基板和在基板上安裝芯片的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基板和在基板上安裝芯片的工藝。該基板包括：基板主體，包括其上設有焊料層的焊盤；以及安裝在基板主體上的芯片，芯片具有用于連接到焊盤上的電極。其中，焊盤構造成具有大于電極的尺寸。因此，在焊料熔化后，即使出現(xiàn)了鼓形形狀的焊點，也同樣能夠提供牢固的接合表面和接合力，極大地降低了焊點失效的危險。此外，由于焊盤的面積增大，使得涂覆在其上的焊料的面積也增大。因此，這種設計可以增加焊料與焊盤之間的結(jié)合力，降低由于界面惡化造成的可靠性下降的問題。另外，通過適當?shù)剡x取各焊盤的大小，可以有效地避免LED芯片安裝在柔性基板上之后可能出現(xiàn)的芯片傾斜，降低孔隙率，并且提升焊點可靠性。
【專利說明】基板和在基板上安裝芯片的工藝

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基板，尤其是一種其上安裝有芯片、特別是發(fā)光二極管（LED)柔 性基板。本發(fā)明還涉及一種用于在基板上安裝芯片的工藝，尤其是在柔性基板上安裝LED 芯片的工藝。

【背景技術】
[0002] 在各種電子裝置的生產(chǎn)中都需要在基板上安裝芯片。例如，隨著發(fā)光二極管（LED) 的日益普及，經(jīng)常要在柔性基板上安裝LED芯片。
[0003] 傳統(tǒng)上，安裝在柔性基板上的LED芯片大致分成兩種，即正裝LED芯片和倒裝LED 芯片。對于正裝LED芯片來說，通過希望利用倒裝焊接的方式來省掉打線工藝，避免引線 遮光，并且提高散熱性能。然而，由于芯片的兩個電極之間存在著一定的高度差（例如在 5-15 μ m左右），因此無法采用AuSn回流焊來實現(xiàn)倒裝焊接。在這種情況下，通常采用BGA 回流焊的方式來在基板上進行焊接。然而，在現(xiàn)有的BGA回流焊中，上、下焊盤通常采用等 大設計。這樣，在焊接后焊點將呈鼓形。由于LED芯片的電極通常具有非常小的尺寸，因此 這種鼓形的焊點將因接觸面積減小而造成焊點失效，同時也會導致芯片傾斜。此外，由于焊 料與基板間金屬化合物隨使用時間的增長而存在粗化、孔洞等問題，因此會導致其可靠性 變差。
[0004] 對于倒裝LED芯片來說，可以采用AuSn回流焊來進行焊接。然而，由于LED芯片 的電極上的AuSn鍍層僅具有5 μ m左右的厚度，因此對基板焊盤的表面平整度的要求較高。 否則，容易產(chǎn)生焊點孔洞的問題，尤其是對于柔性基板來說是非常不利的。同時，該AuSn 回流焊工藝要求300-320°C的溫度，這對柔性基板而言是一個過高的溫度，容易導致焊盤翹 曲、基板反光層黃化等問題。而如果也采用BGA回流焊的話，則上述針對正裝LED芯片的焊 點失效、芯片傾斜的問題仍然存在。
[0005] 因此，在本領域中需要尋求一種解決方案，其能夠解決如上技術問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種基板、尤其是其上安裝有LED芯片的柔性基板，其能夠有效 地避免LED芯片安裝后的芯片傾斜，降低孔隙率，并且提升焊點可靠性。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種基板，其包括：基板主體，包括其上設有焊料 層的焊盤；以及安裝在基板主體上的芯片，芯片具有用于連接到焊盤上的電極，其中，焊盤 構造成具有大于電極的尺寸。
[0008] 所述基板優(yōu)選地是柔性基板，所述芯片優(yōu)選地是LED芯片。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，將基板的焊盤的尺寸設置成大于待安裝的LED芯片的電極的尺寸。 因此，在焊料熔化后，即使出現(xiàn)了鼓形形狀的焊點，也同樣能夠提供牢固的接合表面和接合 力，極大地降低了焊點失效的危險。此外，由于焊盤的面積增大，使得涂覆在其上的焊料的 面積也增大。因此，這種設計可以增加焊料與焊盤之間的結(jié)合力，降低由于界面惡化造成的 可靠性下降的問題。
[0010] 在一個優(yōu)選的實施例中，焊盤的尺寸構造成比電極的尺寸大50到100 μ m。當選擇 這一尺寸差時，可以得到非常牢固的接合，但又不至于使焊盤過大而造成浪費。
[0011] 在一個優(yōu)選的實施例中，焊盤的中心與電極的中心相對應。或者，焊盤的中心與電 極的中心偏差可設置成不超過電極的尺寸的一半。由此，可以保證在焊接過程中芯片保持 穩(wěn)定，不會產(chǎn)生傾斜、側(cè)傾、立碑等問題。
