白光led近似保形封装结构及其制备方法
专利名称：白光led近似保形封装结构及其制备方法
技术领域：
本发明属于LED封装技术领域，具体涉及一种白光LED封装结构及其制备方法。
背景技术：
在白光LED的设计中，最重要的步骤就是点荧光粉(荧光胶)，点荧光粉是白光形成的关键。点荧光粉通过全自动或半自动的点胶机或直接灌封完成，承载荧光粉的器件可以是LED支架或PCB板。为了改善光色性能，荧光粉往往混合其他胶体(构成荧光胶)，并通过经过一系列的工艺步骤，使荧光粉涂覆在芯片表面。但是，目前，白光LED的制备中，主要存在以下缺陷。第一，常见的支架LED芯片封装是把过量的荧光胶不加控制地灌封到反光杯中，如图I所示，以达到发出白光的效果。这种工艺主要的缺点是耗费大量荧光粉，而且造成荧光粉在芯片周围的分布不均，严重影响白光LED色温的均匀性，致使白光LED的亮度和光斑都不能达到预期效果。另一种工艺则通过喷绘、光刻、薄膜技术等半导体工艺(图3)，采用平铺，将荧光粉均匀涂覆在晶片表面，即完全保形工艺。但是对于支架式白光LED的封装工艺上是很难办到的。对于工厂批量生产销售，完全保形涂抹技术需要过大的实现代价。还有一种工艺是对荧光粉的涂覆略加控制，只在芯片周围涂覆荧光粉，但由于没有理想的工艺，往往得到不均匀的荧光粉层，如(图2)。第二，点胶技术目前大多应用于COB封装等作业面积宽裕的基板上，如何在直径通常只有I. 78_左右作业范围狭小的支架反光杯内进行点胶是一个技术难题。第三，现有技术中有利用芯片表面张力把荧光粉涂覆在芯片上表面的工艺，其对荧光胶量的控制对比传统技术有进步，但仍无法在侧面发蓝光区域涂覆荧光粉；为实现侧面激发白光，又须回到直接灌封大量荧光粉的传统做法上，或者进行制备填充荧光胶的模具这种复杂的工艺。总之，现有技术难以找到简易可行的工艺在各类封装如COB封装、支架封装、普通LED基板封装中得到荧光粉的均匀涂覆结构，以及难以实现在支架上进行精确点胶。
发明内容
基于此，本发明针对现有技术中荧光粉浪费大、荧光粉在芯片周围分布不均等技术问题，提供一种新的白光LED封装结构。实现该目的的技术方案如下。一种白光LED封装结构，包括芯片基座、衬底平台、LED芯片及荧光胶层，衬底平台固定于芯片基座上，衬底平台的俯投影尺寸大于LED芯片俯视投影尺寸，LED芯片固定于衬底平台上，荧光胶层位于衬底平台的上方并将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧面。优选地，所述荧光胶层的下边缘与衬底平台的上边缘平齐。在其中一个实施例中，所述衬底平台的俯视投影呈方形。
在其中一个实施例中，所述芯片基座为LED支架。本发明的另一目的是提供上述白光LED封装结构的制备方法。具体技术方案如下
一种白光LED封装结构的制备方法，包括以下步骤(I)固晶将衬底平台用固晶胶固定于芯片基座上，然后放入高温烤箱，使固晶胶固化；取出固定有衬底平台的芯片基座，再将LED芯片用固晶胶平行固定在衬底平台的正中央，再次置入高温烤箱，使固晶胶固化，得到固定有LED芯片和衬底平台的芯片基座；(2)焊线通过金线球焊，使LED芯片完成电气连接，得到LED芯片基座；(3)点胶将步骤(2)所得的LED芯片基座置于点胶机工作平台上，在荧光粉中添加硅胶得到荧光胶；启动点胶机，将荧光胶点到LED芯片上，荧光胶根据自身流动性，覆盖LED芯片上表面后，由于荧光胶为黏性流体，受衬底平台边界限制，以及在表面张力及地心吸引力作用下稳定静止时，形成荧光胶层，荧光胶层将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧形半球；(4)荧光胶层固化将点胶完毕的LED芯片基座置入高温烤箱，灌封硅胶、再固化、得到所述白光LED封装结构。在其中一个实施例中，所述芯片基座为LED支架；所述衬底平台的俯视投影呈方形。荧光胶中硅胶的添加量可以根据所需要的出光品质依据光学原理进行调整，因此荧光粉添加的硅胶量并非固定可以调整——因而，荧光胶的黏度可以不是确定值。