部的前中后三处都安装有鼓风电机和排气口,三个进气口分别开在机箱侧面前中后三处;在机箱的内部,风叶竖直固定在鼓风电机的转轴上,箱体内部设有隔热层,6根电热丝分别竖直固定在隔热层内部非进烘烤出口的两侧。所述隔热层内部前中后三处分别悬挂有三个热电偶,用于监测加热系统内部温度并通过控温面板进行温度调节。所述烘烤进口仅能通过传送带和基板,传动系统的后半部分进入机箱内部,所述传送带底部是隔热层,传送带在到达烘烤出口前折返形成周期运动;

所述基板出膜系统设有接收台,带LED芯片的碳化硅薄膜基板从加热系统的烘烤出口连续送出至接收台。

所述基板卷盘内径最好为20mm,外径不小于80mm,外径上附有薄膜基板,外径两侧应各有一个壁高为20mm,壁厚为1mm的侧壁,使得碳化硅薄膜基板其正好卡在两个侧壁之间并能使基板层叠成卷,保证卷盘转动时基板送出位置固定,基板卷盘整体厚度在3~10mm之间可变,其材质最好为塑料;所述基板宽度可为1~8mm。

所述传送带宽度固定为100mm,能带动十条基板并排前行。所述定位轨道固定在传送带最前端,共设有十条轨道,其总宽度与传送带的宽度相同,每条轨道的宽度应与基板的宽度相同,轨道与轨道之间距离可调,定位轨道长为100mm,宽为100mm,高为10mm,定位轨道的材质为塑料。

所述晶圆的直径可为100mm、150mm或200mm,扩晶后芯片间距约为0.6mm;晶座的直径受晶圆直径的大小调控,晶座直径可为为150mm、200mm或250mm;顶针机位于在晶座下方,设有顶针微动机构和顶针,顶针由钨钢精磨制成,长度在10mm左右,体直径在0.68mm~0.70mm之间,顶针尖端一般呈球形,其尖端圆弧半径最好为0.1mm。所述精密丝杆的螺距最好为5mm。所述吸嘴的尖端直径大小可根据芯片尺寸大小调控,吸嘴尖端的半径最好为0.25mm,吸嘴长度最好为40mm左右,吸嘴的材质最好选用胶木吸嘴。

所述机箱的长度可为1.5m;所述烘烤进口仅能通过传送带和基板,其高为70mm,烘烤进口宽度为100mm。所述烘烤出口仅能通过至多十条基板,其高为5mm,宽度为100mm。

所述LED连续固晶方法包括以下步骤:

1)安装和使用基板送膜系统与传动系统进行基板的传送;

2)使用点胶系统进行基板的点胶;

3)使用固晶系统进行基板的LED固晶;

4)使用加热系统进行银胶的固化;

5)使LED芯片牢牢粘合在基板上。

在步骤1)中,所述安装和使用基板送膜系统与传动系统进行基板的传送的具体方法可为:

(1)将至多十个厚度一致的基板卷盘同时套插入电机的转轴上,旋紧螺母,使卷盘的位置固定,在基板送出的过程中不发生移动;

(2)用螺母固定传动系统的高度,传送带的最高处应尽量与成卷基板最高处的切线在同一水平面上;

(3)传送带的前段是定位轨道,用镊子将每一条基板分别从卷盘拉出后,准确卡入定位轨道的每个轨道内,从而固定薄膜基板进入传送带的位置;

(4)设定基板和传送带的传送速度同为0.5m/min,自动同时开启基板送膜系统的电机和传动系统的电机,使基板进入传送带后做与传送带无滑动的前进运动。

在步骤2)中,所述使用点胶系统进行基板的点胶的具体方法可为:

(1)当基板的待点胶处被传送至点胶头正下方时,基板送膜系统的电机和传动系统的电机立即同时停止,基板停止运动;

(2)工作台控制系统将点胶头移动至左数第一条基板中轴线正上方,点胶头的最下端与左数第一条基板的高度距离为2mm;

