專利名稱：一種led封裝結(jié)構(gòu)及基于其實(shí)現(xiàn)熒光粉保形涂覆的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于LED封裝技術(shù)，涉及LED封裝中的一種用于提高LED照明產(chǎn)品空間光色一致性的LED封裝結(jié)構(gòu)及基于其實(shí)現(xiàn)LED封裝中熒光粉保形涂覆的方法，將特別應(yīng)用于大規(guī)模LED封裝生產(chǎn)中。
背景技術(shù)：
LEDs (Light Emitting Diodes)是一種基于P-N結(jié)電致發(fā)光原理制成的半導(dǎo)體發(fā)光器件，具有電光轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保節(jié)能、體積小等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)綠色照明光源，如能應(yīng)用于傳統(tǒng)照明領(lǐng)域?qū)⒌玫绞诛@著的節(jié)能效果，這在全球能源日趨緊張的當(dāng)今意義重大。隨著以氮化物為代表的第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)的突破，基于大功率高亮度發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)在全球迅速興起，正成為半導(dǎo)體光電子產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，并在傳統(tǒng)照明領(lǐng)域引發(fā)了一場(chǎng)革命。LED由于其獨(dú)特的優(yōu)越性，已經(jīng)開始在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如景觀照明、汽車大燈、路燈和背光等，被業(yè)界認(rèn)為是未來照明技術(shù)的主要發(fā)展方向，具有巨大的市場(chǎng)潛力。LED取代傳統(tǒng)照明方式的首要任務(wù)是提高其出光效率和可靠性，通過多年的研究和技術(shù)發(fā)展，目前商用LED產(chǎn)品的出光效率已經(jīng)達(dá)到100 -130 lm/ff,而實(shí)驗(yàn)室水平更是達(dá)到了 231 lm/W，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光源的光效；同時(shí)，隨著封裝工藝的改進(jìn)、散熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及驅(qū)動(dòng)可罪性的提聞，LED的可罪性也得到了大幅的提聞。為了進(jìn)一步提聞LED廣品的照明質(zhì)量，LED光色品質(zhì)越來越受到大家的重視，具體可以包括LED光色一致性和LED空間顏色均勻性兩方面，例如美國(guó)能源部將提高LED光色一致性、減少分Bin數(shù)量作為L(zhǎng)ED照明發(fā)展的主要五大挑戰(zhàn)之一，同時(shí)美國(guó)能源之星(Energy Star)于2008年已經(jīng)將LED封裝及燈具的空間顏色均勻性列為L(zhǎng)ED照明質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)之一。隨著LED在室內(nèi)照明領(lǐng)域的迅速推廣(如商業(yè)照明、家居照明、辦公室照明等)，人們對(duì)LED照明的要求已經(jīng)從“照亮”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢帐娣?，因此LED封裝時(shí)通過準(zhǔn)確控制的封裝工藝，提高LED光色一致性和空間顏色均勻性，已成為拓寬LED照明領(lǐng)域，加速LED取代傳統(tǒng)照明的一個(gè)重要的技術(shù)目標(biāo)。大功率白光LED通常是由兩波長(zhǎng)光(藍(lán)色光+黃色光)或者三波長(zhǎng)光(藍(lán)色光+綠色光+紅色光)混合而成。目前廣泛采用的白光LED是通過藍(lán)色LED芯片(GaN)和黃色熒光粉(YAG或TAG)組成。在LED封裝中熒光粉層參數(shù)嚴(yán)重影響LED的出光效率、色溫、空間顏色均勻性等重要光學(xué)性能。當(dāng)前，在LED封裝中最普遍采用的一種熒光粉涂覆方式為熒光粉自由點(diǎn)膠涂覆，該種熒光粉涂覆方式擁有工藝簡(jiǎn)單和低成本等優(yōu)點(diǎn)；然而該種熒光粉涂覆方式常常導(dǎo)致最終LED封裝產(chǎn)品色溫空間分布存在較大的差異，嚴(yán)重影響著LED產(chǎn)品的照明質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外的研究者開展了許多研究工作，發(fā)現(xiàn)LED熒光粉保形涂覆的方法，即熒光粉層均勻厚度涂覆于LED芯片表面。保形涂覆方式要求能夠控制熒光粉幾何形狀和厚度等參數(shù)，從而提高LED封裝產(chǎn)品的光色一致性和空間顏色均勻性；然而該封裝實(shí)現(xiàn)工藝較難。為了實(shí)現(xiàn)熒光粉的保形涂覆，全球著名LED封裝企業(yè)先后開發(fā)的電泳法(U.S.patent6，576，488),溶液蒸發(fā)法(U.S.patent 7，217，583),圓片級(jí)封裝(B.Braune et al.,Proc.SPIE 6486，64860X, 2007)以及目前相關(guān)文獻(xiàn)描述的脈沖噴涂的工藝方法(H.T.Huang et al., OPTICS EXPRESS, 18，A201, 2010)。其中電泳法和溶液蒸發(fā)法實(shí)現(xiàn)保形涂覆較為復(fù)雜，成本較高；圓片級(jí)封裝和脈沖噴涂的工藝方法對(duì)封裝設(shè)備要求較高，工藝必須精確控制，且不能實(shí)現(xiàn)LED水平芯片的保形涂覆。