一種led螢光粉的塗敷方法

2023-05-07 11:37:11 2

專利名稱：一種led螢光粉的塗敷方法
技術領域：
本發明屬於LED封裝技術領域，涉及一種白光LED的封裝方法，尤其涉及一種功率 型白光LED螢光粉的塗敷方法。
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 接把電轉化為光。白光LED是指把三基色LED通過一定光強比例混合成白光，或通過螢光 粉技術把單色LED轉化成白光LED,最近還有通過不同的發光有源層得到直接發白光的LED 晶片。目前，市場上常用的白光LED製備方法是由LED發出的藍光或紫光激發螢光粉混合 而得到白光。通常螢光粉是通過混合環氧樹脂或矽樹脂，然後塗敷在晶片的表面，直至螢光 粉達到晶片所在的反光碗杯一定的高度。這種螢光粉塗敷的方法容易導致螢光粉的塗敷量 不準，易發生螢光粉的沉澱，杯內螢光粉分布不均。從而容易導致LED發光顏色的差異，出 現黃圈，藍圈等，同時批量化的生產導致分BIN數量的增加。過多或過少的螢光粉都會導致 光效的急劇下降。碗杯內的厚度大的螢光粉膠體，增加了光線的散射機率，增加了光能的損 失。另外一方面，由於螢光粉和晶片的緊密結合，導致螢光粉受熱嚴重，大大降低了其使用 壽命。 解決上述問題的方法之一是在晶片區域局部塗敷薄層螢光粉。最早發明這種白 光LED塗敷工藝的是美國的Lumileds公司，目前應用於主要的白光LED產品中。其特點 是在倒裝焊的LED晶片上電泳鍍膜技術，旋塗，噴塗，絲網印刷或螢光粉膠餅模壓技術將 螢光粉塗敷在晶片周圍(CN200680040343. 4,20068000817. 3)。德國0sram公司則使用光 刻的方法，在晶片製作過程中即將螢光粉塗敷在晶片非焊點區域以及晶片四周。而Cree 公司利用則利用印刷電路板上製備不同的電極結構，利用膠體與電路板材料和金屬的表 面親和能的不同，從而使得膠體固定於金屬區域，便於形成"圍壩"，進行螢光粉的塗敷 (CN200580051748. 3)。 Lumileds公司的技術基本上基於倒裝焊晶片的技術，鑑於大功率晶片目前主要為 正裝或垂直結構，其應用範圍有限。而Osram的技術主要是晶片技術，在封裝環節實現非常 困難，而且Osram採用的獨有的TAG螢光粉，不同於一般的YAG螢光粉，因此也很難實施。 Cree的技術針對垂直結構的晶片的"圍壩"技術比較適合目前市場上的大功率LED晶片的 封裝，但是其非常專一的印刷電路板或管座設計，金屬成分及結構的設計，以及圍壩膠體的 選擇等對於普通的LED封裝企業比較困難。本發明是採用簡單的點膠工藝實現局部塗敷熒 光粉的方法。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種LED螢光粉的塗敷方法，實現螢光粉在 LED晶片區域的局部塗敷，消除螢光粉引起的功率型白光LED光色不均勻及可靠性低等問 題。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案 —種LED螢光粉的塗敷方法，LED晶片在支架上固晶、焊線之後，用帶有機器臂的 精密自動點膠設備在晶片周圍畫好膠體圍壩；通過熱固化或紫外固化形成成型的膠體圍 壩；在圍壩中點上適量的螢光粉膠水；再次固化以得到螢光粉在晶片局部塗敷的LED。
作為本發明的一種優選方案，該方法包括如下步驟 步驟A、利用自動點膠機畫線功能，設計好圍壩的形狀、線寬、膠量參數；在晶片周 圍形成Si樹脂或環氧樹脂圍壩； 步驟B、製作混合膠體，混合膠水及填充物得到低流動性、高透明性的圍壩，同時與 Ag反射層不浸潤； 步驟C、用自動點膠機進行圍壩畫線操作；
步驟D、對所述圍壩進行熱固化或紫外固化； 步驟E、按照色溫要求決定螢光粉和混合膠體的比例，同時確認點膠的膠量，在自 動點膠機軟體中進行編程操作； 步驟F、用自動點膠機在圍壩內對晶片進行螢光粉膠體的塗敷；
