CN112635635A - 玻璃透镜uvcled灯珠及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种玻璃透镜UVCLED灯珠及其封装方法，其中，封装方法中包括：配置3D封装支架，封装支架中包括一电路基板、设置于电路基板表面的焊盘及围设于焊盘外圈的台阶槽，台阶朝向内侧设置；于焊盘上焊接UVCLED芯片；于3D封装支架的台阶上涂覆UV辐射固化硅树脂胶，并将玻璃透镜置于该台阶表面，形成封装结构；对封装结构进行UV辐射固化，并在辐射之后对其进行低温热固化强化，完成对UVCLED芯片的封装，有效解决现有玻璃透镜封装方式中UVCLED产品外观出现气泡或气孔的问题，减少UVCLED产品成品外观不良中99％以上的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种玻璃透镜UVCLED灯珠及其封装方法。
背景技术
2020年全球社会经济活动遭受新冠肺炎严重影响。UVC(深紫外光)是一种对水、空气、物体表面进行杀菌消毒非常有效的方法，已经被证明对诸如大肠杆菌、无毒李斯特菌、COVID-19等病原体有效。目前，国内外常见的UVCLED光电器件封装方式主要有两种方式：1)玻璃透镜封装方式，采用玻璃透镜+3D基板(如3D陶瓷基板、3D金属基板等)的方式对UVCLED芯片进行封装；2)无定型氟树脂封装方式，采用无定型氟树脂+2D陶瓷基板的方式对UVCLED芯片进行封装。在这两种封装方式中，无定型氟树脂材料成本高，使用条件较苛刻，难以量产，因此玻璃透镜封装方式是当前各大封装厂家主要采用的封装方式。
玻璃透镜封装方式中主要的工艺步骤有：UVC LED芯片固晶，回流焊，点胶&盖玻璃透镜，整板切割，光电参数测试及分档，UVCLED灯珠贴带包装。另外，由于UVC极易被有机封装硅胶材质吸收(出光效率低)，且有机封装硅胶在深紫外线长期辐照下易出现交联键断裂和黄化问题，因此，通常采用内腔无填充硅胶的玻璃透镜封装方式，设计具备台阶的3D陶瓷基板，将玻璃透镜直接置于台阶上进行封装，封装胶材料仅用于玻璃透镜和3D陶瓷基板粘接，避免粘接胶体材料遭受深紫外线直接辐照伤害，可极大的提高封装产品结构及出光效率稳定性。
但是，内腔无填充硅胶的玻璃透镜封装方式在批量生产作业过程，行业主要使用热固化封装胶或粘接胶进行封装，固化温度通常高达150℃。这一过程中，腔体中的空气会因为温度升高而体积膨胀致使腔体内气压增大，以此在普通硅胶粘接剂高温烘烤逐渐硬化固化中形成气泡或溢出形成气孔，严重影响成品的外观之外，影响封装产品的气密性。
发明内容
为了克服以上不足，本发明提供了一种玻璃透镜UVCLED灯珠及其封装方法，有效解决现有技术灯珠粘结处易出现气泡或气孔从而影响产品外观、气密性等技术问题。
本发明提供的技术方案为：
一种玻璃透镜UVCLED灯珠封装方法，包括：
配置3D封装支架，所述封装支架中包括一电路基板、设置于电路基板表面的焊盘及围设于焊盘外圈的台阶槽，台阶朝向内侧设置；
于焊盘上焊接UVCLED芯片；
于所述3D封装支架的台阶上涂覆UV辐射固化硅树脂胶，并将玻璃透镜置于该台阶表面，形成封装结构；
对所述封装结构进行UV辐射固化，并在辐射之后对其进行低温热固化强化，完成对UVCLED芯片的封装。
一种玻璃透镜UVCLED灯珠，所述玻璃透镜UVCLED灯珠由如权利要求1-4任意一项所述的玻璃透镜UVCLED灯珠封装方法制备而成，所述玻璃透镜UVCLED灯珠中包括：
电路基板；
设置于所述电路基板表面焊盘和焊接于焊盘表面的UVCLED芯片；