(3)在点胶控制系统的调控下,气瓶内的气体通过塑料气管,将针筒内的银胶挤出点胶头,使银胶准确落在所在基板的中轴线上;

(4)利用点胶控制系统调节出胶量,确保每次都能在基板上得到直径约0.2~0.3mm的银胶;第一次点胶前应注意,针筒内应充满约3/4针筒容积的银胶,第一条基板点胶完毕后,工作台控制系统将点胶头往右移动一定距离至左数第二条基板中轴线的正上方,保持点胶头的最下端与左数第二条基板的高度距离最好为2mm,而后在点胶控制系统的调控下,将针筒内的银胶挤出并落在基板上;

(5)重复步骤(1)~(4)从左到右依次将所有基板点胶完成,基板的点胶过程一般为1min,点胶完成后即得到涂有银胶的基板,之后等待2min,再自动同时开启基板送膜系统的电机和传动系统的电机,使基板继续做与传送带无滑动的前进运动,设定6s后自动同时停止基板送膜系统的电机和传动系统的电机,使基板停止前进,并开始进行点胶;同一条基板上两次点胶的距离为50mm。

在步骤3)中,所述使用固晶系统进行基板的LED固晶的具体方法可为:

(1)已点胶的基板到达固晶系统前,通过工作台控制系统调节取料臂位置,使其在左数第一条基板中轴线的正上方;

(2)红外探测器应位于该基板中轴线的正上方50mm处,开启红外探测器,当红外探测器监测到银胶时,基板送膜系统的电机和传动系统的电机停止转动,基板停止前进,开始进行板上LED芯片固晶;

(3)第一次上料前应调好吸嘴的位置,使其正好位于左数第一条基板上银胶中心的正上方,此时CCD摄像头会将拍摄到的两点一线的图像信息反映在显示屏上;

(4)控制转向杆顺时针转动45°,此时吸嘴在晶座上方,通过设定好的程序移动晶座和顶针机,使得吸嘴、芯片和顶针在同一直线上,此时CCD摄像头会将拍摄到的三点一线的图像信息反映在显示屏上;

(5)通过工作台控制系统在竖直方向调控吸晶高度,下降吸嘴的高度使得吸嘴与晶圆的距离最好为2mm;

(6)取料时顶针将芯片顶起,同时打开伸缩气缸,抽走吸嘴内空气,使得真空吸嘴将芯片吸起,通过工作台控制系统使吸嘴竖直上升48mm,将转向杆逆时针转动45°,此时取料臂回到左数第一条基板中轴线正上方;

(7)将吸嘴竖直下降使芯片与银胶贴合,同时关闭伸缩气缸,此时显示屏上应呈现芯片和银胶紧密贴合的图像;

(8)第一条基板固晶完毕后,通过工作台控制系统使吸嘴上升50mm,再将其右移一定距离至左数第二条基板银胶的正上方,同时通过红外探测器和显示屏的信息,确认吸嘴的正确位置,开始固晶,重复上述步骤(1)~(7)从左到右依次将每条基板固晶完成,基板的固晶过程一般为3min;

(9)固晶完成后得到带芯片的基板,自动同时开启基板送膜系统的电机和传动系统的电机,使基板继续做与传送带无滑动的前进运动,设定6s后自动同时停止基板送膜系统的电机和传动系统的电机,使基板停止前进,并开始进行固晶,同一条基板上相邻两个LED芯片的距离为50mm。

在步骤4)中,所述使用加热系统进行银胶的固化的具体方法可为:

传送带与基板由烘烤进口一并进入机箱中,机箱隔热层内的温度可在基板未进入机箱之前于控温面板中设定恒温125℃,机箱有效加热长度约为1.5m,传送带和基板的传送速度为0.5m/min,总传送时间为3min,每条基板两个芯片的间距为50mm,机箱内各条基板上同时可有约30个LED芯片,每个芯片的单独的加工时间最长为3min,总加工时间为90min,故银胶烘烤固化的总时间为93min;经完整的热处理后,完成银胶固化,使LED芯片紧紧粘合在基板上;基板由烘烤出口送出;传送带往回传送形成循环。

