本發(fā)明涉及LED封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種倒裝芯片的3D打印封裝方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有倒裝芯片，其剖面結(jié)構(gòu)如圖1所示，具體封裝方法按如下步驟進(jìn)行：S1：制作芯片（2），芯片（2）的外延層上制作有反射層、多層絕緣層，并通過金屬擴(kuò)展層將非對稱電極制作成兩個對稱電極；S2：利用共晶焊或錫膏焊等方式以焊料層（7）連接芯片電極（3）和引出電路（9），使倒裝芯片（2）固定在散熱基板（6）上；S3：在電極下方填充材料（8）；S4：填充熒光粉（10）。由于倒裝芯片形狀的局限性，其存在如下的問題：1、對于倒裝芯片，為提升共晶的準(zhǔn)度，一般都用多層絕緣的方法，將內(nèi)部的非對稱電極做成對稱電極，方便共晶，但由于絕緣層材料的導(dǎo)熱能力不好，這種方式增加了熱阻；2、由于倒裝芯片無法看到背面形態(tài)，底部只能使用平面進(jìn)行固晶，要求所封裝的基板必須是平整的，且所采用的共晶焊方法還會產(chǎn)生焊接不均勻、空焊、虛焊等問題；3、倒裝芯片固晶的時候看不到電極面的圖案，只能從背面的輪廓確定位置，而且芯片也會遮擋住基板，所以很難對準(zhǔn)，共晶焊精準(zhǔn)度較差，倒裝焊接的精度低；4、光路較差，當(dāng)光型不好時，封裝后，點光源從芯片直接擴(kuò)大到燈珠或者COB板，再加上燈具整體效果并不是很好。

3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)，節(jié)省材料，不用剔除邊角料，提高材料利用率；能做到很高的精度和復(fù)雜程度；可直接從計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床或任何模具；可以自動、快速、直接和精確地將計算機(jī)中的設(shè)計轉(zhuǎn)化為模型，直接制造零件或模具，有效的縮短產(chǎn)品研發(fā)周期；3D打印成型時間短，它讓設(shè)計人員和開發(fā)人員實現(xiàn)了從平面圖到實體的飛躍；能打印出組裝好的產(chǎn)品，大大降低了組裝成本，可挑戰(zhàn)大規(guī)模生產(chǎn)方式，因此本發(fā)明探索一種將3D打印技術(shù)應(yīng)用于倒裝芯片的封裝當(dāng)中，以解決現(xiàn)有倒裝芯片封裝工藝的相應(yīng)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，和3D打印技術(shù)的優(yōu)勢，本發(fā)明提供一種倒裝芯片的3D打印封裝方法，增加封裝設(shè)計多樣化，能高精度做出外部電路，不需要固晶焊線和共晶焊，不需要購買支架和PCB板或COB板，縮短封裝研發(fā)周期，促進(jìn)LED薄型化和小型化。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種倒裝芯片的3D打印封裝方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：利用計算機(jī)設(shè)計LED器件的三維數(shù)字模型，對LED器件進(jìn)行程序編排，并通過分層切片處理后，導(dǎo)入3D打印機(jī)，由計算機(jī)控制各層的打印；

S2：用吸嘴吸附倒裝芯片，固定在反射杯下；

S3：3D打印焊料層和散熱基板，所述的散熱基板中設(shè)有與芯片電極連接的引出電路。

所述的倒裝芯片的3D打印封裝方法，還包括步驟S4：填充熒光粉。

所述引出電路和焊料層均由導(dǎo)電材料制成，散熱基板由絕緣材料制成或是能導(dǎo)電但與引出電路之間有絕緣層。

所述焊料層、散熱基板和引出電路的打印方法，既可以是各材料層逐層打印，也可以是先逐層打印好散熱基板，然后將焊料層和引出電路的導(dǎo)電材料填充進(jìn)空洞。

所述倒裝芯片包括襯底和設(shè)置在襯底上的芯片外延層，所述的芯片外延層包括依次設(shè)置的N型層、發(fā)光層、P型層和反射層（銀鏡），外延層上部分蝕刻至N型層的臺面，P型層和N型層的交界處設(shè)有絕緣層，芯片電極包括N電極和P電極，N電極制作在N型層上，P電極制作在反射層上并與P型層連接。