围设于焊盘外圈的台阶槽，台阶朝向内侧设置；及
通过UV辐射固化硅树脂胶固定于台阶上的玻璃透镜。
在本发明提供的玻璃透镜UVCLED灯珠及其封装方法中，采用UV辐射固化+低温热固化的方式对玻璃透镜UVCLED灯珠进行封装，粘结玻璃透镜和3D封装支架。在封装过程中，UV辐射固化硅树脂胶在UV辐射固化后形成非常高的粘接强度，将玻璃透镜牢固的粘接在3D封装支架上，以此在后续二次强化处理的低温热固化过程中，虽然依然会存在腔体内气压大于腔体外气压的情况，但是不再会出现“气泡”或“气孔”现象，以此有效解决现有玻璃透镜封装方式中UVCLED产品外观出现气泡或气孔的问题，减少UVCLED产品成品外观不良中99％以上的问题，同时不用担心因出现气泡或气孔影响封装产品的气密性，从而降低该系产品整体的生产成本，提升经济效益。
附图说明
图1为本发明中玻璃透镜UVCLED灯珠封装方法流程示意图；
图2为本发明中一实例中UVCLED灯珠结构示意图；
图3为本发明如图2所示UVCLED灯珠的尺寸示意图；
图4为采用普通高温热固化粘接胶粘接玻璃透镜热固化过程示意图；
图5为采用普通高温热固化粘接胶粘接玻璃透镜热固化中粘接胶层出现气泡示意图；
图6为采用普通高温热固化粘接胶粘接玻璃透镜热固化中粘接胶层出现气孔示意图；
图7为采用本发明方法粘接玻璃透镜过程示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
在使用普通高温热固化粘接胶粘接玻璃透镜热固化、将烤箱内温度升温至T1＝150℃对粘接胶进行固化2-4H的过程中，由热固化是一个缓慢的过程，初始胶体未完全固化时粘接力不会达到较强，但在持续加热中，腔体内的气体受热膨胀，导致腔体内气压大于外部气压，即P内＞P外。为达到内外气压平衡，即P内＝P外，腔体内膨胀的气体会在粘接胶层处形成“气孔”或“气泡”。在后续高温持续烘烤的作用下，粘接胶固化，最终形成了包含“气孔”或“气泡”外观不良玻璃透镜封装的UVCLED灯珠产品。
基于此，本发明提供了一种全新的玻璃透镜UVCLED灯珠封装方法，如图1所示，该封装方法包括：
S10配置3D封装支架，封装支架中包括一电路基板、设置于电路基板表面的焊盘及围设于焊盘外圈的台阶槽，台阶朝向内侧设置；
S20于焊盘上焊接UVCLED芯片；
S30于3D封装支架的台阶上涂覆UV辐射固化硅树脂胶，并将玻璃透镜置于该台阶表面，形成封装结构；
S40对封装结构进行UV辐射固化，并在辐射之后对其进行低温热固化强化，完成对UVCLED芯片的封装。
在使用该封装方法对UVCLED芯片进行封装之前，需对3D封装支架进行配置。该3D封装支架中至少应包括：与UVCLED灯珠类型适配的电路基板和焊盘结构，及围于焊盘四周用于放置玻璃透镜的台阶槽，玻璃透镜置于该台阶槽上并通过UV辐射固化硅树脂胶粘接，在UVCLED芯片上方形成空腔。
在实际应用中，对该3D封装支架的具体形式不作限定，台阶槽结构可根据封装要求和玻璃透镜的形状进行调整，任意适用于玻璃透镜封装方式的支架均可，如，当玻璃透镜为方形透镜时，将台阶槽中的台阶设计为方形；当玻璃透镜为球形透镜时，将台阶槽中的台阶设计为圆形等。相对应地，由台阶槽围成的焊盘区域的形状同样可以根据实际情况进行调整，可将其设计为规则形状，也可设计为不规则的形状，根据UVCLED芯片的类型对正负电极焊盘结构进行调整即可，如，当UVCLED芯片为倒装芯片时，对称设置正负电极焊盘；当UVCLED芯片为垂直芯片时，配置面积较大的芯片焊盘和面积较小的引线焊盘等。为降低UVCLED芯片对封装支架性能的影响，可选用陶瓷等不宜受其影响的材料进行制备。玻璃透镜材质可以为石英、K9、蓝宝石、硼硅等。UVCLED芯片的峰值波长范围为200-280nm，尺寸可以为10*20mil、20*20mil、30*30mil、40*40mil等。UV辐射固化硅树脂可以为自由基型UV辐射固化硅树脂、阳离子基型UV辐射固化硅树脂或复合型UV辐射固化硅树脂。
