CN112909153B - 倒装led芯片、线路板以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种倒装LED芯片、线路板以及电子设备，其中，倒装LED芯片的芯片主体底部设置有两个向上凹陷的焊盘槽，N极焊盘与P极焊盘各自设置在一个焊盘槽的槽底，焊盘的侧面与焊盘槽的侧壁之间存在间隙，因此，在将倒装LED芯片焊接到线路板的过程中，熔化的锡膏可以渗入到该间隙当中，与焊盘的侧面结合起来，从而使得锡膏与焊盘的集合更充分，提升了倒装LED芯片与线路板焊接的可靠性，能够显著提升倒装LED芯片的良品率。
Description
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及一种倒装LED芯片、线路板以及电子设备。
背景技术
对于应用Mini LED，固晶工序采用倒装印刷工艺：每张线路板上通常会有成千上万的焊点，甚至上百万个焊点，用于连接LED芯片。如此巨量的焊点，给Mini LED芯片的封装带来了很大的难度——由于超小空间密布的需求，MiniLED芯片的芯片尺寸为微米等级，但是当芯片的焊盘面积小于2000平方微米时，就会因为芯片的焊盘面积小，芯片与锡膏的接触面积小，进而导致芯片焊盘与锡膏之间的结合力偏小，从而造成产品开路、缺亮、闪烁等问题，严重影响产品的可靠性。
发明内容
本发明实施例提供的倒装LED芯片、线路板以及电子设备，主要解决的技术问题是：由于Mini LED芯片的焊盘面积小，因此导致芯片焊盘与线路板的焊接结合不可靠，产品良率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种倒装LED芯片，包括芯片主体以及设置于所述芯片主体底部的焊盘，所述焊盘包括N极焊盘与P极焊盘；所述芯片主体底部设置有两个向上凹陷的焊盘槽，所述N极焊盘与所述P极焊盘各自设置在一个焊盘槽的槽底，所述焊盘的侧面与所述焊盘槽的侧壁之间存在间隙。
可选地，所述焊盘的高度h与所述焊盘槽的深度d间的差值小于等于20um。
可选地，所述h小于等于所述d。
可选地，焊盘的横截面积自焊盘槽的槽底到远离焊盘槽的槽口逐渐减小。
可选地，焊盘的纵剖面呈倒立的等腰梯形或矩形。
可选地，所述焊盘槽的侧壁垂直所述芯片主体的底面，或者所述焊盘槽所谓横截面自槽底至槽口逐渐增大。
可选地，所述焊盘的底部的摩擦系数大于所述芯片主体的摩擦系数。
可选地，焊盘底面和/或侧面呈锯齿状或波浪状。
本发明实施例还提供一种线路板，包括基板与至少一个如上任一项的倒装LED芯片；倒装LED芯片的焊盘通过锡膏焊接在基板的芯片设置区域，与基站内的电路电连接。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括如上的线路板。
本发明的有益效果是：
本发明实施例提供了倒装LED芯片、线路板以及电子设备，其中，倒装LED芯片包括芯片主体以及设置在芯片主体底部的焊盘。焊盘包括N极焊盘及P极焊盘。芯片主体底部设置有两个向上凹陷的焊盘槽，N极焊盘与P极焊盘各自设置在一个焊盘槽的槽底，焊盘的侧面与焊盘槽的侧壁之间存在间隙，因此，在将倒装LED芯片焊接到线路板的过程中，熔化的锡膏可以渗入到该间隙当中，与焊盘的侧面结合起来，从而使得锡膏与焊盘的集合更充分，提升了倒装LED芯片与线路板焊接的可靠性，能够显著提升倒装LED芯片的良品率。对于应用了该倒装LED芯片的线路板及电子设备而言，能够增强产品可靠性，延长产品的使用寿命，提升产品品质。
本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。
附图说明
图1为相关技术中的一种倒装LED芯片的结构示意图；
图2a为本发明实施例一中提供的第一种倒装LED芯片的结构示意图；
图2b为本发明实施例一中提供的第二种倒装LED芯片的结构示意图；
图3a为本发明实施例一中提供的第三种倒装LED芯片的结构示意图；
图3b为本发明实施例一中提供的第四种倒装LED芯片的结构示意图；
图4为本发明实施例一中提供的第五种倒装LED芯片的结构示意图；
图5为本发明实施例一中提供的第六种倒装LED芯片的结构示意图；
图6为本发明实施例一中示出的焊盘的一种结构示意图；
