一種LED封裝器件的製造方法及LED封裝器件與流程
2024-03-30 16:55:05
本發明涉及一種發光器件的製造方法，尤其涉及一種LED封裝器件的製造方法及LED封裝器件。
背景技術：
LED封裝是指將LED發光晶片封裝在一定的結構裡，達到保護燈芯的效果，同時該封裝結構能夠透光。目前GaN基LED(GaN基LED指該發光晶片是GaN或主相是GaN晶體所做的)封裝主要有正裝結構、倒裝結構和垂直結構三種。
正裝結構LED，一般通過MOCVD技術在藍寶石襯底上生長GaN基LED結構層，P電極在上，N電極在下，光透過上面的P型區射出。由於P型GaN傳導性能不佳，為獲得良好的電流擴展，需要通過蒸鍍技術在P型區表面形成一層Ni-Au組成的金屬電極層。P型區引線通過該層金屬薄膜引出。為獲得好的電流擴展，Ni-Au金屬電極層就不能太薄，但金屬薄膜的存在，總會使透光性能變差。為此，器件的發光效率就會受到很大影響，通常要同時兼顧電流擴展與出光效率二個因素。
倒裝結構LED將藍寶石下方的P電極和N電極同時朝下與基板頂面貼合，通過基板頂面上的線路鍵合，光通過上方的藍寶石射出，無需設置金屬薄膜，因此發光效率提升，也可以省去焊線工序，但對固晶工藝要求較高。倒裝結構LED通過倒裝共晶焊接工藝可以實現無金線的LED封裝，因此其器件結構能夠達到CSP封裝(晶片尺寸封裝，即晶片面積與封裝面積之比接近1:1)的要求，使LED器件實現微型化封裝。
垂直結構LED採用高熱導率的襯底(Si、Ge以及Cu等襯底)取代藍寶石襯底，在很大程度上提高了散熱效率。兩個電極分別在LED外延層的兩側，通過電極，使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層，橫向流動的電流極少，可以避免正裝結構的電流擁擠問題，提高發光效率，同時也解決了P極的遮光問題，提升LED的發光面積。
在生產上經常需要只有頂面出光的LED，現有的LED封裝技術具有以下缺陷：1.光線從LED發光晶片的頂面和側面射出，而側面出光不利於二次透鏡的配光設計，特別地，對於白光LED器件，其容易產生黃圈、籃圈等不良的配光現象，影響照明及顯示質量；2.側面的螢光粉封裝膠體包覆實施工藝相對困難，難以控制螢光粉塗層均勻、一致地包覆側面。
在申請號為CN201410346105.2的中國專利文件中，公開了一種晶片級封裝LED的封裝結構，該技術方案是在封裝膠體的底部和側面通過電鍍或者噴塗有反射面，或具有弧度的反射杯。其具有以下缺陷：一是該反射面或反射杯與LED晶片間存在一定距離，反射效果一般； 二是側面的封裝膠體實施工藝相對困難，難以控制其塗層均勻；三是通過電鍍或者噴塗反射塗層，不僅工藝複雜，而且容易對晶片造成影響。
在申請號為CN201410478585.8的中國專利文件中，公開了一種晶片尺寸白光LED的封裝結構及方法，其步驟3是反射膠填充：在晶片四周採用點膠方式填充上高反射矽膠，使矽膠與晶片表面水平，然後烘烤固化，最終形成一面發光型晶片尺寸封裝結構。該技術方案雖然公開了在LED晶片四周覆蓋反射矽膠，但其採用點膠的方式覆蓋反射矽膠，有三個重大缺陷：一是其生產效率較低，二是由於矽膠膠體覆蓋在LED晶片的四周上時，會產生表面張力，膠體難以形成一個平整的平面，還會有溢出到LED晶片頂面的可能，阻礙頂面的出光，也導致覆蓋在LED晶片和反射矽膠上的封裝膠體難以均勻平整地包覆；三是點膠方式容易在LED晶片和膠體間產生微小的氣泡，影響出光質量。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種只有頂面發光、出光質量好的LED封裝器件的製造方法。
本發明所採用的技術方案是：
包括以下步驟：
S01：製作基板；