所述倒裝芯片的N型層、發(fā)光層和P型層用MOCVD法形成，反射層用濺射鍍膜形成，N型層的蝕刻用ICP法，芯片電極采用蒸發(fā)鍍膜形成。

所述倒裝芯片可以為單顆芯片、多顆芯片或為芯片集成器件。

所述倒裝芯片用普通的倒裝芯片結(jié)構(gòu)，反射杯用現(xiàn)有反射杯。

所述3D打印技術(shù)為電子束快速成型、激光數(shù)字成型等技術(shù)，打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體，且3D打印的精度要求在10um以上。

本發(fā)明相對現(xiàn)有倒裝芯片封裝技術(shù)相比，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明直接用3D打印技術(shù)打印散熱基板和焊料層層，不需要購買支架和PCB板或COB板，直接封裝成型，減少制模和封裝的成本；

2、3D打印技術(shù)精度高，使得芯片設(shè)計自由度變高，直接根據(jù)芯片設(shè)計好內(nèi)部線路，3D打印好基板就可以了，可減少倒裝芯片絕緣層和對稱電極這兩道工序，使得芯片更薄且減少芯片制造成本，加上導(dǎo)熱不佳的絕緣層材料減少，因而散熱能力好，減少了熱阻；

3、可用3D打印技術(shù)精準(zhǔn)固晶，解決現(xiàn)有封裝方法無法看到焊接面導(dǎo)致的空焊、虛焊、焊接填充不全等問題，提高封裝良率；

4、現(xiàn)有封裝方法，僅能將芯片固定在平面的PCB板上或平底的支架上，因為這些帶弧度的形狀，并不適合現(xiàn)有封裝產(chǎn)量產(chǎn)，而通過3D打印技術(shù)，可以充分設(shè)計出最適合該芯片的燈罩；或從芯片開始就改變它的光路，如將芯片固定在弧狀的反射杯中，光路可控，從而具有更高的亮度利用和更好的出光效果；

5、可用3D打印技術(shù)逐層打印焊料層和引出電路，使得芯片和基板的熱膨脹系數(shù)逐漸變化，解決一般封裝材料由于材料單一而導(dǎo)致芯片電極和PCB板或COB板之間熱膨脹系數(shù)差異較大，從而產(chǎn)生如下問題：1）材料之間熱膨脹系數(shù)不匹配；2）彎曲變形可能造成失效；3）跌落/沖擊/機(jī)械振動造成失效；4）靜態(tài)負(fù)荷，如散熱片工作產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致失效；5）需要提高熱循環(huán)壽命和解決熱失配問題。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有倒裝芯片封裝的剖面示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的剖面示意圖。

圖中，1-吸嘴，2-倒裝芯片，3-芯片電極，4-反射杯，6-散熱基板，7-焊料層，8-填充材料，9-引出電路，10-熒光粉。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步說明：

如圖2所示，本發(fā)明實施例的剖面示意圖。具體實施方法，按如下步驟進(jìn)行：

S1：利用計算機(jī)設(shè)計LED器件的三維數(shù)字模型，對LED器件的尺寸和材料參數(shù)進(jìn)行程序編排，并通過分層切片處理后，導(dǎo)入3D打印機(jī)，由計算機(jī)控制各層的打??；

S2：用吸嘴（1）吸附倒裝芯片（2），固定在反射杯（4）下；

S3：3D打印焊料層（7）和散熱基板（6），所述的散熱基板（6）中設(shè)有與芯片電極（3）連接的引出電路，各材料層由3D打印機(jī)自下而上逐層打印出來。

S4：填充熒光粉。

其中，所述倒裝芯片（2）包括襯底和設(shè)置在襯底上的芯片外延層，所述的芯片外延層包括依次設(shè)置的N型層、發(fā)光層、P型層和反射層，外延層上部分蝕刻至N型層的臺面，P型層和N型層的交界處設(shè)有絕緣層，芯片電極包括N電極和P電極，N電極制作在N型層上，P電極制作在反射層上并與P型層連接。

其中，所述倒裝芯片（2）的N型層、發(fā)光層和P型層用MOCVD法形成，反射層（銀鏡）用濺射鍍膜形成，N型層的蝕刻用ICP法，芯片電極采用蒸發(fā)鍍膜形成。