图7为本发明实施例一中提供的第七种倒装LED芯片的结构示意图；
图8为本发明实施例一中提供的第八种倒装LED芯片的结构示意图；
图9为本发明实施例二中提供的一种倒装LED芯片的结构示意图；
图10为本发明实施例三中提供的一种线路板的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
请参见图1，图1中示出了相关技术中的倒装LED芯片的一种结构示意图：倒装LED芯片10包括芯片主体11与焊盘12，其中焊盘12内包括一个N极焊盘与一个P极焊盘，N极焊盘与P极焊盘之间通过绝缘的隔离带隔离。芯片主体11内可以包括蓝宝石层、N型电流扩展层、P型电流扩展层，不过图1中没有示出这些细节。从图1中可以看出，焊盘12以外凸的方式设置在芯片主体11的底部，焊盘12在焊接的过程中，与锡膏接触的主要就是焊盘12的底部。不过，由于倒装LED芯片10的尺寸很小，焊盘12的尺寸更小，所以，锡膏与焊盘12的实际接触面积不大，这就导致二者的结合不够牢靠，焊接完成以后，倒装LED芯片10极容易从线路板上脱落的问题，为了解决这个问题，本实施例提供一种新的倒装LED芯片，请参见图2a示出的倒装LED芯片的一种结构示意图：
倒装LED芯片20包括芯片主体21以及设置于芯片主体底部的焊盘22。芯片主体21内可以包括N型电流扩展层与P型电流扩展层，并且，N型电流扩展层与P型电流扩展层间形成P-N结。当然，在芯片主体21内还可以包括透明保护层、发光层等。
同图1示出的倒装LED芯片10的焊盘12类似，焊盘22同样包括N极焊盘221，及P极焊盘222，N极焊盘221与P极焊盘222之间通过绝缘材料制成的隔离带相互隔离。
焊盘22设置在芯片主体21的底部，例如，在图2a当中，芯片主体21底部设置有两个向上凹陷的焊盘槽210，N极焊盘221与P极焊盘222各自设置在一个焊盘槽210的槽底，且焊盘22的侧面与焊盘槽210的侧壁之间存在间隙。在利用锡膏将倒装LED芯片20焊接到线路板上的时候，熔化了的锡膏不仅可以与焊盘22的底面结合，并且，其可以顺着焊盘22侧面与焊盘槽210侧壁间的间隙渗入，从而与焊盘22的侧壁以及焊盘槽210的侧壁结合在一起。通过这种方式，可以增加锡膏与焊盘22间的接触面积，从而提升锡膏与焊盘22直接结合的紧密程度，增强焊接的可靠性。
在本实施例的一些示例中，焊盘22的高度h还小于或等于焊盘槽210的深度d，所以，焊盘22处于焊盘槽210内，由于焊盘22设置在向上凹陷的焊盘槽210内，因此，焊盘22基本上就是“镶嵌”在芯片主体21的底部。
在本实施例的一些示例当中，焊盘22可以伸出焊盘槽210，也即焊盘槽210的深度d小于焊盘22的高度h，可选地，在一些示例当中，只要保证h-d的值小于等于20um即可。毫无疑义的是，h-d小于等于20um，h小于等于d自然是满足条件的，但在一些示例中，h也可以略微大于d，只要不超过20um即可。例如，在图3a当中，焊盘22略微伸出焊盘槽210的槽口。不过，在本实施例的其他一些示例当中，焊盘22的高度基本都小于等于焊盘槽210的深度，例如图3b当中焊盘槽210的深度与焊盘22的高度相等。而图2a中焊盘22的高度小于焊盘槽210的深度。应当理解的是，相较于焊盘22高度等于焊盘槽210的深度或者是大于焊盘槽210深度的情况，图2a中示出的倒装LED芯片20在焊接的过程中，锡膏更容易渗入到焊盘槽21侧壁与焊盘22之间的间隙中，因此，焊盘22缩在焊盘槽210内，有助于进一步提升焊接可靠性。
在本实施例的一些示例的倒装LED芯片当中，焊盘22的纵剖面可以呈矩形，例如，在图4示出的倒装LED芯片当中，因此，焊盘22本身可以是长方体、正方体、棱柱体或者圆柱体等，在这种情况下，焊盘22各处的横截面形状、面积相同。但在本实施例的另外一些示例当中，请继续参见图2a示出的倒装LED芯片，焊盘各处的横截面不完全一样，在图2a当中，焊盘22的横截面从上至下逐渐减小，也即从靠近焊盘槽210槽底到远离槽底的过程中逐渐减小。从焊盘22的横截面来看，图2a中焊盘22呈倒梯形。由于该倒装LED芯片当中，焊盘槽210的侧壁竖直(即垂直于芯片主体21的底面)，因此焊盘槽210与焊盘22之间的间隙从上至下逐渐增大，这也有利于导流锡膏，方便锡膏渗入。在图2a中，焊盘的纵剖面呈倒立的等腰梯形，但在本实施例的其他一些示例当中，焊盘22的纵剖面也可以不是倒立的等腰梯形，而是普通梯形。