為此發(fā)展一種工藝簡(jiǎn)單、低成本且適用于所有LED芯片類型的熒光粉保形涂覆對(duì)封裝高光學(xué)質(zhì)量的LED光學(xué)產(chǎn)品至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種LED封裝結(jié)構(gòu)及基于其實(shí)現(xiàn)熒光粉保形涂覆的方法，該熒光粉保形涂覆技術(shù)是基于微流體自對(duì)準(zhǔn)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)；該保形涂覆方法與其它保形涂覆相比，具有工藝簡(jiǎn)單，對(duì)涂覆設(shè)備要求低，低成本和封裝效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能夠大幅改善LED封裝產(chǎn)品的色溫空間一致性，提高光學(xué)品質(zhì)。本發(fā)明提出的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含在固定芯片處增加凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的LED封裝基板和透明薄板；所述凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的側(cè)壁可以垂直或者傾斜于LED封裝基板水平面，凸臺(tái)結(jié)構(gòu)高度可以為0.01至3毫米，凸臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為I至3毫米，凸臺(tái)結(jié)構(gòu)為圓臺(tái)、方臺(tái)或多邊形棱臺(tái)；所述LED封裝基板的材料可為金屬、塑料材質(zhì)、陶瓷材料或者其它目前用于LED封裝的材質(zhì)；所述透明薄板尺寸為I至3毫米，厚度為0.1至I毫米，透明薄板的材料為玻璃等透明無機(jī)材料或者PMMA等透明有機(jī)材料，透明薄板為圓臺(tái)、方臺(tái)或多邊形棱臺(tái)。本發(fā)明提出的基于上述LED封裝結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)熒光粉保形涂覆的方法，具體實(shí)施如下所述:
1、LED芯片鍵合在上述LED封裝結(jié)構(gòu)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的中心，同時(shí)上述LED封裝結(jié)構(gòu)也用于后續(xù)熒光粉保形涂覆；
2、在LED封裝基板上完成LED芯片鍵合和引線鍵合工藝之后，將熒光粉與封裝膠的混合物熒光粉膠涂覆在LED封裝基板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的頂面處，熒光粉膠將限制在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的頂面上；
3、將一塊透明薄板從上往下與前一步涂覆的熒光粉膠接觸，透明薄板的幾何形貌和尺寸與LED封裝基板中凸臺(tái)結(jié)構(gòu)相同；當(dāng)透明薄板一接觸熒光粉膠，立馬去除對(duì)透明薄板的所有約束。在熒光粉膠表面張力作用下，透明薄板與LED封裝基板的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，且透明薄板與LED封裝基板水平面平行，流體被限制在透明薄板與LED芯片頂面之間的間隙之間，該效應(yīng)即為毛細(xì)自對(duì)準(zhǔn)效應(yīng)(J.Berthier et al., JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 108，2010)。從而熒光粉膠均勻分布LED芯片周圍，實(shí)現(xiàn)保形涂覆；
4、在LED封裝模塊完成上述工藝之后，被轉(zhuǎn)移到高溫烘烤箱中對(duì)熒光粉膠進(jìn)行固化。固化之后即實(shí)現(xiàn)LED熒光粉保形涂覆，根據(jù)應(yīng)用需要透明薄板可以LED封裝模塊上剝離，也可以留在封裝模塊上。本發(fā)明應(yīng)用于LED封裝的熒光粉保形涂覆方法，可以與當(dāng)前廣泛采用的熒光粉自由點(diǎn)涂裝置兼容，同時(shí)僅僅增加簡(jiǎn)單的透明薄板和安放工藝，因此其具有良好的可操作性和迅速?gòu)V泛應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)可以通過透明薄板和LED封裝基板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)保形涂覆熒光粉層幾何形貌控制，所以該技術(shù)能夠應(yīng)用于不用封裝結(jié)構(gòu)中。


圖1-4為本發(fā)明熒光粉保形涂覆技術(shù)方案在引線框架結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用；其中圖1為含用于實(shí)現(xiàn)毛細(xì)自對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的引線框架LED封裝基板，圖2為透明薄板，圖3為在LED封裝基板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)上點(diǎn)涂熒光粉膠，圖4 (a)- (c)表示透明薄板與熒光粉膠接觸，實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)，最終達(dá)到熒光粉保形涂覆；
