CN101452985A

CN101452985A - 一种白光发光二极管器件的封装结构和方法

Info

Publication number: CN101452985A
Application number: CNA2008102207006A
Authority: CN
Inventors: 刘胜; 刘宗源; 罗小兵; 王恺; 陈明祥; 甘志银; 金春晓
Original assignee: Guangdong Shaoxin Opto-electrical Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Shaoxin Opto-electrical Technology Co Ltd
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2009-06-10

Abstract

一种利用荧光粉薄膜制备白光发光二极管的封装结构和方法，该封装结构和方法的特征在于，预先将具有各种不同参数的荧光粉薄膜制备出来，并切割成用于封装LED芯片所需的大小，在将LED芯片贴装到封装管壳内后，首先涂覆一层封装硅胶，然后依据所需白光的光色品质要求，通过在线检测将所需参数的荧光粉薄膜置于硅胶之上，最后用封装硅胶完成整个器件的封装。该封装结构和方法可以方便的在生产过程中调节白光LED的光色品质，简化和缩短白光LED的色温调节工艺，同时预先制备好的荧光粉薄膜可以避免在点胶过程和硅胶固化过程中的荧光粉沉淀问题，易于保证白光LED性能的一致性。

Description

一种白光发光二极管器件的封装结构和方法

技术领域

本发明涉及一种白光发光二极管，特别涉及一种白光发光二极管器件的封装结构和方法。

背景技术

发光二极管(LED)是一种利用半导体制造技术加工的电致发光器件，其发光机理是利用电子和空穴的复合作用产生光子。这种复合作用在持续的电流和稳定的电压驱动下，理论上可以接近100％的量子效率。这种电注入的方式还可以避免大的斯托克斯位移，因而LED具有发光效率高，显色性好，耗电量少，节能环保，安全可靠性高，使用寿命长的优势。

自1994年第一支蓝光LED芯片研制成功以来，目前主要有两种获取白光LED的技术，一种是利用高亮度InGaN蓝光芯片激发钇铝石榴石荧光粉(YAG:Ce³⁺)获取白光LED的技术，一种是利用InGaN紫外芯片激发RGB三基色荧光粉获得白光LED的技术。其中蓝光LED+黄色荧光粉的方式由于工艺简单、制作成本低，发展极为迅速，技术水平不断提高，市场上已经出现100lm/W的白光LED。基于大功率高亮度白光LED的半导体照明，即将替代白炽灯和荧光灯，成为第四代照明光源，掀起照明领域的一场新革命。

目前在高亮度白光LED领域，制备LED封装模块通用的封装结构和方法有两种，一种是在芯片表面涂完荧光粉后，通过灌封的方式在芯片和外封透镜或模具之间的空隙中充入硅胶；另一种方式是在芯片表面涂完荧光粉后，在杯碗中注满硅胶，用外封透镜压平硅胶。涂荧光粉的方式目前有三种，一种是将荧光粉和硅胶混合形成荧光粉胶，然后点涂在LED芯片表面，点涂的方式可以是让荧光粉胶自由成形，也可以让荧光粉胶充填在模具中；第二种是采用溶液蒸发法，将荧光粉和溶液混合均匀形成荧光粉悬浊液，然后涂到LED芯片上，通过蒸发的方式将溶液挥发掉，荧光粉就沉淀在LED芯片表面；第三种是采用电泳的方式，使荧光粉带电并通过正负电极的吸引作用使荧光粉颗粒吸附到LED芯片表面。

在实际生产中，为保证产品性能的一致性，尤其是色温的一致性，需要不断检测LED在涂完荧光粉胶并且未固化之前的光色品质。一旦发现产品的性能离标准要求有过大误差，就需要在后续生产中调节荧光粉的喷涂量。尽管这种方法可以保证在检测的当时，每个产品的性能不会相差太大，但是在LED未固化之前和固化的过程中，荧光粉都会缓慢的沉淀。这往往导致LED在完全固化后的性能有相当大的差别，从而出现一些光色品质不能满足需要的产品。虽然LED仍然可以工作正常，但这些不合格的产品却相当于废品，既不能回收利用，也没办法销售出去。因此，如何保证LED在固化之前和固化之后的性能相差不大，是当前LED封装所面临的一个重要问题。

由于荧光粉在性能方面显著的影响作用，本发明提出一种利用荧光粉薄膜制备白光发光二极管的封装结构和方法。预先将具有各种不同参数的荧光粉薄膜制备出来，在封装的过程中检测哪种参数的薄膜能使LED满足合格的性能要求，便将该薄膜封装进去。由于荧光粉薄膜预先已经完全固化，而硅胶在固化前后性能基本不变，因此该种封装方法可以有效的解决LED固化前后性能波动过大的问题。