步驟G、進行螢光粉膠體的熱固化，點螢光粉工序完成。 作為本發明的一種優選方案，所述步驟A中，在晶片周圍形成150-300微米寬、 30-200微米高的Si樹脂或環氧樹脂圍壩；圍壩的寬度為高度的1-5倍；圍壩與晶片的間距 根據螢光粉膠體的厚度確定。優選地，所述步驟A中，圍壩的寬度為高度的2倍。
作為本發明的一種優選方案，所述步驟B中，膠水為環氧樹脂或Si樹脂，填充物為 Si02納米材料。 作為本發明的一種優選方案，所述膠體圍壩用到的膠水為可見光透明膠水，所述
膠體圍壩與反射碗杯的Ag反射層不浸潤；用納米Si02材料降低其流動性。 作為本發明的一種優選方案，在功率型LED支架的熱沉上鍍有Ag反射鏡，功率型
LED晶片通過Ag膠或金屬共晶焊接固定在熱沉的Ag表面；膠體圍壩是一個矩形環狀的膠
體，其內邊距晶片外邊為30-100微米，確保晶片四周的膠量與頂部的膠量相等。 作為本發明的一種優選方案，該方法包括如下步驟 步驟A'、利用自動點膠機畫線功能，設計好圍壩的形狀、線寬、膠量參數；在晶片 周圍形成Si樹脂或環氧樹脂圍壩； 步驟B'、製作混合膠體，混合膠水及填充物得到低流動性、高透明性的圍壩，同時 與Ag反射層不浸潤； 步驟C'、用自動點膠機進行圍壩畫線操作；
步驟D'、對所述圍壩進行熱固化或紫外固化；
步驟E'、在內層圍壩內進行保護層的點膠
步驟F'、對保護層膠水進行熱固化；
步驟G'、按照色溫要求決定螢光粉和混合膠體的比例，同時確認點膠的月乂
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動點膠機軟體中進行編程操作； 步驟H'、用自動點膠機在圍壩內對晶片進行螢光粉膠體的塗敷；
步驟I'、進行螢光粉膠體的熱固化，點螢光粉工序完成。 作為本發明的一種優選方案，步驟E'中，點膠用的膠水為Si樹脂，膠厚度在10-50微米的範圍內。 作為本發明的一種優選方案，對多晶片同時進行圍壩封裝，相鄰晶片的圍壩共用。
本發明的有益效果在於 (1)利用自動點膠機的"畫線"功能，可以對各種尺寸的晶片進行"圍壩"，只要通過設備廠家的軟體進行簡單的編程即可。不需要製作點膠的遮蔽模板，也不需要複雜的支架的設計。 (2)利用膠水與金屬層的不浸潤特點以及在膠體內加入阻滯流動的納米材料來限制膠體的流動，保證"圍壩"的一定的高度/寬度比及規則的形狀。 (3)"圍壩"膠體及填充物透明性高，降低了光的損失，同時"圍壩"與晶片的距離與頂部膠體厚度匹配，保證了光色的均勻性。 (4)本塗敷方法適用性廣，可以適合於幾乎所有的類型晶片，正裝，倒裝，垂直結構等，也適合於不同尺寸的晶片的螢光粉塗敷，同時圍壩的材料可以是多種透明膠體材料，最重要的是不需要新的設備，與現有封裝工藝匹配。 (5)增加白光LED的光色的均勻性。"圍壩"的方式精確地控制了膠體在晶片周圍的厚度，從而控制了各個方向上的白光混光的效果，沒有黃圈和籃圈等不均勻現象。
(6)圍壩的效果自動點膠機的精確的點膠能力，保證了每一批次的LED光色能夠集中在少數的分類區間中，從而白光LED降低封裝的成本。 (7)發光效率的增加。因為螢光粉膠層很薄，降低了其在膠體中的散射，因此也就減少了光的損失。由於使用了高透光性的圍壩膠體和填充物，其光強不會衰減。


圖la為LED晶片局部塗敷螢光粉的截面圖。 圖lb為LED晶片局部塗敷螢光粉的平面圖。 圖2為LED螢光粉的局部塗敷方法流程圖。 圖3a為加螢光粉保護層的LED晶片局部塗敷的截面圖。 圖3b為加螢光粉保護層的LED晶片局部塗敷平面圖。 圖4a為多晶片LED局部塗敷螢光粉的截面圖。 圖4b為多晶片LED局部塗敷螢光粉的平面圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
