发光二极管及其封装方法技术

本申请公开了一种用于将一排发光二极管(LED)裸片组装于衬底上的方法，该方法包括：将裸片定位在流体中；使裸片暴露于磁力下，以将裸片吸引到设置在衬底上或靠近衬底的预定位置的磁体上；以及在裸片与衬底之间形成永久连接，从而构成衬底上的一排LED裸片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于将一排发光二极管裸片组装于衬底上的方法相关申请的交叉引用本申请涉及并主张2012年4月20日提交的题为“变革的LED封装(TRANSFORMATIVELEDPACKAGING)”的美国临时申请第61/687,240号的权益，其内容通过援引并入本文。关于联邦政府资助的研究的声明本专利技术的资助一部分由来自国家科学基金(NationalScienceFoundation)(批准号EEC-0812056)的补助并且一部分由来自NYSTAR(批准号C090145)的补助予以支持。美国政府可能拥有本专利技术的某些权利。
本专利技术涉及基于无机半导体材料的发光二极管(LED)以及一种封装LED的方法。
技术介绍
现有的LED封装典型地包含多个半导体器件一次一个地定位于衬底上的工艺。典型的工艺可能受限于大约每小时10000个单元的速度。这里存在以更高的速度，例如每分钟高达10000个单元，将这些器件以及相关联的控制传感器件封装到一体照明系统的需求。一些现有方法，包括裸片印刷和介观自组装工艺，受到了可制造的LED芯片设计的可用性和与高速贴片误差相关联的缺陷率的限制。
技术实现思路
本文描述了可编程的定向自组装和辅助能量贴片工艺，其适合高速、高准确率和低缺陷率的发光二极管(LED)系统封装操作。根据本专利技术的一方案，提供了一种用于将一排LED裸片组装于衬底上的方法。该方法包括将裸片定位在流体中的步骤；使用直接在衬底的背侧或靠近衬底的背侧按预定位置设置的磁体，使裸片暴露于磁力下，以将裸片吸引到衬底的前侧；以及使裸片与衬底之间形成永久的电气和/或机械连接，从而在衬底上构成一排LED裸片。附图说明图1描述了一种用于将LED组装于衬底上的装置的示意图。图2描述了安装于胶带背面的LED裸片的横截面图。图3描述了制造裸片的浮层的示意性工艺顺序。图4描述了用于将LED组装于示意性示出的衬底上的另一装置的示意图。图5描述了用于将LED组装于衬底上的工艺顺序的流程图。具体实施方式图1描绘了根据本专利技术的第一个示例性实施例的用于将LED裸片组装在衬底上的装置1。裸片是从器件晶片上切分出的单个芯片(chip)，而器件晶片可能是大片的半导体。装置1包括用于储存流体(例如水)的容器4。供给器5位于容器4的上方，用于将漂浮的LED裸片2分配到流体的表面3上。例如，供给器5可以是漏斗、振动供给器或旋转供给器。绕衬底卷筒6卷绕并贮存在衬底卷筒6上的柔性衬底7绕轮齿(cog)8、磁性滚筒10、轮齿12、轮齿14和卷筒16卷绕。衬底7任选地由厚度为0.127mm(5mil)的聚对苯二甲酸乙二醇酯构成。用作衬底7的对可见光或UV具有良好透光性的其它透明材料包括柔性玻璃或聚合物，包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或其他类似材料。衬底7还可以含有用来将LED光线转变为其他波长的变色材料。可选地，可以使用由电介质反射片和/或金属反射片构成的高反射材料。根据对系统的光学设计和性能的需求可考虑各种使用。虽然图中未示，但是一个或多个卷筒6、轮齿8、磁性滚筒10、轮齿12、轮齿14和卷筒16可连接至步进电机(图中未示)，该步进电机使从动的滚筒/轮齿/卷筒绕其自身的转轴旋转(转轴垂直于纸面延伸)。应理解，在操作过程中，衬底7从卷筒6向卷筒16移动。筛15具有一连串的开孔17(图中示出了一个)，筛15位于容器4的边缘并且邻近磁性滚筒10。开孔17的尺寸使得裸片2在被装载到衬底7上之前被定位在适当的方位。磁性滚筒10位于容器4的边缘并邻近筛15。磁性滚筒10包括在其外围设置的一排磁体19。磁体19有助于将裸片2通过磁性拾取到衬底7上。根据一个示例性实施例，磁性滚筒10上设置30个方形磁体19。每个磁体19可以是美国宾夕法尼亚州的Jamison的K&JMagnetics贩售的镀镍钕N42磁体。也可以使用电磁体。根据一个示例性实施例，每个磁体19具有1.588mm(1/16英寸)的边长并埋入相同厚度的氯丁橡胶条19’中，氯丁橡胶条19’绕磁性滚筒10缠绕。磁体19的尺寸和间距可以变化，这取决于应用需求，由需要的LED裸片的尺寸和LED排列的密度来决定。使用CO2激光能在氯丁橡胶条19’上形成沿水平方向(即垂直于网移动的方向)边与边的距离为10mm(间距≈10.79mm)、沿网移动方向边与边的距离为13mm(间距≈13.79mm)的开口。