專利名稱：利用表面改性實現無透鏡封裝的led封裝器件及其方法
技術領域：
本發明涉及LED封裝器件及其封裝方法，尤其涉及通過對封裝基體進行表面改性來控制熒光粉層和硅膠層幾何形狀、從而實現無透鏡封裝的封裝器件及其方法。
背景技術：
LED (Light Emitting Diode)是一種基于P_N結電致發光原理制成的半導體發光器件，具有電光轉換效率高、使用壽命長、環保節能、體積小等優點，被譽為21世紀綠色照明光源，如能應用于傳統照明領域將得到十分顯著的節能效果，這在全球能源日趨緊張的當今意義重大。隨著以氮化物為代表的第三代半導體材料技術的突破，基于大功率高亮度發光二極管(LED)的半導體照明產業在全球迅速興起，正成為半導體光電子產業新的經濟增長點，并在傳統照明領域引發了一場革命。LED由于其獨特的優越性，已經開始在許多領域得到廣泛應用，被業界認為是未來照明技術的主要發展方向，具有巨大的市場潛力。LED封裝作為LED產業的中游環節，對實現LED照明的快速推廣具有重要意義。提高LED的發光效率、發光質量，可靠性，與此同時降低LED的成本，是LED封裝的主要目的。目前在高亮度白光LED領域，制備LED封裝模塊常用的封裝方法是在芯片表面點涂熒光粉膠后，通過灌膠的方式在芯片和外封透鏡或模具之間的空隙中沖入硅膠。在這種方法中，透鏡或模具需提前制備，且透鏡也需模具制造，不可避免地在生產成本中加入模具費用。此外，模具為方便脫模所加入的脫模劑或其它化學制劑會在硅膠中引入雜質，這些雜質在灌封和使用過程中會引入如濕氣等加速器件失效的因素。因而在LED封裝中找尋一種操作簡單，成本低廉的無透鏡封裝方法意義重大。
發明內容
本發明的目的在于通過在LED封裝基體表面增加表面改性層，使熒光粉膠、硅膠與封裝基體表面的潤濕角改變，從而提供一種無透鏡化的白光LED封裝方法及封裝器件。按照本發明的一個方面，本發明的LED封裝器件包括封裝基體，設置在封裝基體上的LED芯片，設置在封裝基體上以LED芯片為中心形成環形包圍區域的表面改性層，以及分別點涂在所述環形包圍區域內、用于對LED芯片進行包裹封裝的熒光粉膠層和硅膠層，所述表面改性層用于改變熒光粉膠層和硅膠層與封裝基體表面之間的潤濕角。作為進一步優選地，所述表面改性層所構成的形狀例如為方形、圓形、規則或不規則的多邊形。其可以是封閉或不封閉的，或由不同的不封閉層連接形成封閉層。作為進一步優選地，所述表面改性層位于同一平面或不同平面上。作為進一步優選地，所述表面改性層的材料是表面能與封裝基體表面能不同的金屬材料、納米材料或親硅膠或疏硅膠材料，例如氟硅高分子材料、石墨片、納米二氧化鈦等。作為進一步優選地，設置在封裝基體上的LED芯片的數量為1個或2個以上，其中多個芯片的情況下芯片的分布可以是陣列式或其他規則分布形式。作為進一步優選地，位于封裝器件最外層的所述熒光粉膠層或硅膠層形成為透鏡形狀。作為進一步優選地，所述封裝基體為平板型結構或反光杯型結構。作為進一步優選地，所述硅膠層為多層，其中一層或多層位于所述熒光粉膠層內， 其它層均位于熒光粉膠層外。按照本發明的另一方面，本發明的LED封裝器件包括封裝基體，設置在封裝基體上的2個以上的LED芯片，設置在封裝基體上以各個LED芯片為中心分別形成環形包圍區域的表面改性層，點涂在最內側所述環形包圍區域內、用于對各個LED芯片進行包裹封裝的熒光粉膠層，以及點涂在外側所述環形包圍區域內、用于對相鄰LED芯片及相應熒光粉膠層一起進行包裹封裝的硅膠層，所述表面改性層用于改變熒光粉膠層和硅膠層與封裝基體表面之間的潤濕角。按照本發明的又一方面，本發明提供了一種用于對LED芯片進行無透鏡封裝的方法，該方法包括以下步驟在封裝基體的表面上設置環形分布的表面改性層，該表面改性層用于改變熒光粉膠和硅膠這些封裝材料與封裝基體表面之間的潤濕角；在封裝基體的表面上所述環形的中心位置貼裝LED芯片；在封裝基體的表面上由所述表面改性層以LED芯片為中心形成的不同環形包圍區域內，通過點膠設備分別將熒光粉膠和硅膠點涂在封裝基體上，形成用于包裹封裝LED 芯片的熒光粉膠層和硅膠層；控制溫度，使得整個封裝器件完全固化以完成封裝。