在本实施例的一些示例当中，焊盘槽的侧壁也可以不是竖直的，例如，在图2b当中，示出了一种LED芯片，该LED芯片中，焊盘槽的横截面积自槽底至槽口逐渐增大，换言之，自槽底至槽口，焊盘槽的侧壁向着远离焊盘的方向倾斜。
虽然在图2b当中，焊盘呈倒梯形，但毫无疑义的是，在本实施例的其他一些示例当中，焊盘的纵剖面也可以呈矩形，焊盘22本身可以是长方体、正方体、棱柱体或者圆柱体等。
可以理解的是，为了提升锡膏与焊盘之间结合的紧密程度，也可以通过改善焊盘表面的摩擦系数来实现，具体地，表面粗糙的焊盘相较于表面光滑的焊盘而言，能够与锡膏更紧密地结合在一起。这一方面是因为摩擦系数大能够提升焊盘与锡膏之间的摩擦力，通过二者间相互作用力的增强来提升结合的紧密程度；另一方面，摩擦系数的增加必定意味着焊盘表面凹凸不平，例如，焊盘某一位置上凹陷，则意味着锡膏在对应位置会凸起，而焊盘在某一位置上凸起，则意味着锡膏在对应位置会凹陷，这样可以使得固化后的锡膏与焊盘互相“咬合”或者“吻合”，从而增强了二者之间的截断力。所以，在本实施例的一些示例当中，为了让倒装LED芯片能够更可靠地焊接在线路板上，可以将焊盘底部的摩擦系数设置得比较大，例如，可以使得焊盘底部的摩擦系数大于与焊盘一体的电流扩展层，例如，N极焊盘底部的摩擦系数大于N型电流扩展层，P极焊盘底部的摩擦系数大于P型电流扩展层。在本实施例的一些示例当中，焊盘底部的摩擦系数大于N型电流扩展层与P型电流扩展层的摩擦系数。
请结合图5示出的一种倒装LED芯片的结构示意图：倒装LED芯片50中焊盘52与芯片主体51之间的设置方式类似与图1倒装LED芯片10中的设置方式，不过，在图5当中，倒装LED芯片50焊盘的底部呈锯齿状或波浪状。应当明白的是，在图5当中，虽然焊盘52的底面呈三角锯齿状，但在本实施例的其他一些示例当中，焊盘52的底面也可以呈方波锯齿状，甚至是三角锯齿状与方波锯齿状的结合，或者锯齿状与波浪状的结合，例如，在图6中示出了另外一种焊盘的结构示意图。当然，在本实施例的其他一些示例当中，焊盘底面的锯齿还可以是其他形状的，这里不再枚举。
在本实施例的一些示例当中，还可以将这种增加焊盘表面摩擦系数的方案应用于本实施例提供的倒装LED芯片当中，例如，在图7当中，倒装LED芯片70当中，焊盘72的底面粗糙，摩擦系数大于对应的电流扩展层。所以，对于倒装LED芯片70而言，不仅可以通过让锡膏渗入焊盘72与焊盘槽710之间的间隙的方式来提升焊盘72与锡膏间结合紧密程度，而且，利用焊盘72底面锯齿与锡膏的吻合，也可以进一步增加焊盘72与锡膏之间的截断力，从而提升倒装LED芯片70焊接的可靠性。
虽然，在图5-图7当中仅仅增加了焊盘底面的摩擦系数，但在本实施例的一些示例当中，除了可以增大焊盘底部的摩擦系数以外，还可以增加焊盘侧面的摩擦系数，或者是将增大焊盘底部的摩擦系数与增大焊盘侧面的摩擦系数相结合，例如，在本实施例的一些示例当中，如图8所示，焊盘侧面也可以呈锯齿状，如三角锯齿状、方波锯齿状或者是三角锯齿与方波锯齿的结合。
应当理解的是，本实施例中一个LED芯片中包括两个焊盘，这两个焊盘的形态可以不完全一样，例如，在一些示例当中，其中一个焊盘的高度等于焊盘槽的深度，另一个焊盘的高度低于焊盘槽的深度；在一些示例当中，其中一个焊盘的表面比较粗糙，另一个焊盘的表面的相对光滑；在一些示例当中，一个焊盘表面呈三角锯齿状，另一个表面呈方波锯齿状。
本发明实施例提供的倒装LED芯片，通过在芯片主体底部设置向上凹陷的焊盘槽来部署焊盘，焊盘的高度小于或等于焊盘槽的深度，并且保证焊盘侧面与焊盘槽侧壁间存在间隙，所以，可以使得倒装LED芯片中的焊盘由外凸设置与芯片主体底部变为内缩设置与芯片主体底部，这样可以使得锡膏在将焊盘与线路板焊接在一起的时候，可以沿着焊盘与焊盘槽之间的间隙渗入，从而与焊盘的侧面以及焊盘槽的侧壁结合在一起，进而增加焊盘与锡膏之间作用力，提升焊盘与线路板结合的可靠程度。
更进一步地，还可以将倒装LED芯片中焊盘的底面、侧面的摩擦系数设置得比较大，例如，将焊盘底面或者焊盘的底面与侧面设置成锯齿状，这样一方面可以通过增加焊盘与锡膏接触的表面积，从而增加摩擦力，同时，也可以让焊盘表面与锡膏更紧密地咬合在一起，从而增强二者间的截断力，提升包含该倒装LED芯片的电子产品的良品率。