在一实例中，封装后得到的UVCLED灯珠的结构如图2所示，其中，该图中的(a)为俯视图，(b)为A-A剖视图。封装支架中包括一电路基板7(陶瓷基板)、设置于电路基板表面的焊盘6及围设于焊盘外圈的台阶槽5，台阶朝向内侧设置。配置的3D封装支架适用于倒装UVCLED芯片2，台阶槽5为内圆外方结构，即，台阶槽5内表面形成圆形区域，外表面及形成的台阶均为方形结构，且在该圆形区域中电路基板7表面的焊盘6同样呈现圆形，正负电极焊盘均为半圆形结构。根据该结构，玻璃透镜4同样为方形结构。另外，3D封装支架的底部(背部焊盘)配置有导热焊盘8和导电焊盘9，且导热焊盘8位于中间位置，导电焊盘9位于导热焊盘的两侧。封装形成的灯珠中还包括TVS芯片1，玻璃透镜4通过粘接胶层3封装于台阶槽内。
为了便于封装，如图3((a)为俯视图，(b)为D-D剖视图)所示，该3D封装支架的台阶槽中，上一级阶梯的高度范围为0.1mm≤H1≤0.25mm，下一级阶梯的高度范围为0.35mm≤H2≤0.5mm。焊盘边缘与下一级阶梯内边缘之间的距离大于等于0.1mm，即D2≤D1-0.2mm，D2为焊盘直径，D1为台阶槽(下一级阶梯)内侧边缘直径。下一级阶梯与上一级阶梯的宽度差大于等于0.2mm，上一级阶梯的宽度大于等于0.2mm，即L1≤L2-0.4mm，L1为上一级阶梯内边界尺寸，L2为台阶槽(上一级阶梯)***边界尺寸。玻璃透镜的高度范围为0.2mm≤H≤0.4mm，且玻璃透镜的宽度与上一阶梯内边缘最大距离之差大于等于0.2mm，即L3≤L1-0.2mm，L3为玻璃透镜的宽度。另外，满足台D1≤L1-0.4mm。
基于该结构，使用普通高温热固化粘接胶粘接玻璃透镜热固化过程如图4所示，封装中粘接胶层出现气泡和气孔的结构示意图分别如图图5((a)为俯视图，(b)为B-B剖视图)和图6((a)为俯视图，(b)为C-C剖视图)所示。为改善这一现象，本发明的封装方法具体包括如下步骤：
1)原材料确认：确认产品生产用主材，包括：TVS芯片、UVCLED芯片、配置的3D封装支架、玻璃透镜等主材规格信息。
2)固晶工步：通过固晶机分别将TVS芯片和UVCLED芯片放置于相应固晶焊盘的位置。
3)回流焊工步：通过回流炉，让UVCLED芯片与电路基板形成共晶焊，实现UVCLED芯片与陶瓷电路板之间的电气连接。
4)点粘接胶&贴装玻璃透镜：将UV辐射固化硅树脂胶均匀点在台阶槽(下一级台阶表面)上，之后使用搬运机器人将玻璃透镜置于该台阶槽上。该UV辐射固化硅树脂胶的固化条件为：1)在常温25℃下，使用360～370nm波长的紫外灯辐照10-60s，UV辐照强度≥500mW/cm2，辐照距离4-8cm；2)低温热固化条件：在60-80℃温度下加热固化0.5～1.5H。
5)光电参数测试：使用ASM测试机，对玻璃透镜封装后的灯珠进行批量光电性能测试。
6)切割&除湿：使用DISSCO切割机将整片封装材料切割成单个颗粒灯珠产品。
7)不良剔除&分级：通过AOI外观检测设备剔除外观不良产品，通过ASM分选设备剔除电性不良产品&对封装灯珠产品进行分级作业。
8)卷轴贴带&打包入库：将分级后灯珠产品卷轴贴带，然后卷轴打包入库。