为了使荧光胶加速流动从芯片表面溢出至覆盖衬底平台，需要引入额外的荧光胶黏度控制方法。在此，本发明特别设计了两段烘烤，烘烤热度可改变荧光胶的流动性，加速荧光胶的均匀涂覆，即步骤(4)中，所述高温烤箱固化为在75°C 90°C环境烘烤40mirT60min，然后在1200C 150°C环境烘烤 115-130min。本发明中，所用荧光胶量，本领域的技术人员，可配合衬底平台及芯片大小、荧光胶层涂覆成型后的形状进行配制。步骤3中，所述荧光胶的用量为LED支架反光反光杯积的30-40%。本发明的衬底平台则根据芯片大小可从20至75mil选择。本发明在传统支架式LED点荧光粉的生产步骤上进行革新，通过加一块承载荧光胶层的平台，提出一种芯片侧面发光区域可覆盖荧光粉、芯片周围精确均匀涂覆荧光粉的近似保形技术。本工艺形成的规则性穹拱状胶层结构对比现有的表面涂覆荧光粉技术能更进一步提高LED的出光效率和光色均匀性。在同等光学性能下荧光粉使用量减少60%以上。精确控制荧光胶成理想型状的参数通过仿真设计或重复试验，本领域的技术人员可得到用料规格和作业参数的最佳组合，最佳组合根据市面芯片类型不一而各有微调。生产时按照此规格进行即可，无需增添昂贵设备。现有LED芯片表面涂覆技术大多只提出减少荧光粉用量，并未证明产品的相关色温CCT近似相等时，输出光能量或者流明效率是否不变。本发明是一种在规定的色温下，达到相同光通量而荧光粉使用量减少60%以上的LED荧光粉涂覆工艺。荧光粉的节省可以从工艺构图和成型产品上直观反映出，并且本发明进行了产品成型后续检测实验，对成型样品的光色性能进行了测试，证明新工艺样品达到同等出光品质。综上所述，本发明具有如下优点
I、该白光LED封装结构采用点胶的方式进行加工，不需采用填充的方式将整个反光杯填满，荧光胶层呈点状结构，大大节省了荧光胶的用量，并且设置衬底平台后，使荧光胶层将LED芯片的顶部及侧部均包裹，使LED芯片侧部所发出的光也被荧光胶层激发，提高了光的利用率；2黏流体荧光胶依靠衬底平台形成穹拱结构保证了工艺的简便，无需增加任何模具，由于衬底平台规格可根据不同芯片类型调整，本工艺完全可适用于7至50mil规格的芯片。3、本发明解决了支架上狭小面积点胶作业范围的精确点胶的技术难题，节省了荧光粉并实现芯片周围均匀涂覆荧光粉的工艺，亦保证了 LED产品的相同的光色品质。
图I为现有技术中的支架式白光LED封装结构的结构示意图；图2为现有技术不均匀涂覆结构示意图；图3为代价闻昂的保形不意图；图4为本发明的白光LED封装结构的成品结构示意图；图5为本发明工艺的流程图；附图标记说明10、支架，20、LED芯片，30、荧光胶层，40、衬底平台，41、上边缘，50、反光杯。
具体实施例方式本发明的物料的特征如下
权利要求
1.一种白光LED封装结构，其特征在于，包括芯片基座、衬底平台、LED芯片及荧光胶层，衬底平台固定于芯片基座上，衬底平台的俯投影尺寸大于LED芯片俯视投影尺寸，LED芯片固定于衬底平台上，荧光胶层位于衬底平台的上方并将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧面。
2.根据权利要求I所述白光LED封装结构，其特征在于，所述荧光胶层的下边缘与衬底平台的上边缘平齐。
3.根据权利要求I所述白光LED封装结构，其特征在于，所述衬底平台的俯视投影呈方形。
4.根据权利要求1-3任一项所述的白光LED封装结构，其特征在于，所述芯片基座为LED支架。
