一种倒装共晶LED阵列的共晶效果评估方法与流程

本发明属于半导体照明led共晶效果评估技术领域，具体涉及一种倒装共晶led阵列的共晶效果评估方法。

背景技术：

随着高功率发光二极管(led)封装技术的不断发展，散热一直困扰着研究人员，这也限制了led产品性能的进一步提升。为了提升光源的品质，研究人员研发出倒装led技术，以大幅度提高光源散热能力。目前主流的倒装技术有三种：助焊膏共晶工艺，锡膏共晶工艺和超声热压焊工艺；其中，超声热压焊工艺因为成本高，工艺精度要求高等缺陷，不适合企业研发。

而目前无论是助焊膏共晶还是锡膏共晶，都能实现芯片和基板的电气连接，但是难点在于对芯片和基板之间的共晶界面的气泡的控制。由于气泡的存在可导致芯片和基板连接性能变差，降低了光源的散热能力。因此共晶之后需要对共晶效果进行x-ray探伤检测或超声波探伤检测，统计气孔率，以确定共晶效果及是否适合后续封装。

然而，对于单芯片共晶，通过对光源进行x-ray探伤检测或超声波探伤检测，很快就能探索到共晶条件和机理；但是对集成大功率光源阵列，由于共晶芯片数量较多，不可能对所有光源的每颗芯片都进行x-ray探伤检测或超声波探伤检测。因此，在单芯片倒装共晶工艺成熟以后，尝试进行多芯片阵列共晶，共晶效果也可以进行同样的检测，但是检测气孔率既增加了企业成本，又降低了效率，这严重阻碍了高功率倒装led阵列光源的普及。

技术实现要素：

为了攻克这一难题，本发明提供了一种倒装共晶led阵列的共晶效果评估方法，所述方法是根据倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片和基板的结合面积不同导致的散热差异，由此对倒装共晶led阵列的共晶效果进行评估，所述评估方法可以快速、高效地评估所述倒装共晶led阵列的共晶效果，确认是否适合继续后续的封装工作，避免在不适合封装的倒装共晶led阵列上继续投入资源，从而造成大量资源的浪费，所述评估方法显著提高了工作效率。

本发明提供如下方案：

一种倒装共晶led阵列的共晶效果评估方法，所述倒装共晶led阵列包括m×n个倒装共晶led芯片，所述m×n个倒装共晶led中的m×n个芯片构成m行n列的阵列结构，其中，m≥1，n≥1，且m和n不同时为1；所述方法包括如下步骤：

额定功率下，测试倒装共晶led阵列中标准倒装共晶led中的芯片表面的温度t标；同样条件下，测试倒装共晶led阵列中待测倒装共晶led中的芯片表面的温度tmn；其中，标准倒装共晶led中的芯片简记为标准芯片，待测倒装共晶led中的芯片简记为待测芯片；对比t标和tmn，判断倒装共晶led阵列的共晶效果。

根据本发明，所述倒装共晶led阵列是经过共晶固化后的倒装led阵列。

根据本发明，所述倒装共晶led阵列用作光源。

根据本发明，所述标准芯片可以与待测芯片在同一倒装共晶led阵列中，也可以在不同倒装共晶led阵列中。

根据本发明，标准芯片所在的倒装共晶led阵列和待测芯片所在的倒装共晶led阵列采用相同的工艺制备得到。所述倒装共晶led阵列中的每个倒装共晶led采用相同的工艺制备得到。例如，所述倒装共晶led阵列采用下述方法制备：将m×n个芯片放置在涂覆焊料的基板焊盘上，构成m行n列的阵列结构，共晶固化，制备得到倒装共晶led阵列。

根据本发明，通过下述方法确定标准芯片：将制备得到的倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片进行x-ray探伤检测或超声波探伤检测，选择倒装共晶led中芯片和基板之间的共晶界面无气泡的倒装共晶led作为标准倒装共晶led，该标准倒装共晶led中的芯片即为标准芯片。

优选地，所述标准芯片和待测芯片的几何尺寸相同，光电参数相同或相近。

优选地，所述焊料为助锡膏或锡膏。

根据本发明，所述“额定功率”是指倒装共晶led阵列中每个芯片在通入相同电流的条件下，使倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led的功率相同，确保倒装共晶led阵列中每个芯片发热功率相同。

