一種白光led封裝結構及封裝方法

2023-10-08 03:58:29

專利名稱：一種白光led封裝結構及封裝方法
技術領域：
本發明涉及一種LED封裝結構，特別是一種白光LED封裝結構及封裝方法，屬於LED製作技術領域。
背景技術：
螢光薄膜是近年來廣受關注的一類新型材料，它可作為燈管和窗口材料、雷射材料、閃爍體材料，應用前景廣闊。由於技術原因，目前主流的LED製造方法是藍光晶片與黃色螢光粉結合，其具體工藝為，先將LED晶片固定在支架上，連接好電路；接著按一定比例稱取螢光粉和矽膠，將二者混合均勻後放入真空乾燥器內排氣泡，然後將螢光粉與矽膠的混合物塗覆到晶片上(也稱點膠)，隨後加熱使其固化，接著可以用一個透明塑料透鏡密封 在上面，中間空隙內以矽膠填充，再次加熱使矽膠固化，即可製成獨立的LED燈成品，最後根據需要，將一個或者多個獨立的LED燈組合在一起，連接好電路，即形成所需的LED照明燈。然而，在上述LED封裝過程中存在著幾個關鍵性問題首先，在點膠時，螢光粉的濃度難以自始自終的保持一致。這是由於螢光粉在矽膠中是保持一定的顆粒度的，而且螢光粉有一定的重量，其密度較矽膠也大很多。雖然矽膠較為粘稠，螢光粉在其中仍會逐漸沉澱，而排氣泡的時間較長，間接的促進了螢光粉的沉降，所以，在點膠的時候，開始點的膠中螢光粉濃度較大，越往後，濃度則越低，由此導致了不同批次甚至是相同批次製造出的LED器件出光色度不完全相同，最後工廠必須將製造出來的LED按照顏色誤差或者色溫等參數進行分類。其次，單個晶片上點膠的厚度難以做到一致，由於點膠機每次點出的膠均近似球形，所以固化後的螢光粉塗層必然是中間厚，四周薄，最後封裝出LED的光色度從中間和四周看必然不一致，中間偏黃，四周偏藍；其三，螢光粉因為受熱而引起的發光衰減問題，由於現行LED封裝工藝都是直接將螢光粉和矽膠的混合物點到晶片上，而晶片在工作時，會散發出大量的熱，使晶片周圍的溫度迅速升高，結果螢光粉的發光效率由於受熱而不斷下降，最終直接影響到LED的壽命。考慮到未來LED功率將越來越高，其晶片面積也會隨之增大，散出的熱也會更多，以上三個問題也將越來越突出。鑑於上述原因，中國專利文獻公開的專利號為ZL200910030917. 5的「一種預製螢光粉薄膜型白光LED封裝結構及製備方法」，提出了一種利用絲網印刷預製薄膜封裝LED晶片的封裝結構及封裝方法，期望解決傳統LED晶片封裝結構存在的眾多問題。但是，經本發明人對該結構的分析，以及對其在實際運用中的效果分析，認為其雖然提出了一種運用預製薄膜的LED晶片封裝技術，但由於其設計結構上的局限性，因此依照該封裝結構和封裝方法提出的技術方案存在以下缺陷I、採用該預製螢光粉薄膜型白光LED封裝結構封裝，使用多種原材料(膠水、填充膠、高分子薄膜)封裝在一起，因每個材料的折射率、膨脹係數等特性不一致，在老化測試和使用過程中會出現層次脫離、龜裂等問題，該產品信賴性低；2、LED晶片與螢光粉層之間的距離越遠，通過多次折射，造成出光效率不同，會導致光源周圍產生黃圈；3、採用鏤空支架封裝，支架高出晶片部分若為吸光材料，會影響光源光效；支架高出晶片部分若為反光材料，則會因為多次折射導致光源光斑形狀不規則；4、由於LED用螢光粉的比重大、粒徑小，採用平面絲網印刷的工藝生產薄膜，無法控制印刷產品的均勻度，出光一致性、良率無法保證，材料損耗較大，導致封裝成本上升。

發明內容
本發明的目的旨在提出一種能有效克服上述缺陷的白光LED封裝結構及方法。
這種白光LED封裝結構，包括光學透鏡、至少一顆LED晶片、預製螢光薄膜和基板，其特徵在於所述的預製螢光薄膜與LED晶片自上而下疊置成一體置於光學透鏡內，並與光學透鏡下平面一起與基板固結成一體；同時，所述LED晶片的電極與基板之間直接由電極引線導通；其中，所述的預製螢光薄膜6，其原料為螢光粉和粘合劑，由螢光粉和粘合劑按0. I I :1的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為0. I-Imm的注塑模具內，在100-300°C環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在0. l-lmm±0. 