CN102005520A - 一种led封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED封装方法，属于光电器件技术领域。该方法在封装过程中，利用AAO模板在环氧树脂上制备出周期性微结构，具体为：制备与所要封装的LED芯片的波长相匹配的周期性微结构的AAO模板；然后将AAO模板均匀铺在LED封装模具的内表面上；最后将液态环氧树脂浇铸到模具里，真空脱气，放入烘箱进行烘烤，待环氧树脂固化后，将所封装的器件从模具上取下，LED器件的环氧树脂的外表面具有与AAO模板一样的周期性微结构。本发明进一步用AAO模板制备出可重复使用、带有周期性微结构的封装模具。本发明通过将AAO模板上的周期性微结构转移到LED封装材料环氧树脂上，改善器件的光学性能，从而提高出光效率。
Description
技术领域
本发明属于光电器件技术领域，具体涉及一种LED封装方法。
背景技术
半导体发光二极管(LED)具有高亮度、低能耗、长寿命、响应速度快等特点，是一种绿色环保型的固体光源，因而在照明、交通灯显示、平板显示等领域有广泛的应用。虽然LED的内量子效率可以达到较高的水平，但由于材料的高折射率使得LED器件的出光效率很低，最终造成LED的外量子效率不高。因此，提高LED的出光效率成为人们亟需解决的问题，引起人们的广泛关注和研究。近年来，人们提高LED出光效率的主要方法有：外延片生长时使用PSS衬底；芯片制造过程中加入底部反射镜、管芯侧壁腐蚀、出光面粗糙化或光子晶体制作等等。这些方法虽然能使裸芯片LED的出光效率得到有效的改善和提高，但是在管芯封装后，由于环氧树脂的包围，通过采用上述方法得到的较高的出光效率会被部分消除而降低，最终导致封装后的LED出光效率的提高不是非常明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED封装方法，可有效提高LED器件的出光效率。
本发明提供的LED封装方法，其特征在于，在封装过程中用阳极氧化铝(Anodic aluminumoxide，AAO)模板在环氧树脂上制备出周期性微结构，具体包括如下步骤：
1)利用二次阳极氧化法制备出多孔的具有周期性的AAO模板。在制备过程中，根据所要封装LED芯片的波长，通过调控电解液浓度、氧化电压、温度和时间等参数制备出相应孔径大小和孔间距的AAO膜。将铝基底用饱和氯化铜溶液去除，即获得了具有周期性微结构的AAO模板。
2)将AAO模板移植到LED封装模具的内表面，让模具内表面均匀铺上此周期性微结构AAO膜。
3)将配制好的环氧树脂预聚体浇注到模具里，真空脱气，放入烘箱进行烘烤。待其固化后，将所封装的器件从模具上取下，此时LED器件环氧树脂的外表面具有与AAO模板一样的周期性微结构。
本发明进一步还可利用AAO模板制备出带有周期性微结构、可重复使用的封装模具，然后以此模具在环氧树脂上制备出周期性微结构，具体包括如下步骤：
1)利用二次阳极氧化法制备出多孔的具有周期性的AAO模板。在制备过程中，根据所要封装LED芯片的波长，通过调控电解液浓度、氧化电压、温度和时间等参数制备出相应孔径大小和孔间距的AAO膜。将铝基底用饱和氯化铜溶液去除，并用磷酸除去阻挡层，即获得了具有周期性微结构的通孔AAO模板。
2)将AAO模板上的周期性微结构转移到LED封装模具上，其方法有：将制备好的AAO模板均匀铺在硅模具的内表面，然后用干法刻蚀的方法将AAO模板上的周期性微结构复制到硅模具的内表面；或者也可以采用热固化的方法将AAO模板上的图形转移到硅橡胶模具上。通过上述方法便可获得带有周期性微结构、可重复使用的LED封装模具。
3)将配制好的环氧树脂预聚体浇注到模具里，真空脱气，放入烘箱进行烘烤。待其固化后，将所封装的器件从模具上取下，此时LED器件环氧树脂的外表面具有与AAO模板一样的周期性微结构。
所述的AAO模板的周期性孔结构与所要封装的LED芯片的波长相匹配，其中孔的直径范围为100-300nm，孔的深度约为1um，孔间距接近LED芯片的发光波长。