如图示7，在该过程中，使用如(a)示的UV辐射固化+如(b)示的低温热固化的双模式固化方法对玻璃透镜进行固化。固化中，首先将贴装好玻璃透镜材料放置在紫外灯箱体中(UVALED-365光源)，室温下辐照10-60S，紫外线辐照使得UV辐射固化硅树脂材料快速粘接固化玻璃透镜，形成高粘接强度P2粘，该过程中腔体内气压等于腔体外气压，即P1内＝P1外。之后，将辐射固化后材料放置低温烤箱中进行“低温热固化”的二次强化处理过程，在T2＝70℃下固化1H。虽然该过程中存在腔体内气压大于腔体外气压现象，即P2内>P2外，但此前的紫外辐射固化使UV辐射固化硅树脂在璃透镜和台阶槽之间形成的粘接强度P2粘＞＞P2内。故在后续的“低温热固化”强化处理中，粘结胶层中不再会出现“气孔”或“气泡”现象，以此有效解决现有玻璃透镜封装方式中UVCLED产品外观出现气泡或气孔的问题，提升产品的气密性。
一实例中，封装过程如下：
1)原材料确认：确认原材料主材，包括：倒装ESD-217(TVS芯片)、10*20mil270-280nm倒装UVCLED芯片、245A 336pcs/片3D陶瓷电路基板、3.35*3.35*0.3mm石英玻璃透镜等主材规格信息。
a.254A 3D陶瓷基板单颗结构尺寸要求(图示3)：L1＝3.45mm，L2＝3.95mm，D1＝3.0mm，D2＝2.6mm；固晶焊盘为左右双焊盘设计；背部焊盘三焊盘结构设计(左右为导电焊盘，中间为导热焊盘)；
b.玻璃透镜(方形)，长宽尺寸L3＝3.35mm；厚度H＝0.3mm；
2)固晶工步：通过固晶机分别将倒装ESD-217和UVCLED芯片放置于相应固晶焊盘的位置。
3)回流焊工步：通过回流炉，最高炉温区间设置260℃20S，让芯片同陶瓷基板形成共晶焊接，实现芯片同陶瓷电路之间的电气连接。
4)点粘接胶&贴装玻璃透镜：将信越7810特种硅胶A/B胶按照1:4比例进行混合，抽真空离心搅拌均匀120S。将配好粘接胶均匀点在3D陶瓷基板台阶槽上四个顶角处，静至待胶流平，使用搬运机器人把玻璃透镜放置到3D陶瓷基板台阶槽上，并将贴装好玻璃透镜的陶瓷基板材料安放在365nm波长紫外灯箱体中，设置好辐照时间30s，辐照距离≤5cm；然后将紫外辐照后材料移至烤箱中，设置烘烤温度70±10℃&1H。
5)光电参数测试：使用ASM测试机，对玻璃透镜封装得到的产品进行批量光电性能测试。测试电流VF1＝10μA，测试电流VF2＝40mA。
6)切割&除湿：使用DISSCO切割机将整片封装材料切割成单个颗粒灯珠产品。切割刀片转速30000rpm/min，进刀速度6mm/s。
7)不良剔除&分级：通过AOI外观检测设备--剔除外观不良产品；通过ASM分选设备对电性不良产品剔除,同时对UA275-35F灯珠良品进行分级作业。
8)卷轴贴带&打包入库：将分级后良品UA275-35F灯珠做卷轴贴带，满卷颗粒数--1000pcs/卷，最后对卷轴打包贴标签入库。
在该实例中，封装得到的UVCLED灯珠外观一致性非常好，可以很好的解决玻璃透镜封装UVCLED产品外观气泡或气孔问题。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种玻璃透镜UVCLED灯珠封装方法，其特征在于，包括：
配置3D封装支架，所述封装支架中包括一电路基板、设置于电路基板表面的焊盘及围设于焊盘外圈的台阶槽，台阶朝向内侧设置；
于焊盘上焊接UVCLED芯片；
于所述3D封装支架的台阶上涂覆UV辐射固化硅树脂胶，并将玻璃透镜置于该台阶表面，形成封装结构；
