應用遠距式螢光粉層的led封裝結構及其製成方法
2023-09-10 20:00:05 1
專利名稱：應用遠距式螢光粉層的led封裝結構及其製成方法
技術領域：
本發明涉及LED封裝技術領域，尤其涉及一種厚度均勻的螢光粉結構製備，特別涉及一種應用遠距式螢光粉層的LED封裝結構及其製成方法。
背景技術：
LED (Light Emitting Diode),發光二極體,是一種固態的半導體器件,它可以直接把電能轉化為光能。它改變了白熾燈鎢絲髮光與節能燈三基色粉發光的原理，而採用電場發光。LED的特點非常明顯，壽命長、光效 高、低輻射與低功耗。白光LED的光譜幾乎全部集中於可見光頻段，其發光效率可超過1501m/W (2010年)。LED封裝是指發光晶片的封裝，相比集成電路封裝有較大不同。LED的封裝不僅要求能夠保護燈芯，而且還要能夠透光。所以LED的封裝對封裝材料有特殊的要求。目前常見的封裝結構是晶片外圍封裝螢光粉和矽膠，矽膠主要用於保護LED晶片及關聯電子元器件，螢光粉主要用於激發白光(一般藍光LED晶片出光通過黃色螢光粉激發得到白光)。根據散熱設計、出光效率、光色指數、可靠性的要求，封裝結構各式各樣。典型的白光LED封裝結構是在LED支架上、反光杯內固定晶片並完成電氣連接，在反光杯空腔灌封螢光粉，螢光粉塗布於晶片外圍。在螢光粉外圍灌封矽膠，晶片發出的藍光被螢光粉激發變為白光，白光或直接向支架外散射，或經過反光杯壁反射出光。傳統封裝結構中，螢光粉採用近距式。即螢光粉直接塗布於晶片外圍。這意味著光線從晶片發出即觸及螢光粉，這種出光模式有兩種缺點1、部分光線被螢光粉直接反射回晶片，這部分光擾亂了晶片發出的光。2、晶片發熱直接傳導至螢光粉層，加速螢光粉的升溫，直接損害減少螢光粉壽命，造成LED燈可靠性問題。最新的遠距式螢光粉塗布技術針對這兩個問題改變了晶片、螢光粉層的封裝設計，將晶片與螢光粉層隔離，晶片與螢光粉層之間或為其他透光材料，或為真空等。遠距式螢光粉層塗布並不罕見，各國都有相關技術專利申請，遠距式螢光粉層塗布技術並沒有絕對嚴格的技術標準，行業上對晶片和螢光粉層進行隔離封裝的技術都可以成為遠距式螢光粉層塗布。現有螢光粉塗布技術的常見缺陷第一，常見的支架LED晶片封裝是把過量的螢光膠不加控制地灌封到反光杯中，以達到發出白光的效果。這種工藝主要的缺點是耗費大量螢光粉，而且造成螢光粉在晶片周圍的分布不均，嚴重影響白光LED色溫的均勻性，致使白光LED的亮度和光斑都不能達到預期效果。另一種工藝則通過噴繪、光刻、薄膜技術等半導體工藝，採用平鋪形式，將螢光粉均勻塗覆在晶片表面。對於工廠批量生產銷售，完全保形塗抹技術需要過大的實現代價。還有一種工藝是對螢光粉的塗覆略加控制，只在晶片周圍塗覆螢光粉，但由於沒有理想的工藝，往往得到厚度不均勻、形狀不規則的螢光粉層。
發明內容
基於此，本發明的目的是提供一種LED封裝結構。
具體的技術方案如下一種LED封裝結構，包括基板、LED晶片和螢光粉層，LED晶片固定於基板上，所述螢光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，螢光粉層黏合於基板上，所述螢光粉層與基板形成閉合空腔，所述LED晶片被罩於凹形空腔內，所述凹形空腔的體積大於LED晶片的體積，所述螢光粉層與所述LED晶片之間空隙為真空。在其中一個實施例中，所述凹形空腔的形狀為圓柱形、半球形或多邊柱形。本發明還提供一種用於上述LED封裝結構的螢光粉層。具體的技術方案如下一種用於上述LED封裝的螢光粉層，該螢光粉層為具 有凹形空腔的罩狀結構，所述螢光粉層的厚度均勻。在其中一個實施例中，所述凹形空腔的形狀為圓柱形、半球形或多邊柱形。本發明還提供上述螢光粉層的製備方法。