5.一种白光LED封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)固晶将衬底平台用固晶胶固定于芯片基座上，然后放入高温烤箱，使固晶胶固化；取出固定有衬底平台的芯片基座，再将LED芯片用固晶胶平行固定在衬底平台的正中央，再次置入高温烤箱，使固晶胶固化，得到固定有LED芯片和衬底平台的芯片基座； (2)焊线通过金线球焊，使LED芯片完成电气连接，得到LED芯片基座； (3)点胶将步骤(2)所得的LED芯片基座置于点胶机工作平台上，在荧光粉中添加硅胶得到荧光胶；启动点胶机，将荧光胶点到LED芯片上，荧光胶根据自身流动性，覆盖LED芯片上表面后，由于荧光胶为黏性流体，受衬底平台边界限制，以及在表面张力及地心吸引力作用下稳定静止时，形成荧光胶层，荧光胶层将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧形半球； (4)荧光胶层固化将点胶完毕的LED芯片基座置入高温烤箱，灌封硅胶、再固化、得到所述白光LED封装结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述高温烤箱固化为在750C 90°C环境烘烤 40mirT60min，然后在 120°C 150°C环境烘烤 115_130min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述芯片基座为LED支架。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于所述衬底平台的俯视投影呈方形。
全文摘要
本发明公开了白光LED封装结构及其制备方法，该白光LED封装结构包括芯片基座、衬底平台、LED芯片及荧光胶层，衬底平台固定于芯片基座上，衬底平台的俯投影尺寸大于LED芯片俯视投影尺寸，LED芯片设置于衬底平台上，荧光胶层位于衬底平台的上方并将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧形。其制备方法包括固晶、焊线、点胶和荧光胶层固化。所制备的LED封装结构的出光效率和光色均匀性。在同等光学性能下荧光粉使用量减少60%以上。
文档编号H01L33/48GK102931320SQ20121045236
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者郭训高, 李世玮 申请人:佛山市香港科技大学Led-Fpd工程技术研究开发中心
技术领域：
本发明属于LED封装技术领域，具体涉及一种白光LED封装结构及其制备方法。
背景技术：
在白光LED的设计中，最重要的步骤就是点荧光粉(荧光胶)，点荧光粉是白光形成的关键。点荧光粉通过全自动或半自动的点胶机或直接灌封完成，承载荧光粉的器件可以是LED支架或PCB板。为了改善光色性能，荧光粉往往混合其他胶体(构成荧光胶)，并通过经过一系列的工艺步骤，使荧光粉涂覆在芯片表面。但是，目前，白光LED的制备中，主要存在以下缺陷。第一，常见的支架LED芯片封装是把过量的荧光胶不加控制地灌封到反光杯中，如图I所示，以达到发出白光的效果。这种工艺主要的缺点是耗费大量荧光粉，而且造成荧光粉在芯片周围的分布不均，严重影响白光LED色温的均匀性，致使白光LED的亮度和光斑都不能达到预期效果。另一种工艺则通过喷绘、光刻、薄膜技术等半导体工艺(图3)，采用平铺，将荧光粉均匀涂覆在晶片表面，即完全保形工艺。但是对于支架式白光LED的封装工艺上是很难办到的。对于工厂批量生产销售，完全保形涂抹技术需要过大的实现代价。还有一种工艺是对荧光粉的涂覆略加控制，只在芯片周围涂覆荧光粉，但由于没有理想的工艺，往往得到不均匀的荧光粉层，如(图2)。第二，点胶技术目前大多应用于COB封装等作业面积宽裕的基板上，如何在直径通常只有I. 78_左右作业范围狭小的支架反光杯内进行点胶是一个技术难题。第三，现有技术中有利用芯片表面张力把荧光粉涂覆在芯片上表面的工艺，其对荧光胶量的控制对比传统技术有进步，但仍无法在侧面发蓝光区域涂覆荧光粉；为实现侧面激发白光，又须回到直接灌封大量荧光粉的传统做法上，或者进行制备填充荧光胶的模具这种复杂的工艺。总之，现有技术难以找到简易可行的工艺在各类封装如COB封装、支架封装、普通LED基板封装中得到荧光粉的均匀涂覆结构，以及难以实现在支架上进行精确点胶。
发明内容