02mm的白光LED用螢光粉預製薄膜；所述的螢光粉為一種Ce激活的釔鋁石榴石結構的螢光材料，化學組成通式為(A3-x) (Al5-2mBmCm)Fn012-n:xCe ;其中 A 為 Y、Gd、La、Tb 的一種或者幾種，B為Ti、Zr、V中的一種或幾種，C為Mn、Zn、Mg、Li中的一種或者兩種；其中0. 03 彡 X 彡 0. 1，0. 01 彡 m 彡 2，0 彡 n 彡 3x。所述的LED晶片為垂直結構的單電極晶片。所述的基板設有正電極區和負電極區；且所述基板為陶瓷基板、銅合金基板或鋁合金基板。所述的預製螢光薄膜與LED晶片之間、LED晶片與基板之間置有粘膠型充填劑或凝膠。所述的充填劑5為矽膠、環氧樹脂、銀膠中的一種、或兩種充填劑的混合體。所述的預製螢光薄膜為通過注塑方式製備的一種白光LED用螢光粉預製薄膜。這種白光LED封裝結構的封裝方法如下A、將螢光粉和粘合劑按0. I I :1的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為0. I-Imm的注塑模具內，在100-300°C環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在0. l-lmm±0. 02mm的白光LED用預製螢光薄膜；然後根據生產需要切割成與LED晶片匹配的大小規格，預留出連接電極引線的位置備用。B、將至少一顆LED晶片置於基板上，將電極引線一端與LED晶片的電極連接，另一端與基板上的極點連接，將步驟A製得的預製螢光薄膜與LED晶片用粘結填充劑粘結成一體，構成上覆預製螢光薄膜的LED晶片組合體，隨後將其在環境溫度為100-20(TC下烘乾1-5小時。C、在步驟B製得的預製螢光薄膜、LED晶片、基板的組合體上方，加蓋使用粘結填充劑製得的光學透鏡，並與基板粘接，覆蓋於預製螢光薄膜與LED晶片組合體、及電極引線上方。
所述的光學透鏡下平面以上的鏡體內設有一安置預製螢光薄膜和LED晶片組合體的空穴。這種白光LED封裝結構，其封裝方法如下A、將螢光粉和粘合劑按0. I I :1的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為0. I-Imm的注塑模具內，在100-300°C環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在0. l-lmm±0. 02mm的白光LED用預製螢光薄膜；然後根據生產需要切割成與LED晶片匹配的大小規格，預留出連接電極引線的位置備用；B、將至少一顆LED晶片置於基板上，將電極引線一端與LED晶片的電極連接，另一端與基板上的極點連接，將步驟A製得的預製螢光薄膜與LED晶片用粘結填充劑粘結成一體，構成上覆預製螢光薄膜的LED晶片組合體，隨後將其在環境溫度為100-20(TC下烘乾1-5小時；C、用成型模具、透光材料製作底部設有空穴的光學透鏡體；D、將步驟B製得的上覆預製螢光薄膜的LED晶片組合體安置在光學透鏡體鏡體下部的空穴內，並將步驟B製得的預製螢光薄膜、、LED晶片、基板的組合體上方，加蓋按步驟C製得的光學透鏡，並使之與基板粘接，覆蓋於預製螢光薄膜與LED晶片組合體、及電極引線上方。所述的螢光粉為一種LED用紅色螢光粉，其結構通式為1 2^￡1^^￥(1 )4)3;其中R為Sc、Y、La、Gd、Lu中的一種或兩種，A為Sm, Bi中的一種或兩種；M為Mo、W中的一種或兩者的混合物，其中0 y，x，y為摩爾百分數。所述的螢光粉為一種LED用綠色螢光粉，所涉及的螢光粉的化學組成通式為(A9-m-u_vBm) (Si4-nMn)016-m/2-n/2X2:uEu, vR ;其中 A 為喊土金屬中 Mg、Ca、Sr、Ba 的一種或幾種，R 為金屬 Zn、Mn、Y、Gd、Tb、Yb、Dy、Ce、Ho、Pr、Bi、Sn、Ti 中一種或者幾種，B為鹼金屬Li、Na、K中一種或者幾種，M為B、AL、Ga中的一種或者幾種，X為F、CL、Br、I中一種或者幾種；其中0. 001彡M彡1，0彡N彡1，0. 03彡U彡0. 6，0彡V彡0. 5。根據以上技術方案提出的這種白光LED封裝結構及封裝方法，應用注塑方法獲得的LED預製螢光薄膜，工藝簡單，薄膜的厚度、大小、形狀和螢光粉含量便於控制，進而保證製造出的單個LED的各種光學性能具有高度的一致性。同時，由於直接將光學透鏡蓋於覆有預製螢光薄膜、LED晶片組合體上方，摒棄支架結構既可減少LED晶片與螢光粉層之間的距離，克服因多次折射，造成 出光效率不同，會導致光源周圍產生黃圈；同時也使封裝後的整體更為緊湊，降低材料損耗，有利於降低封裝成本。