优选地，在额定功率下测试倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中芯片表面的温度。

根据本发明，采用红外热成像仪测试芯片表面的温度。优选地，采用红外热成像仪测试芯片表面的测温点的温度。

根据本发明，所述测温点选自芯片表面任一位置，优选为芯片表面的正中间。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种倒装共晶led阵列的共晶效果评估方法，所述评估方法是根据倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片和基板之间的结合面积的差异导致的散热差异，由此对倒装共晶led阵列的共晶效果进行评估。对于倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片而言，若芯片和基板之间的共晶面积大，结合状况好，芯片散热就好，热量不会在芯片上累积，芯片表面温度低，说明所述倒装共晶led的共晶效果好；反之芯片表面温度高，共晶效果不好。由于基板散热能力好，传热快，近似认为基板瞬时温度是均匀的。根据倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片的温度的一致性，评估倒装共晶led阵列的整体共晶效果是否适合后续封装工作，无需对倒装共晶led阵列中的每个芯片进行x-ray探伤检测或超声波探伤检测，节省了检测成本，提高生产效率，非常适合批量生产。

附图说明

图1为倒装共晶led阵列的俯视图。

图2为倒装共晶led阵列的侧视图。

图3为倒装共晶led阵列的透视图。

具体实施方式

如前所述，本发明公开了一种倒装共晶led阵列的共晶效果评估方法，所述倒装共晶led阵列包括m×n个倒装共晶led，所述m×n个倒装共晶led中的m×n个芯片构成m行n列的阵列结构，其中，m≥1，n≥1，且m和n不同时为1；所述方法包括如下步骤：

额定功率下，测试倒装共晶led阵列中标准倒装共晶led中的芯片表面的温度t标；同样条件下，测试倒装共晶led阵列中待测倒装共晶led中的芯片表面的温度tmn；其中，标准倒装共晶led中的芯片简记为标准芯片，待测倒装共晶led中的芯片简记为待测芯片；对比t标和tmn，判断倒装共晶led阵列的共晶效果。

在本发明的一个优选实施方式中，所述阵列中的倒装led是本领域已知的倒装led；优选地，所述阵列中的m×n个倒装led共用一个基板。还优选地，所述基板的单极焊盘面积大于芯片单极电极面积。还优选地，所述焊料优选为助焊膏或锡膏。还优选地，所述倒装共晶led阵列包括基板、焊盘、焊料和芯片。

本领域技术人员可以理解，所述阵列的共晶制程如下：采用固晶机(例如可以是自动固晶机)或丝网印刷在基板焊盘上涂覆焊料，然后用固晶机放置m×n个芯片且摆放成m行n列的阵列结构，再经高温回流实现共晶固化，制备得到倒装共晶led阵列。

在本发明的一个优选实施方式中，所述阵列中相邻的倒装共晶led可以是并联或串联；但是，在总功率一定的条件下，流过各芯片的电流必须相同。

在本发明的一个优选实施方式中，通过下述方法确定标准芯片：将制备得到的倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片进行x-ray探伤检测或超声波探伤检测，选择倒装共晶led中芯片和基板之间的共晶界面无气泡的倒装共晶led作为标准倒装共晶led，该标准倒装共晶led中的芯片即为标准芯片。

本领域技术人员可以理解，所述x-ray探伤检测是在x-ray条件下，透视观察倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片，主要是观察芯片和基板之间的共晶界面有无气泡存在，从而判断包括该芯片的倒装共晶led的共晶效果，确定该芯片是否可以作为标准芯片。若该芯片和基板之间的共晶界面无气泡存在，说明包括该芯片的倒装共晶led的共晶效果好，该芯片可以作为标准芯片；若该芯片和基板之间的共晶界面有气泡存在，说明包括该芯片的倒装共晶led的共晶效果不好，该芯片不可以作为标准芯片。

本领域技术人员可以理解，所述超声波探伤检测，利用超声能透入金属材料的深处，由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形判断焊缝中的气孔位置和大小。判断是否可以作为标准芯片的原则如上所述。

本领域技术人员可以理解，若是制备得到的倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片都不满足标准芯片的要求，则重新制备倒装共晶led阵列，并再次通过x-ray探伤检测或超声波探伤检测，直到找到标准芯片为止。

