專利名稱：應用遠距式熒光粉層的led封裝結構及其制成方法
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熒光粉結構制備，特別涉及一種應用遠距式熒光粉層的LED封裝結構及其制成方法。
背景技術：
LED (Light Emitting Diode),發光二極管,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發光與節能燈三基色粉發光的原理，而采用電場發光。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于可見光頻段，其發光效率可超過1501m/W (2010年)。LED封裝是指發光芯片的封裝，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芯片外圍封裝熒光粉和硅膠，硅膠主要用于保護LED芯片及關聯電子元器件，熒光粉主要用于激發白光(一般藍光LED芯片出光通過黃色熒光粉激發得到白光)。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、反光杯內固定芯片并完成電氣連接，在反光杯空腔灌封熒光粉，熒光粉涂布于芯片外圍。在熒光粉外圍灌封硅膠，芯片發出的藍光被熒光粉激發變為白光，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，熒光粉采用近距式。即熒光粉直接涂布于芯片外圍。這意味著光線從芯片發出即觸及熒光粉，這種出光模式有兩種缺點1、部分光線被熒光粉直接反射回芯片，這部分光擾亂了芯片發出的光。2、芯片發熱直接傳導至熒光粉層，加速熒光粉的升溫，直接損害減少熒光粉壽命，造成LED燈可靠性問題。最新的遠距式熒光粉涂布技術針對這兩個問題改變了芯片、熒光粉層的封裝設計，將芯片與熒光粉層隔離，芯片與熒光粉層之間或為其他透光材料，或為真空等。遠距式熒光粉層涂布并不罕見，各國都有相關技術專利申請，遠距式熒光粉層涂布技術并沒有絕對嚴格的技術標準，行業上對芯片和熒光粉層進行隔離封裝的技術都可以成為遠距式熒光粉層涂布。現有熒光粉涂布技術的常見缺陷第一，常見的支架LED芯片封裝是把過量的熒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熒光粉，而且造成熒光粉在芯片周圍的分布不均，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，采用平鋪形式，將熒光粉均勻涂覆在晶片表面。對于工廠批量生產銷售，完全保形涂抹技術需要過大的實現代價。還有一種工藝是對熒光粉的涂覆略加控制，只在芯片周圍涂覆熒光粉，但由于沒有理想的工藝，往往得到厚度不均勻、形狀不規則的熒光粉層。
發明內容
基于此，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芯片和熒光粉層，LED芯片固定于基板上，所述熒光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，熒光粉層黏合于基板上，所述熒光粉層與基板形成閉合空腔，所述LED芯片被罩于凹形空腔內，所述凹形空腔的體積大于LED芯片的體積，所述熒光粉層與所述LED芯片之間空隙為真空。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于上述LED封裝結構的熒光粉層。具體的技術方案如下一種用于上述LED封裝的熒光粉層，該熒光粉層為具 有凹形空腔的罩狀結構，所述熒光粉層的厚度均勻。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。本發明還提供上述熒光粉層的制備方法。具體的技術方案如下上述用于LED封裝的熒光粉層的制備方法，包括如下步驟采用形狀相互配合的公模和母模進行制備，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，將熒光膠注入母模中的凹形空腔，將公模扣合于母模，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，固化脫模后，即得具有凹形空腔罩狀結構的熒光粉層。本發明還提供制備上述熒光粉層的模具。具體的技術方案如下—種制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封裝結構的制備方法。具體的技術方案如下上述LED封裝結構的制備方法，包括如下步驟(I)固晶在固晶機中使用固晶I父將LED芯片固定于基板上；(2)焊線使金絲在芯片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合；(3)制備熒光粉層采用上述熒光粉層的制備方法制備得到熒光粉層；(4)封突光膠使用娃膠將突光粉層與基板粘合,所述LED芯片被罩于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、芯片上直接涂覆熒光粉造成不良激發效果，熒光粉承受熱量影響其可靠性；2、一直以來熒光粉層結構不規則、厚度不均勻、工藝精度難以控制；3、結構規則、厚度均勻、精度可控的直接涂覆技術代價過大；4、現有的單顆注膠式的熒光粉模具結構不利于批量應用在LED的封裝中。熒光粉層結構設計為實現遠距激發，得到結構規則、厚度均勻的熒光粉層，針對芯片的尺寸設計熒光粉層罩的直徑和高度熒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芯片。