基于此，本发明针对现有技术中荧光粉浪费大、荧光粉在芯片周围分布不均等技术问题，提供一种新的白光LED封装结构。实现该目的的技术方案如下。一种白光LED封装结构，包括芯片基座、衬底平台、LED芯片及荧光胶层，衬底平台固定于芯片基座上，衬底平台的俯投影尺寸大于LED芯片俯视投影尺寸，LED芯片固定于衬底平台上，荧光胶层位于衬底平台的上方并将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧面。优选地，所述荧光胶层的下边缘与衬底平台的上边缘平齐。在其中一个实施例中，所述衬底平台的俯视投影呈方形。
在其中一个实施例中，所述芯片基座为LED支架。本发明的另一目的是提供上述白光LED封装结构的制备方法。具体技术方案如下
一种白光LED封装结构的制备方法，包括以下步骤(I)固晶将衬底平台用固晶胶固定于芯片基座上，然后放入高温烤箱，使固晶胶固化；取出固定有衬底平台的芯片基座，再将LED芯片用固晶胶平行固定在衬底平台的正中央，再次置入高温烤箱，使固晶胶固化，得到固定有LED芯片和衬底平台的芯片基座；(2)焊线通过金线球焊，使LED芯片完成电气连接，得到LED芯片基座；(3)点胶将步骤(2)所得的LED芯片基座置于点胶机工作平台上，在荧光粉中添加硅胶得到荧光胶；启动点胶机，将荧光胶点到LED芯片上，荧光胶根据自身流动性，覆盖LED芯片上表面后，由于荧光胶为黏性流体，受衬底平台边界限制，以及在表面张力及地心吸引力作用下稳定静止时，形成荧光胶层，荧光胶层将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧形半球；(4)荧光胶层固化将点胶完毕的LED芯片基座置入高温烤箱，灌封硅胶、再固化、得到所述白光LED封装结构。在其中一个实施例中，所述芯片基座为LED支架；所述衬底平台的俯视投影呈方形。荧光胶中硅胶的添加量可以根据所需要的出光品质依据光学原理进行调整，因此荧光粉添加的硅胶量并非固定可以调整——因而，荧光胶的黏度可以不是确定值。为了使荧光胶加速流动从芯片表面溢出至覆盖衬底平台，需要引入额外的荧光胶黏度控制方法。在此，本发明特别设计了两段烘烤，烘烤热度可改变荧光胶的流动性，加速荧光胶的均匀涂覆，即步骤(4)中，所述高温烤箱固化为在75°C 90°C环境烘烤40mirT60min，然后在1200C 150°C环境烘烤 115-130min。本发明中，所用荧光胶量，本领域的技术人员，可配合衬底平台及芯片大小、荧光胶层涂覆成型后的形状进行配制。步骤3中，所述荧光胶的用量为LED支架反光反光杯积的30-40%。本发明的衬底平台则根据芯片大小可从20至75mil选择。本发明在传统支架式LED点荧光粉的生产步骤上进行革新，通过加一块承载荧光胶层的平台，提出一种芯片侧面发光区域可覆盖荧光粉、芯片周围精确均匀涂覆荧光粉的近似保形技术。本工艺形成的规则性穹拱状胶层结构对比现有的表面涂覆荧光粉技术能更进一步提高LED的出光效率和光色均匀性。在同等光学性能下荧光粉使用量减少60%以上。精确控制荧光胶成理想型状的参数通过仿真设计或重复试验，本领域的技术人员可得到用料规格和作业参数的最佳组合，最佳组合根据市面芯片类型不一而各有微调。生产时按照此规格进行即可，无需增添昂贵设备。现有LED芯片表面涂覆技术大多只提出减少荧光粉用量，并未证明产品的相关色温CCT近似相等时，输出光能量或者流明效率是否不变。本发明是一种在规定的色温下，达到相同光通量而荧光粉使用量减少60%以上的LED荧光粉涂覆工艺。荧光粉的节省可以从工艺构图和成型产品上直观反映出，并且本发明进行了产品成型后续检测实验，对成型样品的光色性能进行了测试，证明新工艺样品达到同等出光品质。综上所述，本发明具有如下优点
I、该白光LED封装结构采用点胶的方式进行加工，不需采用填充的方式将整个反光杯填满，荧光胶层呈点状结构，大大节省了荧光胶的用量，并且设置衬底平台后，使荧光胶层将LED芯片的顶部及侧部均包裹，使LED芯片侧部所发出的光也被荧光胶层激发，提高了光的利用率；2黏流体荧光胶依靠衬底平台形成穹拱结构保证了工艺的简便，无需增加任何模具，由于衬底平台规格可根据不同芯片类型调整，本工艺完全可适用于7至50mil规格的芯片。3、本发明解决了支架上狭小面积点胶作业范围的精确点胶的技术难题，节省了荧光粉并实现芯片周围均匀涂覆荧光粉的工艺，亦保证了 LED产品的相同的光色品质。