在本发明的一个优选实施方式中，所述阵列中每个倒装共晶led中的芯片表面的温度测试是在相同的条件下进行的；所述相同的条件包括相同的测温点，相同的电压和相同的电流，以及任选地下述条件中的至少一个：相同的环境温度和湿度(如测试过程中统一使用散热器或不使用散热器)，相同的测温设备，相同的测试员，相同的测试方法等。

在本发明的一个优选实施方式中，所述阵列中每个倒装共晶led中的芯片为同一款芯片，本领域技术人员可以理解，所述同一款芯片是指芯片几何尺寸相同，芯片光电参数相同或相近。

本发明的“几何尺寸相同”中的“相同”是指led芯片切割面积与标准参数值误差在5％以内，芯片各层材料厚度与标准参数值误差在1％以内。本发明的“光电参数相近”中的“相近”是指led芯片开启电压最大值和最小值差值<0.1伏，和辐射功率最大值和最小值差值<30mw；对点亮后的单颗倒装芯片进行显微红外测温仪测试，温度最大值和最小值差值<5℃。

在本发明的一个优选实施方式中，所述阵列中每个倒装共晶led共用一块基板。本领域技术人员可以理解，所述基板可以为mcpcb基板，陶瓷基板(如陶瓷散热基板)等基板，优选为陶瓷基板。

本领域技术人员可以理解，倒装共晶led阵列中的基板和芯片可以是同批次的也可以是不同批次的，但是不同批次的基板和芯片的材料参数和结构参数必须相同，必须保证倒装共晶led阵列的一致性。

在本发明的一个优选实施方式中，本领域技术人员可以理解，所述阵列还可以添加散热器，也可以不添加散热器，具体可以根据所述阵列的不同进行选用，但是需要保证标准芯片和待测芯片测试状态的一致性。

在本发明的一个优选实施方式中，额定功率下，若倒装共晶led阵列中有不亮的倒装共晶led，则该倒装共晶led阵列不适合后续封装，无需进行温度测试。

本发明的方法中，根据倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led的共晶效果优劣及共晶效果不好的芯片所占的比例，整体评估该倒装共晶led阵列的共晶效果，并确定是否进行后续封装。具体而言，所述倒装共晶led阵列的共晶效果评估方法包括以下步骤：

额定功率下，若倒装共晶led阵列中的倒装共晶led全亮，点亮5-20s；

测试该倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片的表面温度tmn，即待测芯片的表面温度tmn，然后断开电路；

对比每个待测芯片的表面温度tmn和标准芯片的表面温度t标的差值，如果|t标-tmn|≤10℃，则说明该待测芯片所在的倒装共晶led的共晶效果好；若|t标-tmn|＞10℃，则说明该待测芯片所在的倒装共晶led的共晶效果差；

整体分析m×n个tmn之间的一致性，若95％以上的待测芯片均满足|t标-tmn|≤10℃，则表明该倒装共晶led阵列的共晶效果符合要求，可以用于进一步的封装处理。

上述方法中，是将倒装共晶led阵列点亮一段时间后，根据气孔率的不同，热量累积有差异，表现为每个待测芯片的表面温度tmn的差异，从而可以基于上述方式进行共晶效果的判断。

本申请中的相同，如果没有特殊说明，就是本领域技术人员公知意义上的相同。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。此外，应理解，在阅读了本发明所公开的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的保护范围之内。

实施例1

一种倒装共晶led阵列的共晶效果评估方法，所述倒装共晶led阵列包括m×n个倒装共晶led，所述m×n个倒装共晶led中的m×n个芯片构成m行n列的阵列结构，其中，m≥1，n≥1，且m和n不同时为1；所述方法包括如下步骤：

(1)制备倒装共晶led阵列

首先在一块基板焊盘上用固晶机或丝网印刷涂覆焊料，然后用自动固晶机放置m×n个芯片且摆放成m行n列的阵列结构，再经高温回流焊炉共晶固化，制备得到倒装共晶led阵列。

图1为所述倒装共晶led阵列的俯视图，图2为所述阵列的侧视图，图3为所述阵列的透视图。如图1-3所示，所述阵列包括5×5个倒装共晶led，所述5×5个倒装共晶led中的5×5个芯片构成5串5并的阵列结构。