圖5-8為本發(fā)明熒光粉保形涂覆技術(shù)方案在陶瓷LED封裝基板上的應(yīng)用；其中圖5為含用于實(shí)現(xiàn)毛細(xì)自對(duì)準(zhǔn)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的陶瓷LED封裝基板，圖6為透明薄板，圖7為在LED封裝基板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)上點(diǎn)涂熒光粉膠，圖8表示透明薄板與熒光粉膠接觸，實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)，最終達(dá)到熒光粉保形涂覆。圖中各標(biāo)號(hào)分別是:(1001)引線框架LED封裝基板，(1002)熱沉，(1003)模塑料，(1004)支架引腳，(1005) LED芯片，(1006)玻璃薄板，(1007)熒光粉膠，(1008)熒光粉層，(1009)熒光粉點(diǎn)涂裝置，(1010)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，(2001)陶瓷LED封裝基板，(2002)引線鍵合點(diǎn)，(2003)陶瓷層，(2004)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，(2005) PDMA薄板。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于LED封裝的熒光粉保形涂覆方法，該方法實(shí)現(xiàn)需要LED封裝基板結(jié)構(gòu)和透明薄板輔助；將熒光粉膠涂覆在LED封裝基板上的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，將透明薄板與涂覆的熒光粉膠接觸后，能夠?qū)崿F(xiàn)熒光粉保形涂覆，其中熒光粉幾何形貌與凸臺(tái)結(jié)構(gòu)和透明薄板的形狀相同；在不同的應(yīng)用中凸臺(tái)結(jié)構(gòu)和透明薄板的形狀可以是方形和其他不規(guī)則形狀等；
LED封裝基板的材料可以是銅、鋁等金屬基板材料，硅，陶瓷和PCB板等非金屬基板材
料；` 透明薄板材料為玻璃，PDMA, PC等其他透明材料；
LED封裝基板可以通過數(shù)控銑床，線切割、鍛壓、注塑和刻蝕等加工工藝實(shí)現(xiàn)；
LED封裝基板的表面為反光層,反光層的材料可以為銀或其它的反光材料；
具體的熒光粉膠涂覆方法和毛細(xì)自對(duì)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn):將熒光粉加入膠材中，并混合均勻，調(diào)節(jié)熒光粉和膠材之間的比例，配比濃度為0.01g/mf5.0g/ml的熒光粉膠，在完成固定LED芯片和電路連接工序后，將熒光粉膠通過點(diǎn)膠涂覆裝置，沿著LED封裝基板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)區(qū)域的中心涂覆，由于凸臺(tái)結(jié)構(gòu)邊緣的滯止效應(yīng)，熒光粉膠停留在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的上頂面。采用夾持工具將透明薄膜靠近熒光粉膠，后是否夾持工具的約束，熒光粉膠將移動(dòng)透明薄板與LED封裝基板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，熒光粉膠在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與透明薄板之間，從而實(shí)現(xiàn)熒光粉保形涂覆。用于封裝的LED芯片可以是GaN等二元材料或者AlGaNP等四元材料組成和其它
-H-* I I
心/T 熒光粉膠中的熒光粉可以是YAG和TAG等所有LED封裝采用的熒光粉。配置熒光粉膠使用膠材可以是硅膠、環(huán)氧樹脂和液態(tài)玻璃等膠材組成。熒光粉膠中熒光粉的濃度可以是0.01g/mf 5.0g/ml。膠材和熒光粉膠轉(zhuǎn)移到LED封裝基板上的途徑可通過注射器滴涂，噴涂等途徑。該方法可以適用于支架式、板上芯片、陣列式和系統(tǒng)封裝等LED封裝形式。下面通過借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1
參見圖1，為含凸臺(tái)結(jié)構(gòu)1010的用于LED封裝的引線框架LED封裝1001，凸臺(tái)結(jié)構(gòu)1010為一矩形結(jié)構(gòu)。如圖3所示，在LED芯片1005鍵合在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)1010頂面正中心后，完成金線1004引線鍵合工藝之后，濃度為0.5g/cm3熒光粉膠1007通過熒光粉點(diǎn)涂裝置1009點(diǎn)涂在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)1010頂面，熒光粉膠體積為0.4ML，并能包覆LED芯片1005。如圖4 (a) -(c)所示，與凸臺(tái)結(jié)構(gòu)形狀相同的玻璃薄板1006接觸熒光粉膠1007，玻璃薄板的厚度為0.2mm,玻璃薄板1006在熒光粉膠表面張力作用下將于凸臺(tái)結(jié)構(gòu)1010對(duì)準(zhǔn)，熒光粉膠1007被限制在玻璃薄板與凸臺(tái)結(jié)構(gòu)1010之間，形成在LED芯片1005周圍均勻分布的熒光粉層1008。完成上述工藝的LED模塊被轉(zhuǎn)移到溫度為150°C的烘烤箱中I小時(shí)進(jìn)行熒光粉膠固化，實(shí)現(xiàn)LED封裝中的熒光粉保形涂覆。
實(shí)施例2