附圖為白光LED封裝結構示意圖。圖中1_光學透鏡2-電極引線3-基板4-LED晶片5-充填劑6-預製螢光薄膜7-LED晶片電極8-凹穴。
具體實施例方式如圖所示的這種白光LED封裝結構，包括光學透鏡I、至少一顆LED晶片4、預製螢光薄膜6和基板3，其特徵在於所述的預製螢光薄膜6與LED晶片4自上而下疊置成一體置於光學透鏡I內，並與光學透鏡I下平面一起與基板3固結成一體，同時所述LED晶片4的電極與基板3之間直接由電極引線2導通；其中，所述的預製螢光薄膜6，其原料為螢光粉和粘合劑，由螢光粉和粘合劑按0. I I :1的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為0. I-Imm的注塑模具內，在100-300°C環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在0. l-lmm±0. 02mm的白光LED用螢光粉預製薄膜；所述的螢光粉為一種Ce激活的釔鋁石榴石結構的螢光材料，化學組成通式為(A3-X) (A15-2mBmCm)Fn012-n:xCe ;其中A為Y、Gd、La、Tb的一種或者幾種，B為Ti、Zr、V中的一種或幾種，C為Mn、Zn、Mg、Li中的一種或者兩種；其中0. 03彡X彡0. 1，0. 01彡m彡2，0彡n彡3x。所述的LED晶片為垂直結構的單電極晶片。所述的基板3設有正電極區和負電極區；且所述基板為陶瓷基板、銅合金基板或招合金基板。所述的預製螢光薄膜6與LED晶片4之間、LED晶片4與基板3之間置有粘膠型充填劑5或凝膠。 所述的充填劑為矽膠、環氧樹脂、銀膠中的一種、或兩種的混合體。LED螢光薄膜為通過注塑方式製備的一種白光LED用螢光粉預製薄膜。在實際應用中，這種白光LED封裝結構的封裝方法有兩種。其一為A、將螢光粉和粘合劑按0. I I :1的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為0. I-Imm的注塑模具內，在100-300°C環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在0. l-lmm±0. 02mm的白光LED用預製螢光薄膜；然後根據生產需要切割成與LED晶片匹配的大小規格，預留出連接電極引線的位置備用。B、將至少一顆LED晶片4置於基板3上，將電極引線2 —端與LED晶片的電極連接，另一端與基板3上的極點連接，將步驟A製得的預製螢光薄膜6與LED晶片4用粘結填充劑5粘結成一體，構成上覆預製螢光薄膜的LED晶片組合體，隨後將其在環境溫度為100-200°C下烘乾1-5小時。C、在步驟B製得的預製螢光薄膜6、LED晶片4、基板3的組合體上方，加蓋使用粘結填充劑5注入、製得的光學透鏡1，並與基板粘接，覆蓋於預製螢光薄膜6與LED晶片4組合體、及電極引線2上方。其第二種封裝方法如下A、將螢光粉和粘合劑按0. I I :1的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為0. I-Imm的注塑模具內，在100-300°C環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在0. l-lmm±0. 02mm的白光LED用預製螢光薄膜；然後根據生產需要切割成與LED晶片匹配的大小規格，預留出連接電極引線的位置備用；B、將至少一顆LED晶片4置於基板3上，將電極引線2 —端與LED晶片的電極連接，另一端與基板3上的極點連接，將步驟A製得的預製螢光薄膜6與LED晶片4用粘結填充劑5粘結成一體，構成上覆預製螢光薄膜的LED晶片組合體，隨後將其在環境溫度為100-200°C下烘乾1-5小時；C、用成型模具、透光材料製作底部設有空穴8的光學透鏡體；D、將步驟B製得的上覆預製螢光薄膜的LED晶片組合體安置在光學透鏡體鏡體下部的空穴8內，並將步驟B製得的預製螢光薄膜、、LED晶片4、基板3的組合體上方，加蓋按步驟C製得的光學透鏡I，並使之與基板粘接，覆蓋於預製螢光薄膜6與LED晶片4組合體、及電極引線2上方。