作為進一步優選地，所述表面改性層之間的距離由所需的熒光粉膠或硅膠的厚度來確定；作為進一步優選地，所述表面改性層通過噴涂、鍵合、印刷或其它適當方法設置在封裝基體上；作為進一步優選地，貼裝在封裝基體上的LED芯片的數量被設置為1個或2個以上，其中多個芯片的情況下芯片的分布可以是陣列式或其他規則分布形式。作為進一步優選地，通過控制點膠的速度和膠量，所述熒光粉膠層和硅膠層在達到穩定狀態時具備符合設計要求的表面形狀，例如被形成為透鏡形狀。作為進一步優選地，在通過點膠設備將熒光粉膠和硅膠點涂在封裝基體上后，可以對所述熒光粉膠層或硅膠層迅速加溫并維持一段時間，以使其表面固化。通過本發明提供的LED封裝器件及其方法，由于表面改性層的改性作用，使封裝器體最外層為熒光粉膠層或硅膠層，而且其表面形狀具備設計要求。本發明提供的LED封裝器件利用表面改性層的改性作用，實現無透鏡封裝。
下面結合附圖來進一步具體描述按照本發明的多個實施例。圖1為按照本發明的第一實施例的示意圖，其中圖1(a)是將熒光粉膠層設置在內而硅膠層設置在外的情形，圖1(b)是將熒光粉膠層設置在外而硅膠層設置在內的情形；圖2為按照本發明的第二實施例的示意圖；圖3為按照本發明的第三實施例的示意圖；圖4為按照本發明的第四實施例的示意圖；圖5為按照本發明的第五實施例的示意圖；圖6為按照本發明的第六實施例的示意圖；圖中符號說明1平板型封裝基體2LED芯片3熒光粉膠層4硅膠層5表面改性層(疏硅膠)6表面改性層(親硅膠)7反光杯型封裝基體
具體實施例方式實施例一下面結合附圖來進一步具體說明本發明的實施例。圖1為按照本發明的第一實施例的示意圖，其中圖1(a)是將熒光粉膠層設置在內而硅膠層設置在外的情形，圖1(b)是將熒光粉膠層設置在外而硅膠層設置在內的情形。參見圖1，LED器件的結構由封裝基體1， LED芯片2，熒光粉膠層3，硅膠層4，表面改性層5組成。LED芯片貼裝在封裝基體1中。封裝基體1是平板型結構或反光杯型結構或其他結構，本實施例中為平板型結構。封裝基體 1上有一個或多個表面改性層5，本實施例中包含2個表面改性層。表面改性層形成為環繞包圍LED芯片的環形，環的形狀可以是方形或圓形、或者規則或不規則的多邊形或其他形狀，環可以是封閉的或不封閉或由不同的不封閉層連接形成的封閉層。各個表面改性層可以位于同一個平面上或在不同平面上，本實施例中，各改性層位于同一平面上。每個改性層的寬度是相同的或不相同，本實施例中各層寬度相同。表面改性層5的材料是表面能與原封裝基體表面能不同的金屬材料、納米材料或親硅膠或疏硅膠材料，如氟硅高分子材料、 石墨片、納米二氧化鈦等材料。這些材料可以通過噴涂、鍵合、印刷或其它方法連接在封裝基體1上。封裝基體1的材料可以是金屬、陶瓷、單晶硅或其它材料。本實施例中，LED芯片2可以首先被熒光粉膠層3包裹，再被硅膠層4包裹；也可以首先被硅膠層4包裹，再被熒光粉膠層3包覆。位于最外層的硅膠層4或熒光粉膠層3 為透鏡形狀。本實施例中的LED芯片2為水平電極正裝芯片或垂直電極正裝芯片或倒裝芯片。平面電極正裝芯片或垂直芯片的底部采用高導熱焊料或共晶焊或激光焊接的方式貼裝在封裝基體上，倒裝芯片采用焊球倒裝在封裝基體上。所述的LED芯片包括藍光發光芯片和紫外發光芯片，所述的熒光粉依據芯片類型采用不同類型的熒光粉。具體的封裝方法可包含以下步驟在封裝基體的表面上設置環形分布的表面改性層，該表面改性層用于改變熒光粉膠和硅膠這些封裝材料與封裝基體表面之間的潤濕角；環的形狀例如方形、圓形、規則或不規則的多邊形。環是封閉或不封閉結構；各個改性層之間的距離由所需的熒光粉膠或硅膠的厚度決定；將LED芯片貼裝在封裝基體的表面上，并依據芯片類型采取合適的電互連；