发明内容

本发明针对传统的白光发光二极管器件的封装结构和方法提出一种新的封装结构和方法，旨在提供一种利用荧光粉薄膜制备白光发光二极管的封装结构和方法。

本发明的封装结构主要包括发光二极管(LED)芯片，封装管壳，封装硅胶和荧光粉薄膜，其特征在于，LED芯片贴装在封装管壳内，LED芯片首先被一层封装硅胶包覆，然后被预先制备好的并被切割成用于封装所需大小的荧光粉薄膜覆盖，最后被所需透镜形状的封装硅胶覆盖。

本发明所述的LED芯片为平面电极正装芯片或垂直电极正装芯片或倒装芯片。平面电极正装芯片和垂直电极正装芯片的底部采用高导热焊料或共晶焊或激光焊接的方式贴装在封装管壳内。倒装芯片采用焊球倒装在封装管壳内。本发明

所述的LED芯片包括蓝光LED芯片和紫外LED芯片。

本发明所述的封装管壳是陶瓷管壳或金属管壳或带金属基座的塑料管壳。封装管壳是平板型或带有反光杯的结构。陶瓷管壳可以是多层烧结的、有埋入电路和保护器件的陶瓷板。陶瓷材料为Al₂O₃或AlN。

本发明所述的荧光粉薄膜是利用荧光粉胶制备的，制备方法包含以下步骤，如图1所示：

a)将荧光粉和硅胶搅拌均匀，制成荧光粉胶1；

b)在两块平板2上贴上Teflon(特富龙)薄膜3并清洗；

c)在平板2上装上用于限制两板间间隔的限位台4；

d)将荧光粉胶1涂在一块平板2上；

e)将另一块平板2压在之前的平板2上，并且用夹具保持两板间的间隔为限位台4的高度；

f)送入烘箱升温固化；

g)取出平板并分开两块平板得到整张荧光粉薄膜5；

h)切割整张荧光粉薄膜得到所需大小的小片荧光粉薄膜6。

本发明所述的预先制备出的荧光粉薄膜具有不同的参数，上述参数包括厚度、浓度、荧光粉的激发光谱和发射光谱、荧光粉的种类、不同荧光粉的混合比，上述荧光粉的种类包括黄色荧光粉、红色荧光粉、绿色荧光粉、橙色荧光粉和三基色荧光粉，上述不同荧光粉的混合比指的是荧光粉薄膜中的多种荧光粉的配比及比重，包括黄色荧光粉+红色荧光粉，黄色荧光粉+橙色荧光粉，黄色荧光粉+红色荧光粉+绿色荧光粉。上述黄色荧光粉、红色荧光粉、绿色荧光粉、橙色荧光粉用于蓝光LED芯片，上述三基色荧光粉用于紫外LED芯片。

本发明所述的白光发光二极管的封装结构，其特征在于，第一层用于封装LED芯片的封装硅胶的表面是稍微凸起的，并且上述封装硅胶在被荧光粉薄膜覆盖之前没有固化。

本发明所述的白光发光二极管的封装结构，其特征在于，封装管壳内的荧光粉薄膜可以叠加多层，通过具有不同参数的荧光粉薄膜来满足白光发光二极管的光色品质。

本发明所述的白光发光二极管的封装方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

q)将LED芯片7贴装在封装管壳8内；

r)在LED芯片7上点涂一层封装硅胶9；

s)将荧光粉薄膜6置于封装硅胶9上但并不接触封装硅胶9；

t)测试上述白光LED的光色品质，并依据所要求的封装性能调换其他参数的荧光粉薄膜6，直至满足要求；

u)将荧光粉薄膜6覆盖在封装硅胶9上；

v)将LED器件送入烘箱预固化；

w)在封装管壳8内，荧光粉薄膜6上，填充封装硅胶9并形成所需的透镜形状；

x)送入烘箱，预固化并完全固化。

本发明所述的封装结构和封装方法适用于单芯片或多芯片封装模块，多芯片中芯片的分布可以是阵列式或其他规则分布的形式。

附图说明

图1为制备荧光粉薄膜的工艺流程示意图。

图2为本发明实施例1的结构示意图和封装流程图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

图4为本发明实施例3的结构示意图。

图5为本发明实施例4的结构示意图。

附图标记说明：1 荧光粉胶、2 平板、3 Teflon(特富龙)薄膜、4 限位台、5 整张荧光粉薄膜、6 小片荧光粉薄膜、7 LED芯片、8 封装管壳、9 封装硅胶、10 金线、11 电路层

具体实施方式

实施例1

如图2所示，为本发明实施例1的结构示意图。白光发光二极管器件的封装结构包括LED芯片7、封装管壳8、封装硅胶9、金线10和荧光粉薄膜6。LED芯片7是正装芯片，芯片电极可以是垂直电极也可以是平面电极，本实施例中是平面电极。LED芯片7贴装在封装管壳8的电路层11上，封装管壳8是陶瓷基板或金属基板。封装管壳8上的一些结构可以限制封装硅胶9的流动，从而便于在芯片表面涂覆一层薄薄的封装硅胶9。荧光粉薄膜6压在上述结构和第一层封装硅胶9之上。