其中，所述倒裝芯片（2）可以為單顆芯片、多顆芯片或為芯片集成器件。

其中，所述步驟S2中，倒裝芯片用具有多層絕緣層（兩層以上）的普通倒裝芯片結(jié)構(gòu)，反射杯（4）用現(xiàn)有反射杯（4）。

其中，所述步驟S3中，引出電路由導(dǎo)電材料制成（通常為金屬材料），散熱基板（6）和引出電路之間必須是絕緣的，散熱基板（6）由絕緣材料制成或是能導(dǎo)電但與引出電路之間有絕緣層，基板需保證內(nèi)部電路和外部電路連通以及散熱這兩種功能，絕緣材料可以為環(huán)氧樹脂或其他絕緣材料，能保證絕緣和消除熱失配即可，焊料層為導(dǎo)電材料制成，且可以使用與引出電路相同的導(dǎo)電材質(zhì)。

其中，所述步驟S3中，焊料層（7）可以采用Au、Al、Ag、Cu、Sn、Sb等金屬，或采用AuGe、AuSn、AuSi、Snln、SnAg、SnBi等多種合金，其作用為固晶、連接電路和熱傳導(dǎo)。

其中，所述步驟S3中，焊料層（7）、散熱基板（6）和引出電路按所用的材料不同則打印方法也不同，既可以同時逐層打印，也可以先逐層打印好基板，然后將金屬填充進(jìn)空洞，另外，采用活潑金屬時需進(jìn)行氮氣保護(hù)；焊料層可以為漸變的成分，以調(diào)節(jié)材料的熱膨脹系數(shù)，減小熱失配。

其中，所述步驟S3中，散熱基板可以為陶瓷、塑料、有機(jī)膠、金屬等材質(zhì)，基板的組成可以不單一。

其中，所述的焊料層、引出電路和散熱板的制作采用分層實體制造法、激光燒結(jié)法、熔絲沉積成型法中的一種或多種，其中散熱基板還可根據(jù)材質(zhì)的類型，使用三維印刷成型法或紫外線成型法。

1、分層實體制造法（LOM——Laminated Object Manufacturing），LOM又稱層疊法成形，它以片材（金屬箔、塑料膜、陶瓷膜）為原材料，激光切割系統(tǒng)按照計算機(jī)提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的片材用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓，切割完一層后，送料機(jī)構(gòu)將新的一層片材疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，組成三維工件，可以用作基板；

2、當(dāng)精度不高的時候（芯片尺寸較大，且只有兩個電極時），可用熔絲沉積成型（FDM——Fused Deposition Modeling）法，該方法使用絲狀材料（金屬、塑料、低熔點合金絲）為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點高1℃），在計算機(jī)的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件；

3、精度較高時，用激光燒結(jié)法（DMLS）加熱金屬或其它粉末使其凝固成型；

4、三維印刷成型法：在平鋪的陶瓷粉上的特定區(qū)域沉積有機(jī)粘結(jié)劑，每建成一層，在頂部繼續(xù)添加陶瓷粉和粘結(jié)劑，直到整個模型完工，之后模型將會被送入爐中加熱，這樣粘結(jié)劑就會被固化。出爐后，掃掉外層的陶瓷粉末，即完工，被清理掉的陶瓷粉還可以用于下一個模具的制造；

5、紫外線成型法：可通過紫外線固化的塑料聚合物的液滴噴射出來，然后被集成在打印頭上的強(qiáng)紫外線燈固化，3D打印不需要很貴的模具，大量的治具或者后期處理；根據(jù)有機(jī)膠種類，選取熱風(fēng)吹掃或紫外光固化方式對打印出來的薄層進(jìn)行同步固化。

其中，所述步驟S3中，焊料層、散熱基板和引出電路不是完全分開打印的，因為引出電路可以嵌入散熱基板中，所以逐層打印即可。

本發(fā)明對于不同的3D打印方法采用相應(yīng)的3D打印設(shè)備，如采用熔絲沉積成型法時，3D打印機(jī)主要包括與控制模塊連接的xyz軸運動平臺和噴頭，這些設(shè)備的構(gòu)成可以參見申請?zhí)?01410387682.6、申請?zhí)?01310262450.3、特別是申請?zhí)?01310279938.7等中國專利文獻(xiàn)的記載，由于3D打印的基本方法已日趨成熟，本文在此不作詳細(xì)介紹。

本發(fā)明用3D打印技術(shù)自動、快速、直接和精確地將計算機(jī)中的設(shè)計轉(zhuǎn)化為LED器件，所述的LED器件包括直接制成的燈珠、COB、燈具等LED成型器件，從而有效的縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，另外它降低了封裝成本，可以挑戰(zhàn)大規(guī)模生產(chǎn)方式，所以本發(fā)明對設(shè)計和研發(fā)有不可限量的作用。

上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和實施方式，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。