這種罩狀結構將芯片與熒光粉層隔離(根據芯片尺寸及工藝設計靈活性可調整距離，間隔約數百微米)，從而實現熒光粉顆粒的遠距激發。熒光粉層制成模具設計及熒光粉層制成為了以簡易的生產得到上述熒光粉層，須用一對形狀相配合的公模和母模以壓模方式制備突光粉層。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制備的熒光粉層凹形空腔的形狀規格相同。在母模中注入熒光粉膠，對應好公模位置后，壓模、固化、脫模得到熒光粉層。該熒光粉層結構可以設計成熒光粉層陣列結構，陣列中每個凹形空腔的腔壁之間互相隔離，僅從底部連接，以保證晶片切割后每一個LED單元的的獨立性。熒光粉層本身起到保護芯片及連線的作用，內部可不填充硅膠等其他保護物質。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制備熒光粉罩，簡易實現批量LED封裝——
具體步驟為1、硅片基板制備2、批量固晶3、焊線4、熒光粉膠調配5、壓模制備罩狀熒光粉層6、固化7、脫模8、熒光粉層與芯片對位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硅基板的尺寸及基板LED芯片分布情況為準。本發明的有益效果本發明設計的LED封裝結構，其中熒光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，可將LED芯片罩于凹形空腔內，并與LED芯片之間留有空隙，實現了遠距式激發熒光粉。克服了現有技術中在芯片上直接涂覆熒光粉造成不良激發的問題，以及熒光粉承受熱量所造成的可靠性問題。該熒光粉層的制備方法，本發明創造性地設計出一對形狀相互配合的模具，采用這對模具(公模和母模)進行制備，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，使用該模具制備得到的熒光粉層結構規則，厚薄均勻。該模具的設計還適用于批量熒光粉層的制備。克服了傳統批量點膠工藝需逐個芯片進行點封熒光粉的大量重復作業。本發明對比現有均勻涂覆熒光粉的技術更簡易，實現批量生產，一次設計可重復使用的模具也更節約成本。本發明對比現有熒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熒光粉層新結構。
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、熒光粉層；20、LED芯片；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硅基板，固晶膠，正裝IW (尺寸ImmX lmm) LED芯片，金線，熒光粉，道康寧6650娃膠,招材原模兩塊,固晶機,高溫烤箱，制模機床，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芯片20和熒光粉層10，LED芯片20固定于基板30上，所述熒光粉層10為具有凹形空腔的罩狀結構，熒光粉層黏合于基板上，所述熒光粉層與基板形成閉合空腔，所述LED芯片被罩于凹形空腔內，所述凹形空腔的體積大于LED芯片的體積，所述熒光粉層與所述LED芯片之間空隙為真空。所述凹形空腔的形狀為圓柱形。上述熒光粉層的制備方法，包括如下步驟采用形狀相互配合的公模和母模進行制備，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，將熒光膠注入母模中的凹形空腔，將公模扣合于母模，固化脫模后，即得具有凹形空腔罩狀結構的突光粉層。利用制模機床，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熒光粉層的厚度=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(即熒光粉層的厚度)O. 2mm。該方法制備得到的熒光粉層結構規則，厚薄均勻。上述LED封裝結構的制備方法，包括如下步驟(I)固晶在固晶機中使用固晶I父將LED芯片固定于基板上；在固晶機中使用固晶I父將16個LED芯片批量固定于晶圓級娃基板上，芯片之間間隔5. 06mmX5. 06mm(橫向間距X縱向間距)；(2)焊線使金絲在芯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，使金絲在芯片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合；(3)制備熒光粉層采用上述熒光粉層的制備方法制備得到熒光粉層；將熒光粉和硅膠混合，分別注入母模的每個圓柱形凹形空腔中，并真空脫泡，在壓模機中將公模和母模進行壓模使熒光膠成型；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)。固化后進行脫模，得到熒光粉層陣列；(4)封突光膠使用娃膠將突光粉層與基板粘合,所述LED芯片被罩于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。 將熒光粉層陣列與晶圓級硅基板上的芯片對位，使用硅膠將熒光粉層與芯片粘合，各個熒光粉罩內形成密閉空間，將芯片包圍，再次固化。將有熒光粉層的整排晶圓級硅基板置于劃片機工作平臺上，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芯片和熒光粉層，LED芯片固定于基板上，所述熒光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，熒光粉層黏合于基板上，所述熒光粉層與基板形成閉合空腔，所述LED芯片被罩于凹形空腔內，所述凹形空腔的體積大于LED芯片的體積，所述熒光粉層與所述LED芯片之間空隙為真空。