實施例一 本發明提供一種在LED晶片局部塗敷螢光粉的技術。LED晶片在功率型支架上固晶、焊線之後，用帶有機器臂的精密自動點膠設備在晶片周圍畫好膠體"圍壩"，所用膠水為可見光透明膠水，與反射碗杯的Ag反射層不浸潤，同時用納米Si02材料降低其流動性。通過熱固化或紫外固化形成成型的膠體"圍壩"。然後在圍壩中點上適量的螢光粉膠水。再次固化以得到螢光粉在晶片局部塗敷的LED。 圖la為LED晶片局部塗敷螢光粉截面結構圖，在功率型LED支架的熱沉1上鍍有Ag反射鏡2，熱沉的基材一般為Cu。功率型LED晶片3通過Ag膠或金屬共晶焊接固定在熱
6沉的Ag表面。在晶片的周圍膠體"圍壩"4是由加進阻滯流動的填充物，如納米Si02等，並 與金屬Ag不浸潤的膠體通過自動點膠機的"劃線"功能得到。"圍壩"的高度在50-200微 米之間，寬度在150-300微米之間。"圍壩"4的膠體為環氧樹脂或Si樹脂。在"圍壩"內是混有螢光粉5的膠體6，熒 光粉為市售的YAG螢光粉或其他材料的白光LED用螢光粉。膠體為Si樹脂。晶片3上熒 光粉膠水6的厚度為30微米到200微米，主要根據螢光粉與膠水的比例確定，同時螢光粉 5的最大顆粒尺寸小於10微米，以便於自動點膠機對較量的控制。 圖lb為晶片局部塗敷螢光粉的平面結構， 一般的熱沉1的直徑在2. 5-3. 5mm之 間，晶片3的邊長尺寸在1mm左右(對角線1.4mm)，若晶片尺寸或功率有所變化，熱沉的尺 寸須做相應的變化。本實施例中，"圍壩"4是一個矩形環狀的膠體，其內邊距晶片3外邊為 30-100微米，以確保晶片四周的膠量6與頂部的膠量相等。 以上結構是針對lmm LED晶片的典型值，對任意尺寸的晶片，其圍壩尺寸和螢光粉 膠量可以做相應的變動。 請參閱圖2，本發明方法的具體步驟如下 步驟一、利用自動點膠機"畫線"功能，設計好圖l所示的圍壩的形狀，線寬，膠量 等參數。在晶片周圍形成150-300微米寬、30-200微米高的Si樹脂或環氧樹脂"圍壩"。"圍 壩"的寬度為高度的l-5倍，優選地，圍壩的寬度為高度的2倍。"圍壩"與晶片的間距由熒 光粉膠體的厚度決定。 步驟二、準備好"圍壩"的膠水(如環氧樹脂或Si樹脂)和填充物(如Si02納米 材料)，混合得到所要求的"圍壩"低流動性，高透明性，同時與Ag層不浸潤。
步驟三、用自動點膠機進行"圍壩""畫線"操作。
步驟四、對所述圍壩進行熱固化或紫外固化； 步驟五、按照不同的色溫要求決定螢光粉和混合膠體的比例，同時確認點膠的膠 量，在自動點膠機軟體中進行編程操作。 步驟六、用自動點膠機在圍壩內對晶片進行螢光粉膠體的塗敷。
步驟七、進行螢光粉膠體的熱固化，點螢光粉工序完成。
本實施例中，LED螢光粉的塗敷方法的主要優點如下 (1)利用自動點膠機的"畫線"功能，可以對各種尺寸的晶片進行"圍壩"，只要通 過設備廠家的軟體進行簡單的編程即可。不需要製作點膠的遮蔽模板，也不需要複雜的支 架的設計。 (2)利用膠水與金屬層的不浸潤特點以及在膠體內加入阻滯流動的納米材料來限 制膠體的流動，保證"圍壩"的一定的高度/寬度比及規則的形狀。 (3)"圍壩"膠體及填充物透明性高，降低了光的損失，同時"圍壩"與晶片的距離 與頂部膠體厚度匹配，保證了光色的均勻性。 (4)本塗敷方法適用性廣，可以適合於幾乎所有的類型晶片，正裝，倒裝，垂直結構 等，也適合於不同尺寸的晶片的螢光粉塗敷，同時圍壩的材料可以是多種透明膠體材料，最 重要的是不需要新的設備，與現有封裝工藝匹配。 (5)增加白光LED的光色的均勻性。"圍壩"的方式精確地控制了膠體在晶片周圍 的厚度，從而控制了各個方向上的白光混光的效果，沒有黃圈和籃圈等不均勻現象。
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(6)圍壩的效果自動點膠機的精確的點膠能力，保證了每一批次的LED光色能夠集中在少數的分類區間中，從而白光LED降低封裝的成本。 (7)發光效率的增加。因為螢光粉膠層很薄，降低了其在膠體中的散射，因此也就減少了光的損失。由於使用了高透光性的圍壩膠體和填充物，其光強不會衰減。