具體的技術方案如下上述用於LED封裝的螢光粉層的製備方法，包括如下步驟採用形狀相互配合的公模和母模進行製備，所述母模至少設有一個凹形空腔，所述公模設有與所述凹形空腔相配合的凸形結構，將螢光膠注入母模中的凹形空腔，將公模扣合於母模，當公模與母模扣合時，所述公模的凸形結構與所述凹形空腔的內壁之間的距離>0，固化脫模後，即得具有凹形空腔罩狀結構的螢光粉層。本發明還提供製備上述螢光粉層的模具。具體的技術方案如下—種製備上述突光粉層的模具，該模具為一對形狀相互配合的公模和母模，公模上至少有一個凸形結構，母模上至少有一個凹形空腔，公模的每個凸形結構和母模的每個凹形空腔一一對應，公模的凸形結構與母模凹形空腔的內壁之間的距離>0。本發明還提供上述LED封裝結構的製備方法。具體的技術方案如下上述LED封裝結構的製備方法，包括如下步驟(I)固晶在固晶機中使用固晶I父將LED晶片固定於基板上；(2)焊線使金絲在晶片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合；(3)製備螢光粉層採用上述螢光粉層的製備方法製備得到螢光粉層；(4)封突光膠使用娃膠將突光粉層與基板粘合,所述LED晶片被罩於所述突光粉層的凹形空腔內，再次固化；即得所述LED封裝結構。本發明設計原理如下針對現有技術缺點1、晶片上直接塗覆螢光粉造成不良激發效果，螢光粉承受熱量影響其可靠性；2、一直以來螢光粉層結構不規則、厚度不均勻、工藝精度難以控制；3、結構規則、厚度均勻、精度可控的直接塗覆技術代價過大；4、現有的單顆注膠式的螢光粉模具結構不利於批量應用在LED的封裝中。螢光粉層結構設計為實現遠距激發，得到結構規則、厚度均勻的螢光粉層，針對晶片的尺寸設計螢光粉層罩的直徑和高度螢光粉層的形狀為具有凹形空腔的罩狀結構，每一個凹形空腔中容納一個LED晶片。這種罩狀結構將晶片與螢光粉層隔離(根據晶片尺寸及工藝設計靈活性可調整距離，間隔約數百微米)，從而實現螢光粉顆粒的遠距激發。螢光粉層製成模具設計及螢光粉層製成為了以簡易的生產得到上述螢光粉層，須用一對形狀相配合的公模和母模以壓模方式製備突光粉層。母模為排列著若干個凹形空腔的模板，公模為排列著若干個與母模的凹形空腔一一對應的凸形結構的模板。該凹形空腔的規格與所要製備的螢光粉層凹形空腔的形狀規格相同。在母模中注入螢光粉膠，對應好公模位置後，壓模、固化、脫模得到螢光粉層。該螢光粉層結構可以設計成螢光粉層陣列結構，陣列中每個凹形空腔的腔壁之間互相隔離，僅從底部連接，以保證晶片切割後每一個LED單元的的獨立性。螢光粉層本身起到保護晶片及連線的作用，內部可不填充矽膠等其他保護物質。工藝流程先批量完成LED固晶焊線，再使用根據生產規模設計好的模具組製備螢光粉罩，簡易實現批量LED封裝——
具體步驟為1、矽片基板製備2、批量固晶3、焊線4、螢光粉膠調配5、壓模製備罩狀螢光粉層6、固化7、脫模8、螢光粉層與晶片對位9、粘合10、晶片切割。說明在設計圖(圖4、圖5)中看到的4*4的陣列僅為示意圖。模具陣列數與尺寸均不做出限定。實際陣列數與尺寸均以晶圓級矽基板的尺寸及基板LED晶片分布情況為準。本發明的有益效果本發明設計的LED封裝結構，其中螢光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，可將LED晶片罩於凹形空腔內，並與LED晶片之間留有空隙，實現了遠距式激發螢光粉。克服了現有技術中在晶片上直接塗覆螢光粉造成不良激發的問題，以及螢光粉承受熱量所造成的可靠性問題。該螢光粉層的製備方法，本發明創造性地設計出一對形狀相互配合的模具，採用這對模具(公模和母模)進行製備，其中母模設有至少一個凹形空腔，公模設有與該凹形空腔形狀相配合的凸形結構，使用該模具製備得到的螢光粉層結構規則，厚薄均勻。該模具的設計還適用於批量螢光粉層的製備。克服了傳統批量點膠工藝需逐個晶片進行點封螢光粉的大量重複作業。本發明對比現有均勻塗覆螢光粉的技術更簡易，實現批量生產，一次設計可重複使用的模具也更節約成本。本發明對比現有螢光粉層的遠距封裝技術，得到更均勻、精度更高、能實現各個角度激發的螢光粉層新結構。