图I为现有技术中的支架式白光LED封装结构的结构示意图；图2为现有技术不均匀涂覆结构示意图；图3为代价闻昂的保形不意图；图4为本发明的白光LED封装结构的成品结构示意图；图5为本发明工艺的流程图；附图标记说明10、支架，20、LED芯片，30、荧光胶层，40、衬底平台，41、上边缘，50、反光杯。
具体实施例方式本发明的物料的特征如下
权利要求
1.一种白光LED封装结构，其特征在于，包括芯片基座、衬底平台、LED芯片及荧光胶层，衬底平台固定于芯片基座上，衬底平台的俯投影尺寸大于LED芯片俯视投影尺寸，LED芯片固定于衬底平台上，荧光胶层位于衬底平台的上方并将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧面。
2.根据权利要求I所述白光LED封装结构，其特征在于，所述荧光胶层的下边缘与衬底平台的上边缘平齐。
3.根据权利要求I所述白光LED封装结构，其特征在于，所述衬底平台的俯视投影呈方形。
4.根据权利要求1-3任一项所述的白光LED封装结构，其特征在于，所述芯片基座为LED支架。
5.一种白光LED封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)固晶将衬底平台用固晶胶固定于芯片基座上，然后放入高温烤箱，使固晶胶固化；取出固定有衬底平台的芯片基座，再将LED芯片用固晶胶平行固定在衬底平台的正中央，再次置入高温烤箱，使固晶胶固化，得到固定有LED芯片和衬底平台的芯片基座； (2)焊线通过金线球焊，使LED芯片完成电气连接，得到LED芯片基座； (3)点胶将步骤(2)所得的LED芯片基座置于点胶机工作平台上，在荧光粉中添加硅胶得到荧光胶；启动点胶机，将荧光胶点到LED芯片上，荧光胶根据自身流动性，覆盖LED芯片上表面后，由于荧光胶为黏性流体，受衬底平台边界限制，以及在表面张力及地心吸引力作用下稳定静止时，形成荧光胶层，荧光胶层将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧形半球； (4)荧光胶层固化将点胶完毕的LED芯片基座置入高温烤箱，灌封硅胶、再固化、得到所述白光LED封装结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述高温烤箱固化为在750C 90°C环境烘烤 40mirT60min，然后在 120°C 150°C环境烘烤 115_130min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述芯片基座为LED支架。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于所述衬底平台的俯视投影呈方形。
全文摘要
本发明公开了白光LED封装结构及其制备方法，该白光LED封装结构包括芯片基座、衬底平台、LED芯片及荧光胶层，衬底平台固定于芯片基座上，衬底平台的俯投影尺寸大于LED芯片俯视投影尺寸，LED芯片设置于衬底平台上，荧光胶层位于衬底平台的上方并将LED芯片的上部及侧部包裹，荧光胶层的外轮廓呈上凸的弧形。其制备方法包括固晶、焊线、点胶和荧光胶层固化。所制备的LED封装结构的出光效率和光色均匀性。在同等光学性能下荧光粉使用量减少60%以上。
文档编号H01L33/48GK102931320SQ20121045236
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者郭训高, 李世玮 申请人:佛山市香港科技大学Led-Fpd工程技术研究开发中心
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