S02：將倒裝的LED晶片設置在基板上表面；
S03：在LED晶片的側面上和頂面上覆蓋一反射層；
S04：對位於LED晶片頂面上的反射層進行研磨，使LED晶片露出，且反射層的頂面形成粗糙面；
S05：在LED晶片及其周圍的反射層的頂面上覆蓋一層封裝膠體後進行固化。
本發明的LED封裝器件的製造方法，比起現有技術中直接在LED晶片四周用點膠的方法包覆反射矽膠的做法，具有以下優點：一是能夠確保LED晶片的頂面上沒有溢出或殘餘的反射層，不會影響頂面出光；二是通過研磨，使反射層的頂面具有粗糙結構，該粗糙結構有利於反射層與封裝膠體的緊密結合，避免產生氣泡，使結構更緊湊，出光質量更高。
進一步地，步驟S04中，對位於LED晶片頂面上的反射層進行研磨，使LED晶片露出後，再對LED晶片的頂面進行研磨，使LED晶片的頂面也形成粗糙面。
上述進一步的方案，使LED晶片的頂面也具有粗糙結構，該粗糙結構有利於減少LED晶片內部的光線全反射，提高出光效率，也有利於LED晶片與封裝膠體的緊密結合，避免產生氣泡，使結構更緊湊，出光質量更高。
進一步地，步驟S04中，研磨使反射層的頂面和/或LED晶片的頂面的表面粗糙度大於或等於Ra1.2。
進一步地，步驟S04中，研磨使反射層的頂面和/或LED晶片的頂面的表面粗糙度為Ra1.2至Ra32。
進一步地，步驟S03中，用注塑方法在LED晶片的側面上和頂面上覆蓋一反射層。
注塑方法比起現有技術中直接在LED晶片四周用點膠的方法包覆反射矽膠的做法，生產效率高，且不會產生氣泡，提高出光質量。
進一步地，步驟S03中，所述反射層由高反射材料PPA、EMC、LCP或SMC製成。
進一步地，步驟S04中，用砂輪對所述反射層進行研磨，完成後進行超聲波清洗處理。
進一步地，步驟S05中，利用旋塗法或刮塗法將封裝膠體覆蓋在LED晶片的頂面。
進一步地，步驟S02中，將兩片或以上LED晶片固定在基板上表面；還包括步驟S06：對基板進行切割，分離成單個的LED封裝器件。
本發明還提供一種LED封裝器件：
包括LED晶片、基板、反射層和封裝膠體，所述LED晶片為倒裝晶片，其固定設置在所述基板的頂面上；所述反射層覆蓋在所述LED晶片的側面上；所述反射層的頂面是經研磨後的粗糙面；所述封裝膠體覆蓋在所述反射層與所述LED晶片的頂面上。
本發明的LED封裝器件只有頂面出光，避免了現有技術中側面出光的不良影響；其次，無需在LED晶片的側面塗覆封裝膠體，避免塗覆不均的缺陷，出光質量高；第三，反射層頂面是經研磨後的粗糙面，增強與封裝膠體的結合強度。
進一步地，所述LED晶片的頂面是經研磨後的粗糙面。
上述進一步的方案，使LED晶片的頂面也具有粗糙結構，該粗糙結構有利於減少LED晶片內部的光線全反射，提高出光效率，也有利於LED晶片與封裝膠體的緊密結合，避免產生氣泡，使結構更緊湊，出光質量更高。
為了更好地理解和實施，下面結合附圖詳細說明本發明。
附圖說明
圖1是本發明的LED封裝器件的製造方法的流程圖；
圖2是本發明的LED封裝器件的製造方法的流程示意圖；
圖3是本發明的LED封裝器件的結構示意圖。
具體實施方式
請同時參閱圖1和2，其分別為本發明的LED封裝器件的製造方法的流程圖和流程示意 圖。本發明的LED封裝器件的製造方法，包括以下步驟：
S01：製作基板1。具體地，該基板1採用熱膨脹係數小的材料製成，如陶瓷或矽，本實施例優選陶瓷。該基板1的雙面覆蓋銅薄層，形成雙面覆銅板。基板1的頂面上的銅薄層上設有用於LED晶片的P電極和N電極鍵合的線路，基板1的底面上的銅薄層上設有用於LED封裝器件的SMT焊接的線路。另外，該基板1也可以用本領域公知的其他方法製成。