所述凹形空腔的形狀為半球形。上述熒光粉層的制備方法，包括如下步驟采用形狀相互配合的公模和母模進行制備，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，將熒光膠注入母模中的凹形空腔，將公模扣合于母模，固化脫模后，即得具有凹形空腔罩狀結構的突光粉層。利用制模機床，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熒光粉層的厚度=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(即熒光粉層的厚度)O. 2mm。該方法制備得到的熒光粉層結構規則，厚薄均勻。上述LED封裝結構的制備方法，包括如下步驟(I)固晶在固晶機中使用固晶I父將LED芯片固定于基板上；在固晶機中使用固晶I父將16個LED芯片批量固定于晶圓級娃基板上，芯片之間間隔5. 06mmX5. 06mm(橫向間距X縱向間距)；
(2)焊線使金絲在芯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，使金絲在芯片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合；(3)制備熒光粉層采用上述熒光粉層的制備方法制備得到熒光粉層；將熒光粉和硅膠混合，分別注入母模的每個半球形凹形空腔中，并真空脫泡，在壓模機中將公模和母模進行壓模使熒光膠成型；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)。固化后進行脫模，得到熒光粉層陣列；
(4)封突光膠使用娃膠將突光粉層與基板粘合,所述LED芯片被罩于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。將熒光粉層陣列與晶圓級硅基板上的芯片對位，使用硅膠將熒光粉層與芯片粘合，各個熒光粉罩內形成密閉空間，將芯片包圍，再次固化。將有熒光粉層的整排晶圓級硅基板置于劃片機工作平臺上，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，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于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于單顆LED封裝、利用不同的制模方法但得出的熒光粉層結構相似于本發明等這些都落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種LED封裝結構，其特征在于，包括基板、LED芯片和熒光粉層，LED芯片固定于基板上，所述熒光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，熒光粉層黏合于基板上，所述熒光粉層與基板形成閉合空腔，所述LED芯片被罩于凹形空腔內，所述凹形空腔的體積大于LED芯片的體積，所述熒光粉層與所述LED芯片之間空隙為真空。
2.根據權利要求1所述的LED封裝結構，其特征在于，所述凹形空腔的形狀為圓柱形、半球形或多邊柱形。
3.一種用于LED封裝的熒光粉層，其特征在于，該熒光粉層為具有凹形空腔的罩狀結構，所述熒光粉層的厚度均勻。
4.根據權利要求3所述的用于LED封裝的熒光粉層，其特征在于，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任一項所述的用于LED封裝的突光粉層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟采用形狀相互配合的公模和母模進行制備，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，將熒光膠注入母模中的凹形空腔，將公模扣合于母模，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，固化脫模后，即得具有凹形空腔罩狀結構的熒光粉層。
6.一種用于制備權利要求3-4任一項所述的突光粉層的模具,其特征在于,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封裝結構的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)固晶在固晶機中使用固晶I父將LED芯片固定于基板上； (2)焊線使金絲在芯片電極和外引線鍵合區之間形成引線鍵合； (3)制備熒光粉層采用權利要求5所述的熒光粉層的制備方法制備得到熒光粉層； (4)封突光膠使用娃膠將突光粉層與基板粘合,所述LED芯片被罩于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熒光粉層的LED封裝結構及其制備方法，該封裝結構中使用一種具有凹形空腔罩狀結構的熒光粉層。本發明特別設計了一組制備熒光粉層的模具，利用該模具制備得到的熒光粉層結構規則，厚度均勻。該熒光粉層與基板結合形成閉合空腔容納基板上的芯片，空腔為真空，可實現遠距式熒光粉涂布的效果。該制備方法也可應用于批量生產熒光粉層，避免傳統批量封熒光粉層工藝中逐個芯片進行點膠的大量重復作業，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