[0012] 在一個優(yōu)選的實施例中，芯片具有至少兩個電極，并且焊料層的高度大于電極之 間的高度差。
[0013] 另外，在實踐中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)同一芯片的兩個電極之間存在著一定的高度差。這種高 度差容易地焊接后導致芯片傾斜。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，芯片具有至少兩 個彼此間具有一定高度差的電極，并且基板主體包括數(shù)量與電極相同且彼此間具有一定面 積差的焊盤，該面積差選擇成使得在焊料量相同的情況下各焊盤上的焊料層之間存在著能 抵消電極之間的高度差的高度差。這樣，在相同焊料量的情況通過控制焊后兩個焊點之間 的高度差，可以避免焊后芯片由于電極高度差所造成的傾斜。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于在柔性基板上安裝LED芯片的方法，包 括以下步驟：(a)在柔性基板上形成焊盤，并將焊盤構造為具有比待安裝在柔性基板上的 LED芯片的電極更大的尺寸；(b)在焊盤上涂覆焊料；（c)將LED芯片放置在柔性基板上，使 得LED芯片的電極與焊盤上的焊料相接觸；以及（d)熔化焊料，使LED芯片固定于柔性基板 上。
[0015] 在一個優(yōu)選的實施例中，在步驟（c)中，將焊盤的中心設置成與電極的中心相對 應。或者，焊盤的中心與電極的中心偏差設置成不超過電極的尺寸的一半。
[0016] 在一個優(yōu)選的實施例中，在步驟（a)中，將焊盤的尺寸構造成比電極的尺寸大50 至丨J 100 μ m。
[0017] 在一個優(yōu)選的實施例中，在步驟（b)中將焊料的面積控制為焊盤的面積的 50-100%，和/或?qū)⒑噶系母叨仍O定為40-150 μ m。
[0018] 在一個優(yōu)選的實施例中，在步驟（d)中采用高于焊料熔點25_55°C的峰值溫度進 行加熱，其中所述峰值溫度停留10-30s。
[0019] 在一個優(yōu)選的實施例中，在步驟（a)中，在基板上的無焊盤的區(qū)域涂覆阻焊層。
[0020] 通過根據(jù)本發(fā)明的方法，可以有效地避免LED芯片安裝在柔性基板上之后可能出 現(xiàn)的芯片傾斜，降低孔隙率，并且提升焊點可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 以下將結(jié)合附圖來對本發(fā)明進行說明。容易理解，附圖僅出于為更好地理解本發(fā) 明而提供，其不應被視為對本發(fā)明的限制。
[0022] 圖1示意性顯示了根據(jù)本發(fā)明的待安裝的LED芯片。
[0023] 圖2a和2b示意性顯示了根據(jù)本發(fā)明的柔性基板的平面圖，其上分別形成有兩種 形式的焊盤。
[0024] 圖3顯示了圖2a或2b所示的柔性基板的截面圖，其中在無焊盤的區(qū)域上設有阻 焊層。
[0025] 圖4顯示了在焊盤上涂覆了焊料后的柔性基板的截面圖。
[0026] 圖5顯示了在放置LED芯片后的柔性基板的截面圖。
[0027] 圖6顯示了在焊接完成后的柔性基板的截面圖。
[0028] 圖7示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的柔性基板如何補償同一芯片的電極之間的高 度差。
[0029] 在附圖中，相同的附圖標記顯示相同或類似的部件。附圖并未按實際比例繪制。

【具體實施方式】
[0030] 以下將針對在柔性基板上安裝LED芯片的方法以及由此形成的柔性基板來對本 發(fā)明進行進一步的說明。然而本領域的技術人員可以理解，本發(fā)明并不限于在柔性基板上 安裝LED芯片，而是可以擴展到在任何基板上安裝任意類型的電子芯片。
[0031] 圖1示意性顯示了待安裝到柔性基板上的LED芯片5,其例如為正裝LED芯片。如 圖所示，該LED芯片5包括兩個間隔開的電極6。該電極用于與柔性基板進行連接。在一個 非限定的實施例中，電極6的尺寸為100 μ m左右，兩個電極之間的間距大于150 μ m，并且它 們之間存在有5-15 μ m的高度差。電極6的表層材料通常為Au。
[0032] 圖2a示意性地顯示了基板1，其包括柔性的基板主體11。在基板主體11上布置 有兩個間隔開的焊盤2,分別用于與LED芯片5上的兩個電極6相對應。對應于上述電極6 之間的間距，兩個焊盤2之間的間距例如可以選擇為不小于100 μ m。容易理解，焊盤2的數(shù) 量可以根據(jù)相應的LED芯片的電極的數(shù)量而變化。在圖2a中，焊盤2顯示為方形的焊盤。 然而容易理解，焊盤2也可以具有其它的形狀，例如圓形、橢圓形等。例如，圖2b顯示了一 種具有圓形的焊盤2的基板1。