实施例二：
为了让本领域技术人员对前述实施例中提供的倒装LED芯片的优点与细节更清楚，本实施例将结合示例对该倒装LED芯片进行更详细的描述：
请参见图9示出的倒装LED芯片90，在该倒装LED芯片90中包括芯片主体91与焊盘92，焊盘92当中包括N极焊盘921与P极焊盘922。N极焊盘921与芯片主体91当中的N型电流扩展层911一体，而P极焊盘922则与芯片主体91当中的P型电流扩展层912一体。
在芯片主体91当中，除了N型电流扩展层911、P型电流扩展层912以外，还可以包括透明保护层913、发光层914以及隔离带915。其中，N型电流扩展层911、发光层914、P型电流扩展层912从上至下依次设置在透明保护层913之下，透明保护层913用于对其下的N型电流扩展层911、发光层914、P型电流扩展层912进行保护，所以，可以理解的是，在本实施例中，要求透明保护层913具有较大的硬度。在本实施例的一些示例当中，透明保护层913可以为蓝宝石层。
在本实施例中N型电流扩展层911与P型电流扩展层912间形成PN结，同样地，N极焊盘921与P极焊盘922之间通过绝缘带915隔离。从图9中可以看出，N型电流扩展层911与P型电流扩展层912之间，以及N极焊盘921与P极焊盘922之间是通过隔离带915隔离的。图9中示出的隔离带915呈倒“L”形，所以，实际上，隔离带915包括一个竖直平面以及一个水平面。其中，通过竖直平面的隔离，隔离带915就可以完成N型电流扩展层911与P型电流扩展层912间，以及N极焊盘921与P极焊盘922间的隔离，但为了保证在焊接过程中，两个焊盘之间不会因为锡膏连通，所以，还需要隔离带915的水平面在水平方向上进行隔离。
当倒装LED芯片90焊接到线路板上并且通电之后，发光层914可以在N型电流扩展层911与P型电流扩展层912中电能的激发下发光。发光层914发光的颜色与电流扩展层的材料有关(也即与N极焊盘921与P极焊盘922的材料有关)，在本实施例中，N型电流扩展层911与P型电流扩展层912的材料均为氮化镓材料，当然，在本实施例的另外一些示例当中，N型电流扩展层911与P型电流扩展层912也可以由其他材料，例如砷化镓等制成。
在本实施例当中，芯片主体91的底部分别为N极焊盘921与P极焊盘922设置有对应的焊盘槽910，两个焊盘92各自对应一个焊盘槽910。焊盘槽910向上凹陷，焊盘92从焊盘槽910的槽底向着槽口延伸，不过，在本实施例中，焊盘槽910的深度略微大于焊盘92的高度，因此，焊盘92不会延伸到焊盘槽910的槽口之上。在本实施例的一些示例当中，焊盘槽910的侧壁竖直，在焊盘92与焊盘槽910的侧壁之间存在一定的间隙，并且该间隙从槽底到槽口逐渐增大，换言之，焊盘92的横截面从槽底到槽口逐渐减小。
由于焊盘92镶嵌、内缩在焊盘槽910当中，所以，在对倒装LED芯片90进行焊接的过程中，熔化的锡膏很容易顺着焊盘92与焊盘槽910之间的间隙渗入，从而与焊盘92的侧面接触，增大与焊盘92之间的接触面积，进而增加焊盘92与锡膏之间的截断力。
为了进一步增强倒装LED芯片90焊接的可靠性，在本实施例中，还可以将焊盘92表面的摩擦系数设置得比较大，例如，在图9当中，焊盘92的侧面与底面均呈波浪状，这样，通过改变将90焊盘92的底部及侧面由光滑的平面改成波浪水纹状，可以使得使倒装LED芯片焊盘92与锡膏的接触面积增大，从而提升倒装LED芯片的推力，保证了产品的质量和信赖性。
实施例三：
本实施例提供一种线路板，请参见图10，该线路板100包括基板101与至少一个倒装LED芯片102，倒装LED芯片102的结构可以参见前述实施例中的介绍，这里不再赘述。在基板101中包括电路，而在基板101的表面有芯片设置区域，倒装LED芯片102可以通过锡膏焊接在该芯片设置区域中，从而与基板101内部的电路实现电连接。
在将倒装LED芯片102焊接到芯片设置区域的时候，熔化的锡膏不仅会与倒装芯片102焊盘的底面向结合，而且还会渗入焊盘与焊盘槽侧面的间隙，从而与焊盘侧面结合。这样可以在一定程度上增加锡膏与倒装LED芯片102焊盘的接触面积，进而提升二者结合的牢固程度。