圖1為實施例1突光粉層結構示意圖(批量生產)；圖2為實施例1突光粉層與晶圓級LED基板裝配不意圖；圖3為實施例1裝配剖面圖；圖4為實施例1母模結構示意圖；圖5為實施例1公模結構示意圖；圖6為實施例1模具裝配剖面圖；圖7為實施例2突光粉層結構示意圖(批量生產)；圖8為實施例2突光粉層與晶圓級LED基板裝配不意圖9為實施例2裝配剖面圖；圖10為實施例2母模結構示意圖；圖11為實施例2公模結構示意圖；圖12為實施例2模具裝配剖面圖。附圖標記說明10、螢光粉層；20、LED晶片；30、基板；40、公模；50、母模。
具體實施方式
以下通過具體實施例對本發明做進一步的闡述。本實施例所使用的材料如下設備材料晶圓級矽基板，固晶膠，正裝IW (尺寸ImmX lmm) LED晶片，金線，螢光粉，道康寧6650娃膠,招材原模兩塊,固晶機,高溫烤箱，制模工具機，壓模機，劃片機。實施例1參考圖1-3，本實施例一種LED封裝結構，包括基板30、LED晶片20和螢光粉層10，LED晶片20固定於基板30上，所述螢光粉層10為具有凹形空腔的罩狀結構，螢光粉層黏合於基板上，所述螢光粉層與基板形成閉合空腔，所述LED晶片被罩於凹形空腔內，所述凹形空腔的體積大於LED晶片的體積，所述螢光粉層與所述LED晶片之間空隙為真空。所述凹形空腔的形狀為圓柱形。上述螢光粉層的製備方法，包括如下步驟採用形狀相互配合的公模和母模進行製備，所述母模至少設有一個凹形空腔，所述公模設有與所述凹形空腔相配合的凸形結構，當公模與母模扣合時，所述公模的凸形結構與所述凹形空腔的內壁之間的距離>0，將螢光膠注入母模中的凹形空腔，將公模扣合於母模，固化脫模後，即得具有凹形空腔罩狀結構的突光粉層。利用制模工具機，將鋁材質原模進行加工，得到一對形狀相配合的公模(參見圖4)和母模(參見圖5)。公模整板長37mm寬34mm,有16個圓柱形凸形結構，母模整板長37mm寬34mm，有16個圓柱形凹形空腔。公模上圓柱形突起的直徑為2. 6mm，突起的高為O. 8mm，突起之間的間距為5. 06mm ;母模上圓柱形凹形空腔的下凹直徑為3mm，下凹的深度為O. 8mm,下凹之間的間距為506mm。公模突起的高度=0. 8mm螢光粉層的厚度=0. 2mm定位孔在母模的方形四角中選三個角的位置加工出3個定位孔，在公模上對應選三個角加工出三個定位柱。定位模組的引導下，公模和母模扣合壓模時(參考圖6)，各個下凹底壁與突起上壁間間隔(即螢光粉層的厚度)O. 2mm。該方法製備得到的螢光粉層結構規則，厚薄均勻。上述LED封裝結構的製備方法，包括如下步驟(I)固晶在固晶機中使用固晶I父將LED晶片固定於基板上；在固晶機中使用固晶I父將16個LED晶片批量固定於晶圓級娃基板上，晶片之間間隔5. 06mmX5. 06mm(橫向間距X縱向間距)；(2)焊線使金絲在晶片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合；