所述当基板送膜系统的电机和传动系统的电机同时停止转动时,点胶系统和固晶系统同时对基板进行作业,作业时间合计为3min。3min后两台电机再次同时进行转动,转动6s后再次同时停止,并开始点胶作业和固晶作业。基于此循环实现对成卷碳化硅陶瓷基板点胶和固晶的连续化和自动化加工。

完成上述封装过程以后,将得到一系列带有LED芯片的碳化硅薄膜基板,这些基板被送至接收台,可开展后期加工。当一整卷基板使用完毕后,需更换新的基板卷盘,并重复此固晶装置的固晶方法,从而完成更多碳化硅薄膜基板固晶。

综上所述,本发明提供一种LED连续固晶装置及固晶方法,以连续碳化硅薄膜为基板,利用传动装置和固晶装置相结合的模式,对成卷的碳化硅薄膜基板进行点胶、固晶和烘烤,得到一系列带有芯片的碳化硅薄膜基板。利用本发明的固晶装置及固晶方法,可以连续对碳化硅薄膜基板进行固晶,大幅提高LED芯片固晶效率,填补了现有固晶装置和固晶工艺无法针对连续化薄膜基板进行板上芯片固晶的空白,与现有的人工固晶相比,点胶的准确性和LED芯片的利用率将得到进一步提高。基于此进行基板的COB(板上芯片封装)封装工艺,可得到高质量的连续碳化硅陶瓷基板封装产品,实现连续碳化硅薄膜基板的板上LED芯片连续自动固晶和封装产品工业化生产,得到性能更为优越的LED成品器件。

附图说明

图1是本发明所述LED连续固晶装置的主视图。

图2是图1中基板送膜系统中基板卷盘的示意图和基板俯视放大图。

图3是图1中传动系统中定位轨道的示意图。

图4是图1中点胶系统的主视图。

图5是图1中点胶系统的侧视图。

图6是图1中固晶系统的主视图。

图7是图1中固晶系统的侧视图。

图8是图6固晶系统中取料装置的部分放大图。

图9是图6固晶系统的局部工作示意图。

图10是图9中传送带上基板局部放大图。

图11是图1中加热系统的侧视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚和明白,下面将结合示例性实施例,并参照附图描述本发明。

本发明提供的该种LED连续固晶装置,如图1所示,包括:基板送膜系统1、传动系统2、点胶系统3、固晶系统4、加热系统5和基板出膜系统6。在基板出膜系统1中,包括待固晶的碳化硅薄膜基板10,驱动基板卷盘11、转动的电机12和支架13。在传动系统2中,包括位于传送带22前端的定位轨道21、耐高温橡胶传送带22、电机23、转动速度的控制面板24和支腿25。在点胶系统3中,主要包括二维支架工作台31、点胶头32、塑料气管33、工作台控制系统34和点胶控制系统35等。在固晶系统4中,主要包括二维支架工作台41、取料装置42、供料装置43、工作台控制系统44和监控系统45等。在加热系统5中,待烘干的基板由烘烤进口55进入,由烘烤出口56送出,通过机箱51内的加热装置对完成固晶的基板50进行加热烘烤,所述加热装置包括控温面板52,三个鼓风电机531、532、533和三个排气口54等。在基板出膜系统6中,包括接收已固封芯片的碳化硅薄膜基板60的滑面陶瓷接收台61。

其中,如图2所示,所述属于基板送膜系统1的基板卷盘11由塑料制成,内径为20mm,外径为100mm,厚度根据碳化硅薄膜基板10的宽度在3~10mm内可变,用于固定碳化硅薄膜基板10层叠成卷的两个侧壁壁高固定为20mm,壁厚固定为1mm。所述基板10宽度应在1~8mm之间,使其正好卡在基板卷盘11的两个侧壁之间。一般来说,一个完整的基板卷盘11所含的基板10应在200m以上。使用本发明固晶时,可将至多十个厚度一致的基板卷盘11同时套插在电机12的转轴上,使用前必须确基板卷盘11的紧固,使其相互之间不会滑动。在本示例性实施例中,碳化硅薄膜基板的宽度固定为2mm。