S02：將倒裝的LED晶片2設置在基板上表面。優選同時在一基板上固定兩片或以上LED晶片2，以批量生產。由於倒裝LED晶片可以實現無金線的LED封裝，達到CSP封裝的要求，使LED封裝器件微型化，因此本實施例中優選倒裝LED晶片。具體地，利用共晶固晶或錫膏固晶的方法將至少一片LED晶片2固定在基板1上。LED晶片2可選用紫外光晶片、藍光晶片、綠光晶片或紅光晶片中的一種，優選為氮化鎵基藍光晶片。
S03：在LED晶片2的側面上和頂面上覆蓋一反射層3。具體地，通過注塑方法將反射層3注塑在LED晶片2的側面和頂面上，形成一個包覆層。為了令LED晶片發出的光全部從頂部射出，反射層3的頂面的高度需高於或等於LED晶片2的頂面的高度。本實施例中，注塑後所得的反射層頂面與LED晶片的頂面在同一水平面上。該反射層3採用不透光的高反射材料製成，如PPA(聚鄰苯二醯胺樹脂)、EMC(環氧樹脂模塑料)、LCP(液晶聚合物)、SMC(SMC複合材料，即Sheet molding compound)，上述材料同時具有熱固性的特性，可以利用注塑方式製備。
S04：對位於LED晶片頂面上的反射層進行研磨，使LED晶片露出，使反射層的頂面與LED晶片的頂面位於同一平面上。具體地，對反射層3的頂面進行研磨減薄，磨去LED晶片2頂面上的反射層，直到LED晶片露出即停止研磨。研磨後，反射層3的頂面具有粗糙的結構。
由於倒裝LED晶片的頂面為藍寶石，而藍寶石可以被研磨。因此，作為進一步的方案，當把LED晶片頂面上的反射層磨去，LED晶片的頂面露出後，此時再繼續進行微量的研磨，使LED晶片頂面處的藍寶石也被研磨。研磨後，反射層3的頂面和LED晶片2的頂面均具有粗糙的結構。具體地，反射層3的頂面和/或LED晶片2的頂面的表面粗糙度大於或等於Ra1.2，優選為Ra1.2至Ra32。進一步地，該研磨工序是利用砂輪進行，優選金剛石砂輪，金剛石砂輪的顆粒度200目-300目之間，砂輪轉速範圍為1000rpm-5000rpm，進給速度範圍0.1mm/min-0.5mm/min，研磨減薄完成後利用清水進行超聲波清洗處理，並在70℃-90℃的烘箱中烘乾水平，優選溫度為80℃。
本發明的步驟S03和S04，首先在LED晶片2的側面和頂面上都注塑有反射層3，然後用研磨的方法將LED晶片2頂面上的反射層3磨去，比起現有技術中直接在LED晶片四周用點膠的方法包覆反射矽膠的做法，具有以下優點：一是注塑的生產效率高；二是能夠確保LED 晶片2的頂面上沒有溢出或殘餘的反射層3，不會影響頂面出光；三是保證LED晶片2和反射層3的頂面形成一個平整的平面，有利於後續步驟中在頂面上均勻地塗覆封裝膠體4；四是通過選擇砂輪的顆粒度，可以控制反射層3的頂面和LED晶片頂面的粗糙度，其中，LED晶片頂面的粗糙結構有利於減少光線在LED晶片內部的全反射，提高出光效率；反射層3的頂面和LED晶片頂面的粗糙度則均有利於反射層3和LED晶片2與封裝膠體4的緊密結合，避免產生氣泡，使結構更緊湊，出光質量更高。
S05：在LED晶片2的頂面覆蓋一層封裝膠體4後進行固化。具體地，利用旋塗法或刮塗法在LED晶片2和反射層3的頂面均勻覆蓋一層封裝膠體4，再將完成交替封裝的基板1放入100℃的烘箱中進行固化1小時，150℃的烘箱中固化2-3小時。封裝膠體4的製作材料為環氧樹脂或矽膠，其中混有散射顆粒、紅色螢光粉、黃色螢光粉、綠色螢光粉中的一種或幾種，本實施例中，優選為混有黃色螢光粉和散射顆粒的有機矽膠，以配合氮化鎵基藍光晶片形成白光出光。
S06：對基板1進行劃片切割，分離成單個的LED封裝器件。
通過上述LED封裝器件的製造方法，可得到下述的LED封裝器件。
請參閱圖3，其為本發明的LED封裝器件的結構示意圖。本發明的LED封裝器件包括基板1、LED晶片2、反射層3和封裝膠體4。其中，LED晶片2固定在基板1上，反射層3覆蓋在LED晶片的側面上，使LED封裝器件只有頂面出光。封裝膠體4覆蓋在LED晶片2和反射層3上。