其中每个倒装共晶led均包括焊料，基板1，基板焊盘2，芯片3，且基板1的单极焊盘面积大于芯片3单极电极面积，其中焊盘2是根据倒装led阵列设置的电路。由于工艺问题，倒装共晶led阵列中的倒装共晶led中的芯片和基板之间的共晶界面可能存在气泡4(如图3所示)。

所述焊料优选为助焊膏或锡膏中的至少一种。

所述构成5串5并的倒装共晶led阵列中的相邻的倒装共晶led可以是并联或串联；优选地，所述并联的倒装共晶led中相同位置的芯片(每个并联电路中的第x颗芯片)是不共极性。

(2)确定标准芯片

将制备得到的倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片进行x-ray探伤检测或超声波探伤检测，选择芯片和基板之间的共晶界面无气泡的倒装共晶led中的芯片作为标准芯片。

其中，标准芯片的t标值由倒装共晶led阵列的整体结构决定，如芯片数量，芯片间距，芯片光电性能参数，基板材料和结构，点亮的时间等因素决定。

若是制备得到的倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片都不满足标准芯片的要求，则重新制备倒装共晶led阵列并通过x-ray探伤检测或超声波探伤检测，直到找到标准芯片为止。

(3)测试标准芯片和待测芯片的表面温度t标和tmn

本步骤中，选择标准芯片和待测芯片在同一倒装共晶led阵列中。本领域技术人员可以理解，若不在同一阵列中，就分别按照下述方法测定即可。

将制备得到的倒装共晶led阵列放置在测温仪器的测温平台上，调整好倒装共晶led阵列的位置，并在倒装共晶led阵列中的每个倒装共晶led中的芯片表面设置一个测温点；

额定功率下，若倒装共晶led阵列中的倒装共晶led全亮，点亮5-20s；

在所述测温点，选用红外热成像仪测试该倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led中的芯片的表面温度，包括标准芯片的温度t标和待测芯片的温度tmn，然后断开电路。

所述测温点选在芯片表面上固定位置，如芯片的中心附近。所述测温点是用于观测记录芯片的表面温度，使得各个芯片的测温点的位置相同或相近，以保证温度测量的准确性。在一个优选的方案中，所述倒装共晶led阵列还添加散热器，以保证所有芯片测试状态的一致性。

所述表面温度的测试是在相同的条件下进行的；所述相同的条件包括相同的测温点，相同的电压和相同的电流，以及任选地下述条件中的至少一个：相同的环境温度和湿度(如测试过程中统一使用散热器或不使用散热器)，相同的测温设备，相同的测试员，相同的测试方法等。

所述待测芯片和标准芯片为同一款芯片，本领域技术人员可以理解，所述同一款芯片是指芯片几何尺寸相同，芯片光电参数相同或相近。

所述倒装共晶led阵列中的每个倒装共晶led共用一个基板，本领域技术人员可以理解，所述基板可以为mcpcb基板，陶瓷基板(如陶瓷散热基板)等倒装基板，优选为陶瓷基板。本领域技术人员可以理解，不同批次的倒装共晶led阵列中的基板可以相同，也可以不同，只需要保证同一批次的倒装共晶led阵列中的基板相同即可。

(4)倒装共晶led阵列的共晶效果评估

本发明根据倒装共晶led阵列中每个倒装共晶led的共晶效果优劣及共晶效果不好的芯片所占的比例，整体评估该倒装共晶led阵列的共晶效果，并确定是否进行后续封装。具体而言，通过下述方式评估：

对比每个待测芯片的表面温度tmn和标准芯片的表面温度t标的差值，如果|t标-tmn|≤10℃，则说明该待测芯片所在的倒装共晶led的共晶效果好；若|t标-tmn|＞10℃，则说明该待测芯片所在的倒装共晶led的共晶效果差；

整体分析m×n个tmn之间的一致性，若95％以上的待测芯片均满足|t标-tmn|≤10℃，则表明该倒装共晶led阵列的共晶效果符合要求，可以用于进一步的封装处理。

本实施例所述的倒装共晶led阵列的共晶效果评估方法可以实现快速准确的找到这些分布在阵列中的共晶效果差的倒装共晶led及其占比，进而判断倒装共晶led阵列是否需要进行封装。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。