如图3所示,所述定位轨道21由十条轨道构成,轨道总长为100mm,宽为100mm,高为10mm,每条轨道宽度与基板的宽度相同,轨道之间距离可调。由于本示例性实施例中的碳化硅薄膜基板宽度为2mm,故每条轨道宽度为2mm,轨道间距调整为2mm,最两侧轨道侧壁与传送带边缘距离为30mm。

如图4和5所示,所述点胶系统3包括:二维支架工作台31、点胶头32、塑料气管33、工作台控制系统34、点胶控制系统35、气瓶36、针筒37、银胶38和针筒固定支架39。所述二维支架工作台31主要包括竖直固定装置311、底板312、横向底座313、纵向底座314、横向轨道3151、纵向轨道3152、横向丝杆3161、纵向丝杆3162、联轴器3171与3172、步进电机3181与3182、挡板3191与3192。其中,竖直固定装置311紧锁在传动系统2的支腿25上,将点胶系统3安装于传动系统2的正上方。针筒37通过针筒固定支架39紧固在纵向底座313上,其上端必须套紧塑料气管,下端必须套紧点胶头32。联轴器3171将横向丝杆3161与步进电机3181锁紧;联轴器3172将纵向丝杆3162与步进电机3182锁紧。横向底座313须用滚珠螺母紧固在横向丝杆3161并架在横向轨道3151上,在工作台控制系统34的调控下,步进电机3181带动横向丝杆3161转动,横向底座313随之移动,在本示例性实施例中,须确保点胶头32能在传送带22的宽度范围内左右运动顺畅;纵向底座313须用滚珠螺母紧固在纵向丝杆3162并架在纵向轨道3152上,在工作台控制系统34的调控下,步进电机3182带动纵向丝杆3162转动,纵向底座314随之移动,在本示例性实施例中,须确保点胶头32能在传送带22正上方20mm处进行点胶。所述塑料气管33两端分别连接气瓶36和针筒37,针筒内装有银胶38,在点胶控制系统35的调控下,气瓶36内的气体通过塑料气管33输送至针筒37,针筒37内气体压强增大,将筒内银胶38压至点胶头32,由点胶头32挤出。点胶控制系统35通过控制气瓶36的出气量和时间来控制点胶量。在本示例性实施例中,点胶量固定为每次在基板上得到直径0.2mm的胶斑,点胶后的基板呈点胶态30(参照图8)。

如图6和图7所示,所述固晶系统4包括:二维支架工作台41、取料装置42、供料装置43、工作台控制系统44和监控系统45。所述二维支架工作台41主要包括竖直固定装置411、底板412、横向底座413、纵向底座414、横向轨道4151、纵向轨道4152、横向丝杆4161、纵向丝杆4162、联轴器4171与4172、步进电机4181与4182、挡板4191与4192。其中,竖直固定装置411紧锁在传动系统2的支腿25上,将固晶系统4安装于传动系统2的正上方。取料系统42的固定机架428紧固在二维支架工作台41的纵向底座414上,使得二维支架工作台41能对取料系统42进行控制。联轴器4171将横向丝杆4161与步进电机4181锁紧;联轴器4172将纵向丝杆4162与步进电机4182锁紧。横向底座413须用滚珠螺母紧固在横向丝杆4161并架在横向轨道4151上,在工作台控制系统44的调控下,步进电机4181带动横向丝杆4161转动,横向底座413随之移动,在本示例性实施例中,须确保取料装置42的吸嘴423能在传送带22的宽度范围内左右运动顺畅;纵向底座413须用滚珠螺母紧固在纵向丝杆4162并架在纵向轨道4152上,在工作台控制系统44的调控下,步进电机4182带动纵向丝杆4162转动,纵向底座414随之移动,在本示例性实施例中,须确保吸嘴423能在传送带22上方2~50mm内运动顺畅。所述供料装置43,主要包括固定支架431、晶料定位装置432、晶圆433、晶座434和顶针机435。为确保晶片的高利用率,所述晶料定位装置中精密丝杆的螺距应小于5mm。在本示例性实施例中,晶圆已事先进行过扩晶,扩晶后芯片间距为0.6mm,晶圆直径为150mm,晶座直径设计为200mm,晶圆与晶座共圆心。晶座下方设有长度为10mm,体直径为0.68mm的顶针,顶针的尖端圆弧半径为0.1mm。所述监控系统45包括显示屏451和控制面板452。