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在封裝基體的表面上由所述表面改性層包圍的不同環形區域內，通過點膠設備分別將熒光粉膠和硅膠均勻點涂在封裝基體上，形成用于包裹封裝LED芯片的熒光粉膠層和硅膠層；其中可以通過控制點膠的速度和膠量，使得熒光粉膠或硅膠在達到穩定狀態時具備符合設計要求的表面形狀，在本實施例中被形成為透鏡形狀；
控制溫度，使得整個封裝器件完全固化以完成封裝。封裝方法基于熒光粉膠和硅膠的物理化學性質，通過在LED封裝基體1的上表面增加表面改性層5，使熒光粉膠層3、硅膠層4與封裝基體1上表面的潤濕角改變。貼裝芯片后，逐步點涂熒光粉膠和硅膠分別來形成熒光粉膠層和硅膠層，熒光粉膠層3或硅膠層4 在封裝基體1表面上的形狀受表面改性層5的控制，其它部分在表面張力和重力的共同作用下形成穩定形狀。通過控制熒光粉膠或硅膠的量，最終形成表面形狀具備設計要求的包括熒光粉層、硅膠層等的封裝體。其具體過程為當熒光粉膠或硅膠流動到改性層的內側面時，由于受到潤濕角變化的影響，熒光粉膠或硅膠會停止流動或進一步流動，其在基體表面上的形狀受表面改性層限制。改性層可以是親硅膠層或疏硅膠層，本實施例中的為疏硅膠層。當繼續增加點膠量時，熒光粉膠或硅膠會在表面張力和重力的共同作用下發生改變，因而可以通過控制點膠量來生成滿足要求的表面形狀。實施例二參見圖2，LED器件的結構由LED芯片2，熒光粉膠層3，硅膠層4，表面改性層5組成。LED芯片貼裝在封裝基體1中。封裝基體1是平板型結構或反光杯型結構，本實施例中為平板型結構。封裝基體1上有一個或多個表面改性層5，本實施例中包含4個表面改性層。表面改性層5形成為包圍LED芯片的環形，環的形狀可以是方形或圓形、規則或不規則的多邊形或其它形狀，環可以是封閉的或不封閉或由不同的不封閉層連接形成的封閉層。 每個表面改性層可以位于同一個平面上或在不同平面上，本實施例中各改性層位于同一平面上。每個改性層的寬度是相同的或不相同，本實施例中各層寬度相同。改性層5的材料是表面能與原封裝基體表面能不同的金屬材料、納米材料或其它親硅膠或疏硅膠材料，如氟硅高分子材料、石墨片、納米二氧化鈦等。這些材料可以通過噴涂、鍵合、印刷或其它方法連接在封裝基體1上。封裝基體1的材料可以是金屬、陶瓷、單晶硅或其它材料。本實施例中，LED芯片2首先被硅膠層4包覆，再被熒光粉膠層3包覆，再被多層硅膠層4包覆，硅膠層4最外層形狀為透鏡形狀。本實施例中的LED芯片2為水平電極正裝芯片或垂直電極正裝芯片或倒裝芯片。平面電極正裝芯片或垂直芯片的底部采用高導熱焊料或共晶焊或激光焊接的方式貼裝在封裝基體上，倒裝芯片采用焊球倒裝在封裝基體上。所述的LED芯片包括藍光發光芯片和紫外發光芯片，所述的熒光粉依據芯片類型采用不同類型的熒光粉。具體的封裝方法可與實施例一相類似，主要不同之處在于額外增加了數個硅膠層。實施例三實施例三與實施例一所不同的是實施例三的封裝基體為反光杯型封裝基體7。封裝基體的反光杯面上由有疏硅膠層構成的表面改性層5和由親硅膠層構成的表面改性層 6。在本實施例中，疏硅膠層通過增大熒光粉與封裝基體表面的潤濕角，限制熒光粉膠的位置，通過改變熒光粉膠量，可以控制熒光粉層上表面形狀，本實施例中熒光粉層為凸形。親硅膠層減小硅膠與封裝基體表面的潤濕角，使硅膠上表面形成符合設計要求的形狀(尤其是凹形)，本實施例中硅膠層為凹形形。具體參見附圖3。實施例四實施例四與實施例三所不同的是疏硅膠層5與親硅膠層6的相對位置，本實施例中熒光粉層上表面形狀為凹形，硅膠層上表面形狀為凸形，具體參見附圖4。實施例五實施例五與實施例一所不同的是實施例四中為多芯片封裝模塊，封裝基體1上有多個LED芯片，每個LED芯片2被熒光粉層3包覆，每個熒光粉膠層3被硅膠層4包覆形成符合設計要求的表面形狀，具體參見附圖5。