[0033] 在一個實施例中，焊盤2可以采用本領域的技術人員所熟知的材料制成，例如 Cu-〇SP 或 CuNiAu、Ag 等。
[0034] 圖3顯示了涂覆在基板主體11上的除焊盤2以外的區(qū)域上的阻焊層3。阻焊層3 的材料及涂覆工藝也是本領域的技術人員所熟知的。
[0035] 圖4顯示了涂覆在焊盤2上的焊料4。焊料4例如可以通過點膠、印刷等方式涂 覆在焊盤2上。焊料4的成分以Sn為主（因此焊料也常稱為錫膏），其熔點通常不超過 230°C。在一個優(yōu)選的實施例中，焊料4的面積可控制為焊盤2的面積的50-100%，高度為 40-150 μ m。另外，焊料4優(yōu)選地構造成與焊盤2同心地布置。
[0036] 圖5顯示了將LED芯片5放置在柔性基板1上的情況。如圖5所示，LED芯片5 的電極6朝向下方且與焊盤2相對應地放到柔性基板1上，使得電極6與焊盤2上的焊料 4相接觸。
[0037] Sn基焊料與Cu基焊盤之間存在金屬間化合物，其長期使用后存在著界面惡化、強 度降低等問題。由于芯片電極材料為Au，而Au的原子結(jié)構穩(wěn)定，因此它與焊料結(jié)合后不易 造成由于元素擴散導致的界面惡化。然而，在焊料與基板的焊盤的結(jié)合處仍存在著界面惡 化的風險。
[0038] 因此，根據(jù)本發(fā)明，將柔性基板1的焊盤2的尺寸設置成大于待安裝的LED芯片5 的電極6的尺寸。由于焊盤2的尺寸設置成大于電極6的尺寸，因此在焊料4熔化后，即使 出現(xiàn)了鼓形形狀的焊點（如圖6中的附圖標記7所示），也同樣能夠提供牢固的接合表面和 接合力，極大地降低了焊點失效的危險。另外，由于每個焊盤2的尺寸都設置成大于相應的 電極6的尺寸，因此在進行焊接后，LED芯片5的兩個連接區(qū)域能保持一致，從而不會出現(xiàn) 如現(xiàn)有技術中所存在的芯片傾斜的情況。
[0039] 另外，由于焊盤2的面積增大，使得涂覆在其上的焊料4的面積也增大。因此，這 種設計可以增加焊料4與焊盤2之間的結(jié)合力，降低由于界面惡化造成的可靠性下降的問 題。
[0040] 圖6顯示了在焊接完成后的柔性基板1的截面圖。如圖所示，盡管形成了鼓形形 狀的焊點7,然而LED芯片6仍然能牢固地與柔性基板1相連。需要說明的是，在本文中，焊 料4和焊點7實質(zhì)上指相同的部件，只是它們分別強調(diào)的是在焊接工序之前和之前的狀態(tài)。
[0041] 根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，焊盤2的尺寸可以構造成比電極6的尺寸大50到 100 μ m。例如，在一個例子中，電極6的尺寸選擇為100 μ m左右，此時焊盤2的尺寸可以選 擇為150-200 μ m。試驗證明，當選擇這一尺寸差和這些特定的尺寸時，可以得到非常牢固的 接合，但又不至于使焊盤2過大而造成浪費。
[0042] 在一個優(yōu)選的實施例中，焊盤2的中心與相應的電極6的中心對齊，或者焊盤2的 中心與電極6的中心偏差不超過電極6的尺寸的50%。由此，可以保證在焊接過程中芯片 保持穩(wěn)定，不會產(chǎn)生傾斜、側(cè)傾、立碑等問題。
[0043] 本發(fā)明的柔性基板還能夠很好地適用于同一個芯片的電極之間具有高度差的情 況。如圖7所示，芯片5的兩個電極6A和6B之間具有一定的高度差。根據(jù)本發(fā)明，可以通 過對應于這兩個電極電極6A和6B的焊盤2A和2B來抵消這一高度差。在一個實施例中，焊 盤2A和2B不僅都具有比電極6A和6B更大的尺寸，而且彼此之間也具有不同的尺寸。例 如，對于與更接近基板1的電極6A相對應的焊盤2A而言，其可具有比與更遠離基板1的電 極6B相對應的另一焊盤2B更大的面積。該面積之差選擇成可以實現(xiàn)如下：S卩，在焊料量相 同的情況下焊盤2A上的焊料7A的高度將小于焊盤2B上的焊料7B的高度，且正好抵消了 兩個電極6A和6B之間的高度差。因此，根據(jù)本發(fā)明的基板的設置能夠有效地避免由電極 之間的高度差所帶來的芯片傾斜的缺陷。