實施例二 實施例一說明了本發明典型的實現方法。但是在某些特殊情況下，對塗敷的螢光粉的可靠性提出較高的要求。因此給出第二實施例。如圖3a，3b所示，其區別於實施例一之處即在晶片3和螢光粉膠層5，6之間增加了一層Si樹脂6'，為了保證保護層Si樹脂6'的厚度的均勻性，我們另外加了一道圍壩4'。 本實施例中，LED螢光粉的塗敷方法的具體製備步驟如下 (1)利用自動點膠機"畫線"功能，設計好圖3所示的圍壩的形狀，線寬，膠量等參數。在晶片周圍形成2道圍壩，靠近晶片的圍壩高度和寬度小於外層的"圍壩"。內層"圍壩"的高度在30-50微米為宜，外層圍壩的高度和寬度高於內層圍壩，上限同實施例一。
(2)準備好"圍壩"的膠水(如環氧樹脂或Si樹脂)和填充物(如Si02納米材料)，混合得到所要求的"圍壩"低流動性，高透明性，同時與Ag層不浸潤。
(3)用自動點膠機進行"圍壩""畫線"操作。
(4)對所述圍壩進行熱固化或紫外固化； (5)在內層圍壩內進行保護層6'的點膠，其膠水為Si樹脂。膠厚度在10-50微米範圍內。
(6)對保護層膠水進行熱固化。 (7)按照不同的色溫要求決定螢光粉和混合膠體的比例，同時確認點膠的膠量，在自動點膠機軟體中進行編程操作。
(8)用自動點膠機在圍壩內對晶片進行螢光粉膠體的塗敷。
(9)進行螢光粉膠體的熱固化，點螢光粉工序完成。 本實施例特點是實現了雙層"圍壩"技術，其不僅具備實施例1的所有優點外，因為隔離了螢光粉層和晶片的接觸，大大地降低了螢光粉受熱而引起的老化。從而大大地改善了LED可靠性。
實施例三 隨著LED晶片製造和封裝水平的提高，多晶片集成成了封裝應用的一個重要方
向。因此我們給出基於多晶片局部點螢光粉膠的第三實施例。如圖4a、4b所示，其區別於
實施例一之處即實現了多晶片的"圍壩"。具體製備步驟可參考實施例一。 對於多晶片的封裝，由於晶片之間激發光和螢光的相互的混合，普通的點膠方式
所測量到的黃圈並不明顯，這對普通的照明是符合要求的。但是對液晶顯示對背光源厚度
要求比較苛刻時，其局部的顏色差異還是會影響顯示的質量。因此可以通過多晶片圍壩封
裝的形式解決這個問題，對於多晶片的圍壩，由於相鄰的晶片圍壩可以共用，所以其"畫線"
的數量還是經濟的，對成本的壓力並不大。因此本實施例的優點是 可以改進多晶片封裝的光色的均勻性，以適宜特殊的應用。 相比於單晶片的圍壩，其工作效率更高，材料也更節省。 這裡本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例
8中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特徵的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本發明範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其它變形和改變。
權利要求
一種LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於LED晶片在支架上固晶、焊線之後，用帶有機器臂的精密自動點膠設備在晶片周圍畫好膠體圍壩；通過熱固化或紫外固化形成成型的膠體圍壩；在圍壩中點上適量的螢光粉膠水；再次固化以得到螢光粉在晶片局部塗敷的LED。
2. 根據權利要求1所述的LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於該方法包括如下步驟步驟A、利用自動點膠機畫線功能，設計好圍壩的形狀、線寬、膠量參數；在晶片周圍形成Si樹脂或環氧樹脂圍壩；步驟B、製作混合膠體，混合膠水及填充物得到低流動性、高透明性的圍壩，同時與Ag反射層不浸潤；步驟C、用自動點膠機進行圍壩畫線操作；步驟D、對所述圍壩進行熱固化或紫外固化；步驟E、按照色溫要求決定螢光粉和混合膠體的比例，同時確認點膠的膠量，在自動點膠機軟體中進行編程操作；步驟F、用自動點膠機在圍壩內對晶片進行螢光粉膠體的塗敷；步驟G、進行螢光粉膠體的熱固化，點螢光粉工序完成。