當然，也可以如同圖2中那樣，LED芯片2也可以被多層硅膠層4包覆，硅膠層4最外層形狀為透鏡形狀。實施例六實施例六與實施例五所不同的是，實施例六中多個LED芯片2和熒光粉膠層3被同一個硅膠層4包覆，具體參見附圖6。本領域的普通技術人員容易理解，以上所述為本發明的較佳實施例而已，但本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種LED封裝器件，包括封裝基體，設置在封裝基體上的LED芯片，設置在封裝基體上以LED芯片為中心形成環形包圍區域的表面改性層，以及分別點涂在所述環形包圍區域內、用于對LED芯片進行包裹封裝的熒光粉膠層和硅膠層，所述表面改性層用于改變熒光粉膠層和硅膠層與封裝基體表面之間的潤濕角。
2.如權利要求1所述的LED封裝器件，其特征在于，所述表面改性層為封閉或不封閉的，或由不同的不封閉層連接形成封閉層。
3.如權利要求1或2所述的LED封裝器件，其特征在于，所述表面改性層的材料是表面能與封裝基體表面能不同的金屬材料、納米材料或親硅膠或疏硅膠材料，例如氟硅高分子材料、石墨片、納米二氧化鈦等。
4.如權利要求1-3任意一項所述的LED封裝器件，其特征在于，所述封裝基體為平板型結構或反光杯型結構。
5.如權利要求1-4任意一項所述的LED封裝器件，其特征在于，所述硅膠層為多層，其中一層或多層位于所述熒光粉膠層內，其它層均位于熒光粉膠層外。
6.一種LED封裝器件，包括封裝基體，設置在封裝基體上的2個以上的LED芯片，設置在封裝基體上以各個LED芯片為中心分別形成環形包圍區域的表面改性層，點涂在最內側所述環形包圍區域內、用于對各個LED芯片進行包裹封裝的熒光粉膠層，以及點涂在外側所述環形包圍區域內、用于對相鄰LED芯片及相應熒光粉膠層一起進行包裹封裝的硅膠層，所述表面改性層用于改變熒光粉膠層和硅膠層與封裝基體表面之間的潤濕角。
7.一種用于對LED芯片進行無透鏡封裝的方法，該方法包括以下步驟在封裝基體的表面上設置環形分布的表面改性層，該表面改性層用于改變熒光粉膠和硅膠這些封裝材料與封裝基體表面之間的潤濕角；在封裝基體的表面上所述環形的中心位置貼裝LED芯片；在封裝基體的表面上由所述表面改性層以LED芯片為中心所形成的不同環形包圍區域內，通過點膠設備分別將熒光粉膠和硅膠點涂在封裝基體上，形成用于包裹封裝LED芯片的熒光粉膠層和硅膠層；控制溫度，使得整個封裝器件完全固化以完成封裝。
8.如權利要求7所述用于對LED芯片進行無透鏡封裝的方法，其特征在于，貼裝在封裝基體上的LED芯片的數量被設置為1個或2個以上。
9.如權利要求7或8所述用于對LED芯片進行無透鏡封裝的方法，其特征在于，所述熒光粉膠層和硅膠層在達到穩定狀態時被形成為透鏡形狀。
10.如權利要求7-9任意一項所述用于對LED芯片進行無透鏡封裝的方法，其特征在于，在通過點膠設備將熒光粉膠和硅膠點涂在封裝基體上后，對所述熒光粉膠層或硅膠層迅速加溫并維持一段時間，以使其表面固化。
全文摘要
本發明公開了一種LED封裝器件及其封裝方法，該封裝器件包括封裝基體，設置在封裝基體上的LED芯片，設置在封裝基體上以LED芯片為中心形成環形包圍區域的表面改性層，以及分別點涂所述環形包圍區域內、用于對LED芯片進行包裹封裝的熒光粉膠層和硅膠層，所述表面改性層用于改變熒光粉膠層和硅膠層與封裝基體表面之間的潤濕角。本發明的優點是通過改變熒光粉膠與硅膠在封裝基體表面的潤濕角，利用表面改性層影響硅膠和熒光粉膠的流動，結合硅膠和熒光粉膠的表面張力，形成具備設計要求的熒光粉層和硅膠層，實現無透鏡封裝。該方法具有成本低、操作簡單、易于實現的優點。
文檔編號H01L33/52GK102437273SQ201110396568
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者付星, 劉勝, 羅小兵, 鄭懷 申請人:華中科技大學