使用壓焊、熱焊或超聲焊，使金絲在晶片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合；(3)製備螢光粉層採用上述螢光粉層的製備方法製備得到螢光粉層；將螢光粉和矽膠混合，分別注入母模的每個圓柱形凹形空腔中，並真空脫泡，在壓模機中將公模和母模進行壓模使螢光膠成型；突光膠固化突光膠固化參考所使用娃膠的完全固化溫度和時間(道康寧6650封裝膠的固化時間為150度一個小時)。固化後進行脫模，得到螢光粉層陣列；(4)封突光膠使用娃膠將突光粉層與基板粘合,所述LED晶片被罩於所述突光粉層的凹形空腔內，再次固化；即得所述LED封裝結構。 將螢光粉層陣列與晶圓級矽基板上的晶片對位，使用矽膠將螢光粉層與晶片粘合，各個螢光粉罩內形成密閉空間，將晶片包圍，再次固化。將有螢光粉層的整排晶圓級矽基板置於劃片機工作平臺上，進行晶片切割，得到多個單顆的封裝好的LED單元。實施例2參考圖7-9，本實施例一種LED封裝結構，包括基板、LED晶片和螢光粉層，LED晶片固定於基板上，所述螢光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，螢光粉層黏合於基板上，所述螢光粉層與基板形成閉合空腔，所述LED晶片被罩於凹形空腔內，所述凹形空腔的體積大於LED晶片的體積，所述螢光粉層與所述LED晶片之間空隙為真空。所述凹形空腔的形狀為半球形。上述螢光粉層的製備方法，包括如下步驟採用形狀相互配合的公模和母模進行製備，所述母模至少設有一個凹形空腔，所述公模設有與所述凹形空腔相配合的凸形結構，當公模與母模扣合時，所述公模的凸形結構與所述凹形空腔的內壁之間的距離>0，將螢光膠注入母模中的凹形空腔，將公模扣合於母模，固化脫模後，即得具有凹形空腔罩狀結構的突光粉層。利用制模工具機，將鋁材質原模進行加工，得到一對形狀相配合的公模(參見圖10)和母模(參見圖11)。公模整板長37mm寬34mm,有16個半球形凸形結構,母模整板長37_寬34mm，有16個半球形凹形空腔。公模上半球形突起的直徑為2. 6mm,突起的高為O. 8mm,突起之間的間距為5. 06mm ;母模上半球形凹形空腔的下凹直徑為3mm，下凹的深度為O. 8mm,下凹之間的間距為5. 06mm。公模突起的高度=0. 8mm螢光粉層的厚度=0. 2mm定位孔在母模的方形四角中選三個角的位置加工出3個定位孔，在公模上對應選三個角加工出三個定位柱。定位模組的引導下，公模和母模扣合壓模時(參考圖12)，各個下凹底壁與突起上壁間間隔(即螢光粉層的厚度)O. 2mm。該方法製備得到的螢光粉層結構規則，厚薄均勻。上述LED封裝結構的製備方法，包括如下步驟(I)固晶在固晶機中使用固晶I父將LED晶片固定於基板上；在固晶機中使用固晶I父將16個LED晶片批量固定於晶圓級娃基板上，晶片之間間隔5. 06mmX5. 06mm(橫向間距X縱向間距)；
(2)焊線使金絲在晶片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合；使用壓焊、熱焊或超聲焊，使金絲在晶片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合；(3)製備螢光粉層採用上述螢光粉層的製備方法製備得到螢光粉層；將螢光粉和矽膠混合，分別注入母模的每個半球形凹形空腔中，並真空脫泡，在壓模機中將公模和母模進行壓模使螢光膠成型；突光膠固化突光膠固化參考所使用娃膠的完全固化溫度和時間(道康寧6650封裝膠的固化時間為150度一個小時)。固化後進行脫模，得到螢光粉層陣列；
(4)封突光膠使用娃膠將突光粉層與基板粘合,所述LED晶片被罩於所述突光粉層的凹形空腔內，再次固化；即得所述LED封裝結構。將螢光粉層陣列與晶圓級矽基板上的晶片對位，使用矽膠將螢光粉層與晶片粘合，各個螢光粉罩內形成密閉空間，將晶片包圍，再次固化。將有螢光粉層的整排晶圓級矽基板置於劃片機工作平臺上，進行晶片切割，得到多個單顆的封裝好的LED單元。以上所述實施例僅表達了本發明的具體實施方式