如图8所示,所述取料装置42主要包括:伸缩气缸421(参照图6和7)、塑料气管422、吸嘴423、CCD摄像头424、红外探测器425、取料臂426、转向杆427和固定机架428(参照图6和7)。塑料气管422一端套紧吸嘴423,另一端套紧伸缩气缸421(参照图6和7)。在本示例性实施例中,吸嘴尖端的半径为0.25mm,吸嘴长度为40mm。

如图9所示,固晶系统工作时,根据本示例性实施例,取料臂426顺时针旋转45°从晶圆432上吸取芯片,芯片规格为16mil×18mil(0.41mm×0.46mm),再逆时针旋转45°将芯片固定在基板上。取料臂426在二维支架工作台41的带动下可实现左右移动并完成十条基板30的固晶过程。

如图10所示,基板经过点胶系统到固晶系统的加工后,从点胶后的点胶态30到固晶后的固晶态40。

如图11所示,所述加热系统内部主要包括风叶511、热电偶512、电热丝513、通风网514、隔热层515等,并设有排气口54和进气口57。机箱51全长150m,待烘干的基板50与传送带22共同从烘烤进口55进入加热系统进行烘烤,烘烤结束之后,基板60从烘烤出口56离开加热系统进入接收台61,传送带22则由往回传送形成循环。

以上是对本发明一种LED固晶装置的说明,下面将结合附图,提出一种LED固晶方法的示范性实施例。

本发明提供的一种针对连续化薄膜陶瓷基板芯片封装装置的封装方法,具体包括:安装和使用基板送膜系统1与传动系统2进行基板的运输,使用点胶系统3进行基板的点胶,使用固晶系统4进行LED芯片的固晶,使用加热系统5进行银胶的固化。具体步骤如下:

在安装和使用基板送膜系统1进行基板输送中,将十个厚度一致为2mm的基板卷盘11同时套插入电机12的转轴上,转轴直径为20mm且前端有螺纹,用螺母来紧固这些基板卷盘11,使其相互之间不会滑动,卷盘11之间的间距为2mm。用镊子将十条基板10分别从十个基板卷盘11拉出后,准确地卡入定位轨道21的每个轨道内,小心地拉动基板10水平通过定位轨道21,确保基板10不发生歪斜、扭曲或弯折,从而固定基板10进入传送带的位置。待基板10前端完全通过定位轨道进入传送带后,自动同时开启基板送膜系统1的电机12、传动系统2的电机23,设定两台电机的传送速度相同为0.5m/min,使十条基板10进入传送带22后做与传送带无滑动的前进运动。