本发明利用AAO模板，该模板具有孔洞排列规则，孔径大小均匀，孔径和孔间距灵活可控以及良好的热稳定性和化学稳定性等优点，把AAO模板上的周期性微结构转移到材料上将使材料表现出独特的光学性质；另外，通过改变微结构的参数(如结构单元形状、周期、孔径及孔洞深度等)还可实现对材料光学性质的调制。本发明将AAO模板上的周期性微结构转移到LED封装材料环氧树脂上，可有效提高LED器件的出光效率。本发明还可结合用AAO模板在LED芯片的出光面制备出周期性微结构，进一步提高器件的出光效率。
附图说明
图1是利用二次阳极氧化法制备的AAO模板；
图2是将AAO模板铺在模具内表面封装小管芯LED的结构示意图；
图3是用带有周期性微结构的硅模具封装小管芯LED的结构示意图；
图4是用AAO模板封装大功率垂直结构GaN基LED的结构示意图。
1-直插式支架；2-小管芯GaN基蓝光LED芯片；3-环氧树脂；4-带周期性微结构的AAO模板；5-封装模具；6-铝基板；7-盖透镜；8-大功率垂直结构GaN基蓝光LED芯片。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体的实施例对本发明所述的LED封装方法做进一步描述。
实施例一：AAO膜贴于模具内表面的小管芯GaN基蓝光LED直插式封装
1.将电抛光后的铝箔放入磷酸溶液中，用二次阳极氧化法制备出孔间距接近460nm(此蓝光LED管芯发光波长)的周期性微结构AAO膜。用饱和的氯化铜溶液除去铝基底，再用5％的磷酸溶液扩孔，即可获得孔径约为270nm的周期性微结构AAO模板，如图1。
2.将步骤1制备得到的具有周期性微结构的AAO膜均匀铺在封装模具的内表面上。
3.往模具内注入液态的环氧树脂，再将压焊好的LED支架插入硅模具里，小管芯GaN基蓝光LED，发光波长约为460nm，如图2所示。然后将其放入烘箱烘烤，待其固化后将LED器件从封装模具中取出，即可获得具有周期性微结构的环氧树脂外表面的LED。
实施例二：用通过AAO模板制备的硅模具封装小管芯GaN基蓝光LED
1.将电抛光后的铝箔放入磷酸溶液中，用二次阳极氧化法制备出孔间距约为460nm的周期性微结构AAO膜。用饱和的氯化铜溶液除去铝基底，再用5％的磷酸溶液扩孔，即可获得孔径约为270nm的周期性微结构AAO模板，如图1。
2.将步骤1制备得到的具有周期性微结构的AAO膜均匀铺在硅模具的内表面上。
3.以AAO模板为掩膜，用干法刻蚀技术刻蚀硅模具，然后去除AAO模板，即可获得内表面带有周期性微结构、可重复使用的硅封装模具。
4.在硅模具内表面喷涂上脱模剂，然后注入液态的环氧树脂，再将压焊好的LED支架插入硅模具里，小管芯GaN基蓝光LED，发光波长约为460nm，如图3所示。将其放入烘箱烘烤，待其固化后将LED器件从硅模具中取出，即可获得具有周期性微结构的环氧树脂外表面的LED。
实施例三：大功率垂直结构GaN基蓝光LED芯片封装
1.将电抛光后的铝箔放入磷酸溶液中，用二次阳极氧化法制备出孔间距约为460nm的周期性微结构AAO膜。用饱和的氯化铜溶液除去铝基底，再用5％的磷酸溶液扩孔，即可获得孔径约为270nm的周期性微结构通孔AAO模板，如图1。
2.将步骤1制备得到的具有周期性微结构的AAO膜均匀铺在大功率垂直结构LED管芯n-GaN的表面，然后用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀，n-GaN的刻蚀深度约为1um。待刻蚀结束后，去除管芯表面的AAO模板，便可获得带有周期性微结构的n-GaN出光面。
3.将此大功率垂直结构LED管芯固定在铝基板上，并打线压焊。然后，将步骤1制备得到的具有周期性微结构的AAO膜均匀铺在盖透镜的内表面，再将此带有AAO模板的盖透镜扣在铝基板上LED管芯的正上方。大功率垂直结构GaN基LED管芯，发光波长约为460nm，如图4所示：管芯下面是p-GaN(8a)，光从顶部较厚的n-GaN(8b)出来，该LED管芯顶部带有周期性微结构的出光面(8c)；封装大功率LED管芯用的盖透镜的内表面铺有一层AAO膜。