对所述封装结构进行UV辐射固化，并在辐射之后对其进行低温热固化强化，完成对UVCLED芯片的封装。
2.如权利要求1所述的玻璃透镜UVCLED灯珠封装方法，其特征在于，所述UV辐射固化硅树脂胶为自由基型UV辐射固化硅树脂、阳离子基型UV辐射固化硅树脂或复合型UV辐射固化硅树脂。
3.如权利要求1所述的玻璃透镜UVCLED灯珠封装方法，其特征在于，对所述UV辐射固化硅树脂胶进行UV辐射中，包括：于常温中，使用波长为360～370nm的紫外光对所述UV辐射固化硅树脂胶辐射10～60s，UV辐照强度≥500mW/cm2，辐照距离为4～8cm。
4.如权利要求1或2或3所述的玻璃透镜UVCLED灯珠封装方法，其特征在于，所述在辐射之后对其进行热固化中，包括：于60～80℃的温度下，对UV辐照后的封装结构热固化0.5-1.5H。
5.一种玻璃透镜UVCLED灯珠，其特征在于，所述玻璃透镜UVCLED灯珠由如权利要求1-4任意一项所述的玻璃透镜UVCLED灯珠封装方法制备而成，所述玻璃透镜UVCLED灯珠中包括：
电路基板；
设置于所述电路基板表面焊盘和焊接于焊盘表面的UVCLED芯片；
围设于焊盘外圈的台阶槽，台阶朝向内侧设置；及
通过UV辐射固化硅树脂胶固定于台阶上的玻璃透镜。
6.如权利要求5所述的玻璃透镜UVCLED灯珠，其特征在于，在所述台阶槽中，上一级阶梯的高度范围为0.1mm≤H1≤0.25mm，下一级阶梯的高度范围为0.35mm≤H2≤0.5mm。
7.如权利要求5或6所述的玻璃透镜UVCLED灯珠，其特征在于，在所述台阶槽中，焊盘边缘与下一级阶梯内边缘之间的距离大于等于0.1mm。
8.如权利要求5或6所述的玻璃透镜UVCLED灯珠，其特征在于，在所述台阶槽中，下一级阶梯与上一级阶梯的宽度差大于等于0.2mm，上一级阶梯的宽度大于等于0.2mm。
9.如权利要求6所述的玻璃透镜UVCLED灯珠，其特征在于，所述玻璃透镜的高度范围为0.2mm≤H≤0.4mm，且玻璃透镜的宽度与上一阶梯内边缘最大距离之差大于等于0.2mm。
Priority Applications (1)
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| CN202011438572.XA CN112635635A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 玻璃透镜uvcled灯珠及其封装方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114199185A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-18 | 重庆航伟光电科技有限公司 | 车用测距光学器件的气密封装结构 |
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2020
- 2020-12-11 CN CN202011438572.XA patent/CN112635635A/zh active Pending
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| CN114199185B (zh) * | 2021-12-10 | 2024-06-07 | 重庆航伟光电科技有限公司 | 车用测距光学器件的气密封装结构 |
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