在使用点胶系统3进行基板的点胶中,当十条基板10的待点胶处被传送至点胶头32正下方时,立即同时停止基板送膜系统1的电机12和传动系统2的电机23,基板10停止运动。通过操作工作台控制系统34将点胶头32移动至左数第一条基板中轴线的正上方,调节点胶头32的最下端与左数第一条基板的距离最好为2mm。在第一次点胶时,应将银胶38灌入针筒37内约3/4满,在正式点胶之前,应通过调节点胶控制系统35,控制点胶系统3中气瓶36的出气量和时间,使得每次从点胶头32中挤出的银胶38的量在下落2mm后能形成一个面积约为0.2~0.3mm的胶斑。通过操作点胶控制系统35在左数第一条基板的正上方进行点胶,此时,所得银胶的中心位置应落在所在基板的中轴线上。第一条基板点胶完毕后,通过操作工作台控制系统34将点胶头32往右移动4mm至左数第二条基板正上方,点胶头32的最下端与左数第二条基板的距离最好为2mm,重复上述步骤从左到右将十条基板10依次点胶完成。十条基板10的点胶过程一般为1min。点胶完成后得到十条涂有银胶的基板30。2min后自动同时开启基板送膜系统1的电机12和传动系统2的电机23,使十条基板30继续做与传送带无滑动的前进运动,设定6s后再次自动同时停止基板送膜系统1的电机12和传动系统2的电机23,进行板上点胶,此时同一条基板两次点胶距离为50mm。

在使用固晶系统4进行基板的固晶中,已点胶的基板30到达固晶系统4前,通过调节工作台控制系统44将CCD摄像头424和红外探测器425移动至左数第一条基板中轴线正上方50mm处,调节取料臂426应与基板平行,开启红外探测器425,当红外探测器425监测到带银胶的基板30时且基板送膜系统1的电机12和传动系统2的电机23停止转动时,开始进行板上LED芯片固晶。第一次上料前应调好吸嘴423的位置,使其正好位于左数第一条基板板上银胶的正上方,此时CCD摄像头424会将拍摄到的两点一线的图像信息反映在显示屏451上。将转向杆427顺时针转动45°,此时吸嘴423在晶座434上方,通过设定好的程序移动晶座434和顶针机435,使得吸嘴423、晶圆433上的芯片和顶针机435上的顶针在同一直线上,此时CCD摄像头424会将拍摄到的三点一线的图像信息反映在显示屏451上。通过操作工作台控制系统44在竖直方向上调控吸晶高度,下降吸嘴423的高度使得吸嘴423与圆晶433的距离为2mm,取料时顶针将芯片顶起,同时打开伸缩气缸421,抽走吸嘴423内空气,使得真空吸嘴423将芯片吸起。通过操作工作台控制系统44在竖直方向上将吸嘴423上升48mm,将转向杆逆时针转动45°,下降吸嘴423的高度使得芯片与银胶贴合,同时关闭伸缩气缸421,此时显示屏451上应呈现芯片和银胶紧密贴合的图像。第一条基板固晶完毕后,通过操作工作台控制系统44将吸嘴423竖直上升50mm,再右移4mm至左数第二条基板板上银胶的正上方,同时通过CCD摄像头424和红外探测器425的信息,确认吸嘴424的正确位置。然后重复上述步骤从左到右将十条基板30依次固晶完成。十条基板30的固晶过程一般为3min。固晶完成后得到十条带芯片的基板40,自动同时开启基板送膜系统1的电机12和传动系统2的电机23,使十条基板40继续做与传送带无滑动的前进运动,设定6s后再次自动同时停止基板送膜系统1的电机12和传动系统2的电机23,进行板上固晶,此时同一条基板相邻两个LED芯片距离为50mm。

在使用加热系统5进行银胶的固化中,传送带22与十条基板40一并从烘烤进口55进入机箱51内,机箱隔热层515内的温度可在十条带芯片的基板40未进入机箱21之前于控温面板52中设定恒为125℃;银胶烘烤固化的总时间约为1.5h。经完整的热处理后,最终十条烘干的带芯片的碳化硅薄膜基板60从烘烤出口56离开加热系统5,传送带22则往回传送形成循环。

完成上述封装过程以后,将得到一系列带有芯片的碳化硅薄膜基板60,这些基板被送至接收台61,等待下一步的加工。若要继续对碳化硅陶瓷基板10进行固晶,则需要更换新的基板卷盘11,并重复此固晶装置的固晶方法。

以上已对本发明的技术内容作了详细说明。所属领域的技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的示例性实施例而已,并不用于限制本发明。

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