更进一步地，由于一些示例当中，倒装LED芯片102中焊盘的底面和侧面种的至少一个比较粗糙，呈波浪状和/或锯齿状，这样不仅可以增加焊盘与锡膏接触的表面积，从而增加摩擦力，同时，也可以让焊盘表面与锡膏更紧密地咬合在一起，从而增强二者间的截断力。
另一方面，本实施例还提供一种电子设备，该电子设备可以是户外LED显示屏或者是各种终端，这里的终端可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、便捷式媒体播放器(Portable Media Player，PMP)、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。在本实施例中，电子设备当中包括图10中示出的线路板。
本实施例提供的线路板与电子设备，由于其中应用的倒装LED芯片的焊盘结构的改进，可以能够增强产品可靠性，延长产品的使用寿命，提升产品品质。
毫无疑义地是，前述各实施例中所提供的倒装LED芯片可以应用于各种发光领域，例如其可以制作成背光模组应用于显示背光领域(可以是电视、显示器、手机等终端的背光模组)。此时可以将其应用于背光模组。除了可应用于显示背光领域外，还可应用于按键背光领域、拍摄领域、家用照明领域、医用照明领域、装饰领域、汽车领域、交通领域等。应用于按键背光领域时，可以作为手机、计算器、键盘等具有按键设备的按键背光光源；应用于拍摄领域时，可以制作成摄像头的闪光灯；应用于家用照明领域时，可以制作成落地灯、台灯、照明灯、吸顶灯、筒灯、投射灯等；应用于医用照明领域时，可以制作成手术灯、低电磁照明灯等；应用于装饰领域时可以制作成各种装饰灯，例如各种彩灯、景观照明灯、广告灯；应用于汽车领域时，可以制作成汽车车灯、汽车指示灯等；应用于交通领域时，可以制成各种交通灯，也可以制成各种路灯。上述应用仅仅是本实施例所示例的几种应用，应当理解的是本实施例中的LED的应用并不限于上述示例的几种领域。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种倒装LED芯片，其特征在于，包括芯片主体以及设置于所述芯片主体底部的焊盘，所述焊盘包括N极焊盘与P极焊盘；所述芯片主体底部设置有两个向上凹陷的焊盘槽，所述N极焊盘与所述P极焊盘各自设置在一个焊盘槽的槽底，所述焊盘的侧面与所述焊盘槽的侧壁之间存在间隙；所述间隙沿着所述焊盘槽的所述槽底到槽口的方向逐渐增大。
2.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述焊盘的高度h与所述焊盘槽的深度d间的差值小于等于20um。
3.如权利要求2所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述h小于等于所述d。
4.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述焊盘的横截面积自所述焊盘槽的槽底到远离所述焊盘槽的槽口逐渐减小。
5.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述焊盘的纵剖面呈倒立的等腰梯形或矩形。
6.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述焊盘槽的侧壁垂直所述芯片主体的底面，或者所述焊盘槽的横截面自槽底至槽口逐渐增大。
7.如权利要求1-6任一项所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述焊盘的底部的摩擦系数大于所述芯片主体的摩擦系数。
8.如权利要求7所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述焊盘底面和/或侧面呈锯齿状或波浪状。
9.一种线路板，其特征在于，包括基板与至少一个如权利要求1-8任一项所述的倒装LED芯片；所述倒装LED芯片的焊盘通过锡膏焊接在所述基板的芯片设置区域，与所述基板内的电路电连接。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的线路板。
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