該基板1採用熱膨脹係數小的材料製成，如陶瓷或矽，本實施例優選陶瓷。基板1的雙面覆蓋銅薄層，形成雙面覆銅板。基板1的頂面上的銅薄層上設有用於LED晶片的P電極和N電極鍵合的線路，基板1的底面上的銅薄層上設有用於LED封裝器件的SMT焊接的線路。另外，該基板1也可以用本領域公知的其他方法製成。
該LED晶片2為倒裝晶片，其固定在基板1的上表面。由於倒裝LED晶片可以實現無金線的LED封裝，達到CSP封裝的要求，使LED封裝器件微型化，因此本實施例中優選倒裝LED晶片。LED晶片2可選用紫外光晶片、藍光晶片、綠光晶片或紅光晶片中的一種，優選為氮化鎵基藍光晶片。
該反射層3覆蓋在LED晶片2的所有側面上。在其它實施方式中，反射層3也可以僅覆蓋在LED晶片2的至少一個側面上。由於該反射層3具有一定厚度，因此其會形成一頂面。為了使LED晶片發出的光僅通過頂面射出，該反射層3的頂面高度需等於或高於LED晶片2的頂面高度。本實施例中，優選反射層的頂面與LED晶片的頂面在同一水平面上，有利於封裝膠體4均勻地塗覆在反射層的頂面與LED晶片的頂面上。該反射層3採用不透光的高反射 材料製成，如PPA(聚鄰苯二醯胺樹脂)、EMC(環氧樹脂模塑料)、LCP(液晶聚合物)、SMC(SMC複合材料，即Sheet molding compound)，上述材料同時具有熱固性的特性，可以利用注塑方式製備。
該反射層3的頂面是經研磨後的粗糙面，進一步地，LED晶片的頂面也是經研磨後的粗糙面。具體地，反射層3的頂面和/或LED晶片2的頂面的表面粗糙度大於或等於Ra1.2，優選為Ra1.2至Ra32。該粗糙面結構具有兩點優勢，一是LED晶片的頂面具有粗糙面有利於減少光線在LED晶片內部的全反射，使光線從LED晶片的頂面發射出去，提高出光效率；二是粗糙的結構有利於提高反射層3以及LED晶片2與封裝膠體4的結合強度。
該封裝膠體4覆蓋在LED晶片2和反射層3上。封裝膠體4的製作材料為環氧樹脂或矽膠，其中混有散射顆粒、紅色螢光粉、黃色螢光粉、綠色螢光粉中的一種或幾種，本實施例中，優選為混有黃色螢光粉和散射顆粒的有機矽膠，以配合氮化鎵基藍光晶片形成白光出光。
進一步地，LED晶片2的晶片面積和封裝後的封裝面積(即封裝膠體4的面積)之比大於80％，以符合CSP封裝的要求。
本發明的LED封裝器件的製造方法及LED封裝器件，通過在LED晶片的側麵包覆有反射層，減少LED晶片側面發光對出光質量的影響，例如採用藍光晶片和黃色螢光粉製備白光LED器件時，減少其側面發出的藍光對白光出光質量的影響，實現均勻的出光，同時有利於二次透鏡的設計；其次，本發明的製造方法可以實現封裝膠體的精確控制，使其均勻、一致地塗覆在LED晶片頂面上，而無需塗覆在側面上，大大增加器件顏色的一致性，提高入檔率；再次，本方法簡單，封裝膠體利用率高，有效降低製造成本；此外，本發明提供的LED封裝器件結構不僅適用於小功率器件，也適合大功率器件的封裝，應用範圍廣泛，可適用在閃光燈、背光源等場合。
最後，相對於採用點膠方式製備反射矽膠的現有技術，本發明的方法生產效率高，結構緊湊，出光質量好。經研磨後的LED晶片頂面和反射層頂面具有粗糙結構，其中，LED晶片頂面的粗糙結構有利於減少光線在LED晶片內部的全反射，提高出光效率；反射層的頂面和LED晶片頂面的粗糙度則均有利於反射層和LED晶片與封裝膠體的緊密結合。
本發明並不局限於上述實施方式，如果對本發明的各種改動或變形不脫離本發明的精神和範圍，倘若這些改動和變形屬於本發明的權利要求和等同技術範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變形。