參見圖5，為含凸臺(tái)結(jié)構(gòu)2004的用于LED封裝的陶瓷LED封裝基板2001，凸臺(tái)結(jié)構(gòu)2004為一圓形結(jié)構(gòu)。如圖7所示，在LED芯片1005鍵合在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)2004頂面正中心后，完成金線1004引線鍵合工藝之后，濃度為0.8g/cm3的熒光粉膠1007通過熒光粉點(diǎn)涂裝置1009點(diǎn)涂在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)2004頂面，體積為0.28W，并能包覆LED芯片1005。如圖8所示，與凸臺(tái)結(jié)構(gòu)2004形狀相同的PDMA薄板2005接觸熒光粉膠1007，之后PDMA薄板2005將與凸臺(tái)結(jié)構(gòu)2004對(duì)準(zhǔn)，熒光粉膠1007被限制在PDMA薄板與凸臺(tái)結(jié)構(gòu)2004之間，形成在LED芯片1005周圍均勻分布的熒光粉層1008。完成上述工藝的LED模塊被轉(zhuǎn)移到溫度為150°C的烘烤箱中I小時(shí)進(jìn)行熒光粉膠固化，實(shí)現(xiàn)LED封裝中的熒光粉保形涂覆。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括LED封裝基板和透明薄板，所述LED封裝基板中固定LED芯片處增加一凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，所述凸臺(tái)結(jié)構(gòu)可以是垂直或者傾斜于基板水平面，凸臺(tái)高度為0.0l至3毫米之間，凸臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為I至3毫米之間；所述透明薄板尺寸為I至3毫米之間，厚度為0.1至I毫米之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凸臺(tái)結(jié)構(gòu)為圓臺(tái)、方臺(tái)或多邊形棱臺(tái)。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的LED封裝結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)熒光粉保形涂覆的方法，其特征在于，根據(jù)LED封裝所采用的涂覆方式選擇相應(yīng)的過程進(jìn)行: 將熒光粉加入膠材中，并混合均勻，調(diào)節(jié)熒光粉和膠材之間的比例，配比濃度為0.0lg/ 5.0g/ml的熒光粉膠，在完成固定LED芯片和電路連接工序后，將熒光粉膠通過點(diǎn)膠涂覆裝置，沿著LED封裝基板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)區(qū)域的中心涂覆，由于凸臺(tái)結(jié)構(gòu)邊緣的滯止效應(yīng)，熒光粉膠停留在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的上頂面，采用夾持工具將透明薄膜靠近熒光粉膠，后是否夾持工具的約束，熒光粉膠將移動(dòng)透明薄板與LED封裝基板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，熒光粉膠在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與透明薄板之間，從而實(shí)現(xiàn)熒光粉保形涂覆。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)熒光粉保形涂覆的方法，其特征在于，為了實(shí)現(xiàn)不同保形涂覆熒光粉層的幾何形貌參數(shù)如熒光粉層厚度，側(cè)邊寬度等，可以通過改變凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與透明薄板的形狀進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于LED封裝的LED封裝結(jié)構(gòu)及基于其實(shí)現(xiàn)熒光粉保形涂覆的方法以提高LED封裝產(chǎn)品的光色空間均勻性。借助LED封裝基板的結(jié)構(gòu)中的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)和與凸臺(tái)結(jié)構(gòu)形狀相同透明薄板，利用毛細(xì)自對(duì)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)保形涂覆。熒光粉保形涂覆工藝包括，熒光粉涂覆在LED封裝基板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)上，透明薄板與熒光粉膠接觸后實(shí)現(xiàn)與凸臺(tái)結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)熒光粉保形涂覆要求的LED芯片四周熒光粉均勻厚度分布。該熒光粉保形涂覆能與當(dāng)前采用的熒光粉自由點(diǎn)膠涂覆工藝設(shè)備相兼容，同時(shí)具有工藝簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)；利用凸臺(tái)結(jié)構(gòu)和透明薄板的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)可以有效滿足不同LED封裝結(jié)構(gòu)中對(duì)熒光粉保形涂覆如厚度、幾何形貌等參數(shù)要求。
文檔編號(hào)H01L33/48GK103117352SQ201310022029
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者羅小兵, 鄭懷, 張可, 王立慧 申請(qǐng)人:東莞市石碣華中電子技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)有限公司, 華中科技大學(xué)