[0044] 可通過固晶機、SMT等方式來將LED芯片5放置于柔性基板1上。此時，應當保證 使電極6的中心和相應的焊盤2的中心對齊，或者保證焊盤2的中心與電極6的中心偏差不 超過電極6的尺寸的50%。在一個實施例中，可以通過回流焊等整體加熱方式來實現(xiàn)LED 芯片的焊接?；亓鞣逯禍囟瓤蛇x擇成高于焊料熔點25-55°C，優(yōu)選為高于30°C左右。這可 根據(jù)焊料中的各成分而定。然而，對于傳統(tǒng)使用的錫膏來說，回流峰值溫度不應超過260°C。 另外，焊點的高度可以根據(jù)焊料與基板焊盤之間的潤濕性進行設計。焊料與基板焊盤之間 的潤濕性越好，則焊點高度越低。在相同的焊料量的情況下，CuNiAu基板上的焊點的高度 應低于Cu-OSP基板及Ag基板上的焊點的高度。在一個實施例中，上述回流峰值溫度停留 10-30S，以保證焊料充分熔化，并因此與基板焊盤、芯片電極實現(xiàn)充分的冶金結(jié)合。同時，這 一時間還可以保證充分地排出焊料內(nèi)部的氣體，并且減少焊點內(nèi)部氣孔形成的可能性。
[0045] 在上文中已經(jīng)針對正裝芯片形式的LED芯片5對本發(fā)明進行了描述?？梢岳斫猓?對于倒裝芯片形式的LED芯片而言，其電極的尺寸相對較大，并且電極的成分為Au或AuSn。 因此，在進行回流焊之后，倒裝芯片的可靠性隱患同樣位于焊料與基板焊盤之間的結(jié)合位 置處。因此，根據(jù)本發(fā)明，通過使基板焊盤的尺寸設置成大于芯片電極的尺寸，同樣能夠增 大焊料與基板焊盤之間的結(jié)合位置處的結(jié)合力，從而克服倒裝芯片中的這一可靠性問題。
[0046] 以上結(jié)合附圖并通過具體的實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明。然而容易理解， 這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護范圍由隨附的權利要求書限 定，任何在本發(fā)明權利要求基礎上的改動都屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種基板，包括： 基板主體，包括其上設有焊料層的焊盤； 安裝在所述基板主體上的芯片，所述芯片具有用于連接到焊盤上的電極， 其中，所述焊盤構造成具有大于所述電極的尺寸。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基板，其特征在于，所述焊盤的尺寸構造成比所述電極的尺 寸大50到100 μ m。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的基板，其特征在于，所述焊盤的中心與所述電極的中心相 對應，或者所述焊盤的中心與所述電極的中心偏差不超過所述電極的尺寸的50%。
4. 根據(jù)權利要求1到3中任一項所述的基板，其特征在于，所述芯片具有至少兩個電 極，并且所述焊料層的高度大于所述電極之間的高度差。
5. 根據(jù)權利要求1到3中任一項所述的基板，其特征在于，所述芯片具有至少兩個彼此 間具有一定高度差的電極，所述基板主體包括數(shù)量與電極相同且彼此間具有一定面積差的 焊盤，所述面積差選擇成使得在焊料量相同的情況下各焊盤上的焊料層之間存在著能抵消 所述電極之間的高度差的高度差。
6. 根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的基板，其特征在于，所述基板是柔性基板，所述 芯片是LED芯片。
7. -種用于在柔性基板上安裝LED芯片的方法，包括以下步驟： (a) 在柔性基板上形成焊盤，并將所述焊盤構造為具有比所述LED芯片的電極更大的 尺寸； (b) 在所述焊盤上涂覆焊料； (c) 將所述LED芯片放置在所述柔性基板上，使得所述LED芯片的電極與所述焊盤上的 焊料相接觸； (d) 熔化焊料，使所述LED芯片固定于所述柔性基板上。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟（c)中，所述焊盤的中心與所述 電極的中心相對應，或者所述焊盤的中心與所述電極的中心偏差不超過所述電極的尺寸的 50%。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的方法，其特征在于，在步驟（a)中，將所述焊盤的尺寸構 造成比所述電極的尺寸大50到100 μ m。
10. 根據(jù)權利要求7到9中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟（b)中將焊料的面 積控制為所述焊盤的面積的50-100%，和/或焊料的高度設定為40-150 μ m。
【文檔編號】H01L21/58GK104091788SQ201410212446
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權日:2014年5月19日
【發(fā)明者】劉洋, 韋嘉, 崔成強, 袁長安 申請人:常州市武進區(qū)半導體照明應用技術研究院