本技術方案中採用的黃色螢光粉也可為LED用紅色螢光粉替代，所用紅色螢光粉的其結構通式為R2-x-yEuxAY (MO4) 3 ;其中R為Sc、Y、La、Gd、Lu中的一種或兩種，A為Sm，Bi中的一種或兩種；MSMo、W中的一種或兩者的混合物，其中0y，x，y為摩爾百分數。本技術方案中採用的黃色螢光粉也可為LED用綠色螢光粉替代，所述的綠色螢光粉為一種LED用綠色螢光粉，所涉及的螢光粉的化學組成通式為(A9-m-u-vBm) (Si4_nMn)016-m/2-n/2X2:uEu, vR ;其中A為鹼土金屬中Mg、Ca、Sr、Ba的一種或幾種，R為金屬Zn、Mn、Y、Gd、Tb、Yb、Dy、Ce、Ho、Pr、Bi、Sn、Ti 中一種或者幾種，B 為鹼金屬 Li、Na、K 中一種或者幾種，M為B、AL、Ga中的一種或者幾種，X為F、CL、Br、I中一種或者幾種；其中0. 001^ M ^ I, 0 ^ N ^ I, 0. 03 ^ U ^ 0. 6, 0 ^ V ^ 0. 50
權利要求
1.ー種白光LED封裝結構，包括光學透鏡(I)、至少ー顆LED晶片(4)、預製螢光薄膜(6)和基板(3)，其特徵在於所述的預製螢光薄膜(6)與LED晶片(4)自上而下疊置成一體置於光學透鏡(I)內，並與光學透鏡(I)下平面一起與基板(3)固結成一體，同時所述LED晶片(4)的電極(7)與基板(3)之間直接由電極引線(2)導通；其中，所述的預製螢光薄膜(6)，其原料為螢光粉和粘合剤，由螢光粉和粘合劑按O. I I :1的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為O. I-Imm的注塑模具內，在100-300°C環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在O. l-lmm±0. 02mm的白光LED用預製螢光薄膜(6);所述的螢光粉為ー種Ce激活的釔鋁石榴石結構的螢光材料，化學組成通式為(A3-X) (A15-2mBmCm)FnO12-H:xCe ;其中A為Y、Gd、La、Tb的ー種或者幾種，B為Ti、Zr、V中的ー種或幾種，C為Mn、Zn、Mg、Li中的ー種或者兩種；其中O. 03彡x彡O. 1，O. 01彡m彡2，O彡η彡3x。
2.如權利要求I所述的白光LED封裝結構，其特徵在於所述的LED晶片(4)為垂直結構的單電極晶片。
3.如權利要求I所述的白光LED封裝結構，其特徵在於所述的基板(3)設有正電極區和負電極區；且所述基板為陶瓷基板、銅合金基板或鋁合金基板。
4.如權利要求I所述的白光LED封裝結構，其特徵在於所述的預製螢光薄膜(6)與LED晶片(4 )之間、LED晶片(4 )與基板(3 )之間置有粘膠型充填劑(5 )。
5.如權利要求4所述的白光LED封裝結構，其特徵在於所述的充填劑為矽膠、環氧樹月旨、銀膠中的ー種、或兩種的混合體。
6.如權利要求4所述的白光LED封裝結構，其特徵在於LED螢光薄膜為通過注塑方式製備的ー種白光LED用螢光粉預製薄膜。
7.如權利要求I所述的ー種白光LED封裝結構，其封裝方法如下 A、將螢光粉和粘合劑按O.I I :1的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為O.I-Imm的注塑模具內，在100-300°c環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在O. l-lmm±0. 02mm的白光LED用預製螢光薄膜；然後根據生產需要切割成與LED晶片匹配的大小規格，預留出連接電極引線的位置備用； B、將至少ー顆LED晶片(4)置於基板(3)上，將電極引線(2)—端與LED晶片的電極連接，另一端與基板(3)上的極點連接，將步驟A製得的預製螢光薄膜(6)與LED晶片(4)用粘結填充劑(5)粘結成一體，構成上覆預製螢光薄膜的LED晶片組合體，隨後將其在環境溫度為100-200°C下烘乾1-5小時； C、在步驟B製得的預製螢光薄膜(6)、LED晶片(4)、基板(3)的組合體上方，加蓋使用粘結填充劑(5)製得的光學透鏡(1)，並與基板粘接，覆蓋於預製螢光薄膜(6)與LED晶片(4)組合體、及電極引線(2)上方。