3. 根據權利要求2所述的LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於所述步驟A中，在晶片周圍形成150-300微米寬、30-200微米高的Si樹脂或環氧樹脂圍壩；圍壩的寬度為高度的1-5倍；圍壩與晶片的間距根據螢光粉膠體的厚度確定。
4. 根據權利要求3所述的LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於所述步驟A中，圍壩的寬度為高度的2倍。
5. 根據權利要求2所述的LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於所述步驟B中，膠水為環氧樹脂或Si樹脂，填充物為Si02納米材料。
6. 根據權利要求1所述的LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於所述膠體圍壩用到的膠水為可見光透明膠水，所述膠體圍壩與反射碗杯的Ag反射層不浸潤；用納米Si02材料降低其流動性。
7. 根據權利要求1所述的LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於在功率型LED支架的熱沉上鍍有Ag反射鏡，功率型LED晶片通過Ag膠或金屬共晶焊接固定在熱沉的Ag表面；膠體圍壩是一個矩形環狀的膠體，其內邊距晶片外邊為30-100微米，確保晶片四周的膠量與頂部的膠量相等。
8. 根據權利要求1所述的LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於該方法包括如下步驟步驟A'、利用自動點膠機畫線功能，設計好圍壩的形狀、線寬、膠量參數；在晶片周圍形成Si樹脂或環氧樹脂圍壩；步驟B'、製作混合膠體，混合膠水及填充物得到低流動性、高透明性的圍壩，同時與Ag反射層不浸潤；步驟C'、用自動點膠機進行圍壩畫線操作；步驟D'、對所述圍壩進行熱固化或紫外固化； 步驟E'、在內層圍壩內進行保護層的點膠； 步驟F'、對保護層膠水進行熱固化；步驟G'、按照色溫要求決定螢光粉和混合膠體的比例，同時確認點膠的膠量，在自動點 膠機軟體中進行編程操作；步驟H'、用自動點膠機在圍壩內對晶片進行螢光粉膠體的塗敷； 步驟I'、進行螢光粉膠體的熱固化，點螢光粉工序完成。
9. 根據權利要求8所述的LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於 步驟E'中，點膠用的膠水為Si樹脂，膠厚度在10-50微米的範圍內。
10. 根據權利要求1所述的LED螢光粉的塗敷方法，其特徵在於 對多晶片同時進行圍壩封裝，相鄰晶片的圍壩共用。
全文摘要
本發明揭示一種LED螢光粉的塗敷方法，LED晶片在支架上固晶、焊線之後，用帶有機器臂的精密自動點膠設備在晶片周圍畫好膠體圍壩；通過熱固化或紫外固化形成成型的膠體圍壩；在圍壩中點上適量的螢光粉膠水；再次固化以得到螢光粉在晶片局部塗敷的LED。本發明增加白光LED的光色的均勻性；圍壩的方式精確地控制了膠體在晶片周圍的厚度，從而控制了各個方向上的白光混光的效果，沒有黃圈和藍圈等不均勻現象。
文檔編號H01L33/48GK101789483SQ20101906302
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者宋金德, 張國義, 張茂勝, 董維勝, 陳志忠 申請人:江蘇伯樂達光電科技有限公司