，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，如將本發明中的LED基板換為其他襯底、將本發明中的批量封裝應用於單顆LED封裝、利用不同的制模方法但得出的螢光粉層結構相似於本發明等這些都落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種LED封裝結構，其特徵在於，包括基板、LED晶片和螢光粉層，LED晶片固定於基板上，所述螢光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，螢光粉層黏合於基板上，所述螢光粉層與基板形成閉合空腔，所述LED晶片被罩於凹形空腔內，所述凹形空腔的體積大於LED晶片的體積，所述螢光粉層與所述LED晶片之間空隙為真空。
2.根據權利要求1所述的LED封裝結構，其特徵在於，所述凹形空腔的形狀為圓柱形、半球形或多邊柱形。
3.一種用於LED封裝的螢光粉層，其特徵在於，該螢光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，所述螢光粉層的厚度均勻。
4.根據權利要求3所述的用於LED封裝的螢光粉層，其特徵在於，所述凹形空腔的形狀為圓柱形、半球形或多邊柱形。
5.—種權利要求3-4任一項所述的用於LED封裝的突光粉層的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟採用形狀相互配合的公模和母模進行製備，所述母模至少設有一個凹形空腔，所述公模設有形狀與所述凹形空腔相配合的凸形結構，將螢光膠注入母模中的凹形空腔，將公模扣合於母模，當公模與母模扣合時，所述公模的凸形結構與所述凹形空腔的內壁之間的距離>0，固化脫模後，即得具有凹形空腔罩狀結構的螢光粉層。
6.一種用於製備權利要求3-4任一項所述的突光粉層的模具,其特徵在於,該模具為一對形狀相互配合的公模和母模，公模上至少有一個凸形結構，母模上至少有一個凹形空腔，公模的每個凸形結構和母模的每個凹形空腔一一對應，公模的凸形結構與母模凹形空腔的內壁之間的距離>0。
7.—種權利要求1-2任一項所述LED封裝結構的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟 (1)固晶在固晶機中使用固晶I父將LED晶片固定於基板上； (2)焊線使金絲在晶片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合； (3)製備螢光粉層採用權利要求5所述的螢光粉層的製備方法製備得到螢光粉層； (4)封突光膠使用娃膠將突光粉層與基板粘合,所述LED晶片被罩於所述突光粉層的凹形空腔內，再次固化；即得所述LED封裝結構。
全文摘要
本發明公開了一種應用遠距式螢光粉層的LED封裝結構及其製備方法，該封裝結構中使用一種具有凹形空腔罩狀結構的螢光粉層。本發明特別設計了一組製備螢光粉層的模具，利用該模具製備得到的螢光粉層結構規則，厚度均勻。該螢光粉層與基板結合形成閉合空腔容納基板上的晶片，空腔為真空，可實現遠距式螢光粉塗布的效果。該製備方法也可應用於批量生產螢光粉層，避免傳統批量封螢光粉層工藝中逐個晶片進行點膠的大量重複作業，提高LED封裝效率。
文檔編號H01L33/50GK103022325SQ20121056840
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者劉惠華, 盧智銓, 張 榮, 李世瑋 申請人:佛山市香港科技大學Led-Fpd工程技術研究開發中心