在磁体19的顶部设有透明胶带19”的薄层，以在磁性滚筒10上提供光滑的外表面。根据一种操作装置1的典型方法，供给器5将漂浮的LED裸片2分配到流体的表面3上。磁体9被激励，使LED裸片2暂时向容器4的底部下沉。一旦到达或接近容器4的底部，磁体9就被停用，而漂浮的裸片2在上升时采取适当的顶部/底部定向，并重新浮上流体的表面3。振动器18可以用来使容器4中的流体振动，从而随着裸片2浮上表面，进一步有助于裸片2适当地顶部/底部定向。一旦裸片2浮上表面，流体中轻微的流体流会使裸片2漂向磁性滚筒10。这种流动是由泵11产生的，其从磁性滚筒10下方的容器4的底端汲取流体，并将流体输送到容器4的顶端与磁性滚筒10相对的位置。由于泵11提供的水流可能是不利的，所以泵11是装置1中的任选部件。衬底7沿着磁性滚筒10行进并经过容器4的边缘。衬底7可至少部分地位于容器4内并与流体表面3接触。磁性滚筒10的磁性区域吸引裸片2。磁力使得裸片2穿过筛15的开孔17，并附着在衬底7上。开孔17保证裸片2在衬底7上适当地定向。在该过程中的此点，裸片2被可释放地磁性附着于衬底7。带有可释放地附着在其上的裸片2的衬底7被指引通过轮齿12，并且暴露于热量形式的热能，这例如能够由红外线(IR)灯13产生。由灯13产生的热量使得裸片2底部表面上的焊料融化并贴附在衬底7上，由此在裸片2与衬底7之间形成电气连接和机械连接。焊料可以以裸片2的底部表面上的凸点的形式设置。一旦焊料冷却，裸片2就会永久性地附着在衬底7上。物体13可选地代表回流焊炉。带有永久性地附着在其上的裸片2的衬底7被指引通过轮齿14，并且绕卷筒16卷绕。带着永久性地附着在其上的裸片2的衬底7就形成了一LED片。一旦卷筒6被清空而卷筒16被装满，用满的卷筒来替换卷筒6，并将卷筒16从装置1移走，并准备好作为一LED片使用。装置1可能会与示出和描述的有所不同。例如，磁体可位于衬底7的前侧或背侧，而不是位于磁性滚筒10上。而且，装置1的几个部件是任选的，例如振动器18、泵11和磁体19.虽然图中未示，但衬底7可包含在裸片2组装到衬底7上之前就形成的光学和电学结构(例如，磷光体、透镜结构和电气互联)。裸片2可放置在衬底7上，使得它们与衬底7的那些已有特征配准(register)。衬底7也可以用来生成可以被后续处理(例如，激光钻孔、喷墨电轨迹打印和磷光体沉积等)的层压裸片结构。无论过程如何，薄“光片(sheetoflight)”可形成将效仿有机发光二极管(OLED)技术的大容量、低成本基础的大范围新型照明系统，但具有比OLED卓越的优势。关于OLED技术的更多细节例如可以参照http://en.wikipedia.org/wiki/OLED。图2描绘了图1中的裸片2的横截面图。裸片2被示出为可释放地安装于胶带释放层24且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将一排发光二极管(LED)裸片组装于衬底上的方法，包括：将裸片定位在流体中；使用直接在所述衬底的背侧或靠近所述衬底的背侧按预定位置设置的磁体，使所述裸片暴露于磁力下，以将所述裸片吸引到所述衬底的前侧；以及使所述裸片与所述衬底之间形成永久的电气和/或机械连接，从而构成衬底上的一排LED裸片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.20 US 61/687,2401.一种用于将一排发光二极管(LED)裸片组装于衬底上的方法，包括：将裸片定位在液体中；使用直接在所述衬底的背侧或靠近所述衬底的背侧按预定位置设置的磁体，使所述裸片暴露于磁力下，以将所述裸片吸引到所述衬底的前侧；以及使所述裸片与所述衬底之间形成永久的电气和/或机械连接，从而构成衬底上的一排LED裸片，其中在所述定位之前，所述方法还包括在每个所述裸片的一侧形成浮层。2.如权利要求1所述的方法，其中在所述定位之前，所述方法包括在每个所述裸片的另一侧形成磁性层。3.如权利要求1所述的方法，其中在所述定位之后，所述方法还包括使用另一磁力使所述裸片暂时下沉，然后停用磁力，使得所述裸片以所述浮层面向向上的方向上升到液体的顶表面。4.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括溶解所述浮层。...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·F·卡尔利克，詹姆斯·建强·鲁，C·S·古德温，A·特卡琴科，
申请(专利权)人：伦塞勒工艺研究所，
类型：发明
国别省市：美国;US