本实施例还提出另外两种形成第一层封装硅胶的方法。一种是采用围坝的方式：将高粘度易于固化的透明胶体在LED芯片7周围围成一圈，然后在其中涂满封装硅胶9；另一种方式是采用模具的方式：在LED芯片7外围放上一圈模具，在固化完第一层封装硅胶9和荧光粉薄膜6之后，将模具取出。

本实施例中LED芯片7和荧光粉薄膜6最后被透镜形的封装硅胶9包覆。上述封装硅胶9可以有多层，依据光色指标确定，本实施例中只有一层。

实施例2

如图3所示，为本发明实施例2的结构示意图。于实施例1不同的是，封装管壳8带有反光杯结构，通过反光杯上的结构来限定荧光粉薄膜6的高度的，高度可以依据光色指标调整。

实施例3

如图4所示，为本发明实施例3的结构示意图。于实施例2不同的是，在涂完第一层封装硅胶9之后，荧光粉薄膜6可以有多层，依据光色指标要求，每层荧光粉薄膜6可以是厚度、浓度、荧光粉种类等有差别。

实施例4

如图5所示，为本发明实施例4的结构示意图。于实施例1不同的是，封装管壳8所封装的是多颗LED芯片7，每三颗LED芯片被一层荧光粉薄膜6所覆盖，然后被封装硅胶9所包覆。

Claims

1、一种利用荧光粉薄膜制备白光发光二极管的封装结构，主要包括发光二极管(LED)芯片，封装管壳，封装硅胶和荧光粉薄膜，其特征在于：LED芯片贴装在封装管壳内，LED芯片首先被一层封装硅胶包覆，然后被预先制备好的并被切割成用于封装所需大小的荧光粉薄膜覆盖，最后被所需透镜形状的封装硅胶覆盖。

2、根据权利要求1所述的白光发光二极管的封装结构，其特征在于，荧光粉薄膜是利用荧光粉胶制备的，制备方法包含以下步骤：

a)将荧光粉和硅胶搅拌均匀，制成荧光粉胶；

b)在两块平板上贴上Teflon(特富龙)薄膜并清洗；

c)在平板上装上用于限制两板间间隔的限位台；

d)将荧光粉胶涂在一块平板上；

e)将另一块平板压在之前的平板上，并且用夹具保持两板间的间隔为限位台的高度；

f)送入烘箱升温固化；

g)取出平板并分开两块平板得到整张荧光粉薄膜；

h)切割整张荧光粉薄膜得到所需大小的小片荧光粉薄膜。

3、根据权利要求2所述的白光发光二极管的封装结构，其特征在于：预先制备出的荧光粉薄膜具有不同的参数，上述参数包括厚度、浓度、荧光粉的激发光谱和发射光谱、荧光粉的种类、不同荧光粉的混合比，上述荧光粉的种类包括黄色荧光粉、红色荧光粉、绿色荧光粉、橙色荧光粉和三基色荧光粉，上述不同荧光粉的混合比指的是荧光粉薄膜中的多种荧光粉的配比及比重，包括黄色荧光粉+红色荧光粉，黄色荧光粉+橙色荧光粉，黄色荧光粉+红色荧光粉+绿色荧光粉。上述黄色荧光粉、红色荧光粉、绿色荧光粉、橙色荧光粉用于蓝光LED芯片，上述三基色荧光粉用于紫外LED芯片。

4、根据权利要求1所述的白光发光二极管的封装结构，其特征在于，第一层用于封装LED芯片的封装硅胶的表面是稍微凸起的，并且上述封装硅胶在被荧光粉薄膜覆盖之前没有固化。

5、根据权利要求1所述的白光发光二极管的封装结构，其特征在于，封装管壳内的荧光粉薄膜可以叠加多层，通过应用权利要求3中具有不同参数的荧光粉薄膜来满足白光发光二极管的光色品质。

6、根据权利要求1所述的白光发光二极管的封装方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

i)将LED芯片贴装在封装管壳内；

j)在LED芯片上点涂一层封装硅胶；

k)将荧光粉薄膜置于封装硅胶上但并不接触封装硅胶；

l)测试上述白光LED的光色品质，并依据所要求的封装性能调换其他参数的荧光粉薄膜，直至满足要求；

m)将荧光粉薄膜覆盖在封装硅胶上；

n)将LED器件送入烘箱预固化；

o)在封装管壳内，荧光粉薄膜上，填充封装硅胶并形成所需的透镜形状；

p)送入烘箱，预固化并完全固化。