4.往盖透镜所包覆的模腔内注入液态环氧树脂，放入烘箱烘烤。待其固化后，将盖透镜取下，即可得到带有周期性微结构的环氧树脂外表面的LED；也可根据所使用的盖透镜的情况，保留盖透镜，而得到透镜内表面处带有周期性微结构的LED。
本发明有以下几个方面的优点：
(1)AAO模板制备工艺简单，价格低廉。通过简单的电化学常温制备方法即可获得大面积均匀的具有周期性微结构的AAO膜。
(2)在LED芯片封装中，将AAO模板上的周期性微结构复制到环氧树脂外表面，可有效改善LED器件的出光效率。由于微结构的某一周期对不同的光波长有不同的透光性，因此针对某一波长的LED芯片，需要最优参数的周期性微结构以利于光的提取。而在AAO模板制备过程中，通过优化阳极氧化条件(包括酸溶液的种类和浓度，氧化时间和温度等)可实现孔形状、孔径、孔间距和膜厚灵活可控，从而得到最优的周期性微结构。在实施例一和二中，通过本发明的方法得到：对于蓝光460nm的LED，所对应的较优的AAO模板参数是孔间距接近LED发光波长(即460nm)，孔径约为270nm，以此参数AAO模板制备的带有周期性微结构的环氧树脂能使器件的出光效率比无结构环氧树脂器件高出10％以上。对于其他发光波长的LED，也可以通过此方法制备出相应周期的微结构以利于器件出光效率的提高。
(3)此方法还可结合LED芯片出光面无规粗糙化或周期性微结构(如光子晶体)制作进一步提高器件的出光效率。如在实施例三中，通过在大功率垂直结构LED较厚的n-GaN和包裹LED管芯的环氧树脂外表面制备周期性微结构，可以使得器件的出光效率提高30％以上。
(4)此外，通过AAO模板可制备出带有周期性微结构、可重复使用的LED封装模具，然后以此模具可封装出环氧树脂外表面带有周期性微结构的LED器件，既方便批量生产又节省成本。
为清楚阐述本发明而介绍了相关实施例和附图，但是引入的实施例和附图并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种LED封装方法，其特征在于，在封装过程中，利用AAO模板在环氧树脂表面上制备出周期性微结构，具体包括如下步骤：
1)制备与所要封装的LED芯片的波长相匹配的周期性微结构的AAO模板；
2)将AAO模板均匀铺在LED的封装模具的内表面上；
3)将封装用的环氧树脂浇注到模具里，真空脱气，放入烘箱进行烘烤，待其固化后，LED器件环氧树脂的外表面具有与AAO模板一样的周期性微结构。
2.一种LED封装方法，其特征在于，用AAO模板制备出带有周期性微结构的封装模具，然后以此模具进行环氧树脂的浇注，固化后的环氧树脂表面有周期性微结构，具体包括如下步骤：
1)制备与所要封装的LED芯片的波长相匹配的周期性微结构的AAO模板；
2)将AAO模板上的周期性微结构转移到LED封装模具的内表面上；
3)将封装用的环氧树脂浇注到模具里，真空脱气，放入烘箱进行烘烤，待其固化后，LED器件环氧树脂的外表面具有与AAO模板一样的周期性微结构。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的AAO模板有周期性孔结构，其中孔的直径范围为100-300nm，孔间距接近LED芯片的发光波长。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的封装模具材料为硅或硅橡胶。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将AAO模板均匀铺在硅模具的内表面，通过干法刻蚀方法，在硅模具的内表面上得到与AAO模板一致的周期性微结构。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，硅橡胶模具是采用热固化方法制备，具体是将AAO模板均匀铺在一模具的内表面，浇注入液态硅胶，待其固化后，将硅胶取出，便可得到内表面带有周期性微结构的硅橡胶模具。
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