8.如權利要求I或7所述的ー種白光LED封裝結構,其特徵在於所述的光學透鏡(I)下平面以上的鏡體內設有一安置預製螢光薄膜和LED晶片組合體的空穴(8)。
9.如權利要求I或8所述的ー種白光LED封裝結構，其封裝方法如下 A、將螢光粉和粘合劑按O. I I :1的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為O.I-Imm的注塑模具內，在100-300°c環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在O. l-lmm±0. 02mm的白光LED用預製螢光薄膜；然後根據生產需要切割成與LED晶片匹配的大小規格，預留出連接電極引線的位置備用；B、將至少ー顆LED晶片(4)置於基板(3)上，將電極引線(2)—端與LED晶片的電極連接，另一端與基板(3)上的極點連接，將步驟A製得的預製螢光薄膜(6)與LED晶片(4)用粘結填充劑(5)粘結成一體，構成上覆預製螢光薄膜的LED晶片組合體，隨後將其在環境溫度為100-200°C下烘乾1-5小時； C、用成型模具、透光材料製作底部設有空穴8的光學透鏡體； D、將步驟B製得的上覆預製螢光薄膜的LED晶片組合體安置在光學透鏡體鏡體下部的空穴(8)內，並將步驟B製得的預製螢光薄膜、、LED晶片(4)、基板3的組合體上方，加蓋按步驟C製得的光學透鏡(I )，並使之與基板粘接，覆蓋於預製螢光薄膜(6)與LED晶片(4)組合體、及電極引線(2)上方。
10.如權利要求I或7、或9所述的ー種白光LED封裝結構，其特徵在於所述的螢光粉為ー種LED用紅色螢光粉，其結構通式為R2-x-yEuxAY (MO4) 3 ;其中R為Sc、Y、La、Gd、Lu中的ー種或兩種，A為Sm, Bi中的ー種或兩種；M為Mo、W中的一種或兩者的混合物，其中O y，X，y為摩爾百分數。
11.如權利要求I或7、惑所述的ー種白光LED封裝結構,其特徵在於所述的突光粉為ー種LED用綠色螢光粉，所涉及的螢光粉的化學組成通式為(A9-m-u-vBm) (Si4_nMn)016-m/2-n/2X2:uEu, vR ;其中A為鹼土金屬中Mg、Ca、Sr、Ba的ー種或幾種，R為金屬Zn、Mn、Y、Gd、Tb、Yb、Dy、Ce、Ho、Pr、Bi、Sn、Ti 中ー種或者幾種，B 為鹼金屬 Li、Na、K 中ー種或者幾種，M為B、AL、Ga中的ー種或者幾種，X為F、CL、Br、I中ー種或者幾種；其中O. 001≤ M ≤ I, O ≤ N ≤ I, O. 03 ≤ U≤ O. 6, O ≤V ≤ O. 5o
全文摘要
一種白光LED封裝結構，包括光學透鏡、LED晶片、預製螢光薄膜和基板，所述的預製螢光薄膜與LED晶片自上而下疊置成一體置於光學透鏡內，並與光學透鏡下平面一起與基板固結成一體，同時所述1ED晶片的電極與基板之間直接由電極引線導通；所述的預製螢光薄膜，其原料為螢光粉和粘合劑，由螢光粉和粘合劑按0.1～11的質量比均勻混合，採用注塑方法注入設計厚度為0.1-1mm的注塑模具內，在100-300℃環境溫度下固化90秒，脫模後即獲得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用螢光粉預製薄膜；所述的螢光粉為一種Ce激活的釔鋁石榴石結構的黃色螢光材料。
文檔編號H01L33/48GK102709448SQ20121021404
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月26日 優先權日2012年6月26日
發明者劉建龍, 吳家驊, 吳政明, 徐穎, 鄧順明, 高揚 申請人:上海祥羚光電科技發展有限公司