CN102437273B - 利用表面改性实现无透镜封装的led封装器件及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED封装器件及其封装方法，该封装器件包括：封装基体，设置在封装基体上的LED芯片，设置在封装基体上以LED芯片为中心形成环形包围区域的表面改性层，以及分别点涂所述环形包围区域内、用于对LED芯片进行包裹封装的荧光粉胶层和硅胶层，所述表面改性层用于改变荧光粉胶层和硅胶层与封装基体表面之间的润湿角。本发明的优点是通过改变荧光粉胶与硅胶在封装基体表面的润湿角，利用表面改性层影响硅胶和荧光粉胶的流动，结合硅胶和荧光粉胶的表面张力，形成具备设计要求的荧光粉层和硅胶层，实现无透镜封装。该方法具有成本低、操作简单、易于实现的优点。

Description

利用表面改性实现无透镜封装的LED封装器件及其方法

技术领域

本发明涉及LED封装器件及其封装方法，尤其涉及通过对封装基体进行表面改性来控制荧光粉层和硅胶层几何形状、从而实现无透镜封装的封装器件及其方法。

背景技术

LED（Light Emitting Diode）是一种基于P-N结电致发光原理制成的半导体发光器件，具有电光转换效率高、使用寿命长、环保节能、体积小等优点，被誉为21世纪绿色照明光源，如能应用于传统照明领域将得到十分显著的节能效果，这在全球能源日趋紧张的当今意义重大。随着以氮化物为代表的第三代半导体材料技术的突破，基于大功率高亮度发光二极管（LED）的半导体照明产业在全球迅速兴起，正成为半导体光电子产业新的经济增长点，并在传统照明领域引发了一场革命。LED由于其独特的优越性，已经开始在许多领域得到广泛应用，被业界认为是未来照明技术的主要发展方向，具有巨大的市场潜力。

LED封装作为LED产业的中游环节，对实现LED照明的快速推广具有重要意义。提高LED的发光效率、发光质量，可靠性，与此同时降低LED的成本，是LED封装的主要目的。

目前在高亮度白光LED领域，制备LED封装模块常用的封装方法是在芯片表面点涂荧光粉胶后，通过灌胶的方式在芯片和外封透镜或模具之间的空隙中冲入硅胶。在这种方法中，透镜或模具需提前制备，且透镜也需模具制造，不可避免地在生产成本中加入模具费用。此外，模具为方便脱模所加入的脱模剂或其它化学制剂会在硅胶中引入杂质，这些杂质在灌封和使用过程中会引入如湿气等加速器件失效的因素。因而在LED封装中找寻一种操作简单，成本低廉的无透镜封装方法意义重大。

发明内容

本发明的目的在于通过在LED封装基体表面增加表面改性层，使荧光粉胶、硅胶与封装基体表面的润湿角改变，从而提供一种无透镜化的白光LED封装方法及封装器件。

按照本发明的一个方面，本发明的LED封装器件包括：

封装基体；

设置在封装基体上的LED芯片；

设置在封装基体上以LED芯片为中心形成环形包围区域的表面改性层；

分别点涂在所述环形包围区域内、用于对LED芯片进行包裹封装的荧光粉胶层和硅胶层，其中所述表面改性层的材料是表面能与封装基体表面能不同的亲硅胶或疏硅胶材料，其呈环形分布在封装基体表面上且用于改变荧光粉胶层和硅胶层与封装基体表面之间的润湿角。

作为进一步优选地，所述表面改性层所构成的形状例如为方形、圆形、规则或不规则的多边形。其可以是封闭或不封闭的，或由不同的不封闭层连接形成封闭层。

作为进一步优选地，所述表面改性层位于同一平面或不同平面上。

作为进一步优选地，所述表面改性层的材料选自表面能与封装基体表面能不同的氟硅高分子材料、石墨片或纳米二氧化钛等，并通过喷涂、键合或印刷方式连接在封装基体上。

作为进一步优选地，设置在封装基体上的LED芯片的数量为1个或2个以上，其中多个芯片的情况下芯片的分布可以是阵列式或其他规则分布形式。

作为进一步优选地，位于封装器件最外层的所述荧光粉胶层或硅胶层形成为透镜形状。

作为进一步优选地，所述封装基体为平板型结构或反光杯型结构。

作为进一步优选地，所述硅胶层为多层，其中一层或多层位于所述荧光粉胶层内，其它层均位于荧光粉胶层外。

按照本发明的另一方面，本发明的LED封装器件包括：

封装基体；

设置在封装基体上的2个以上的LED芯片；

设置在封装基体上以各个LED芯片为中心分别形成环形包围区域的表面改性层；

点涂在最内侧所述环形包围区域内、用于对各个LED芯片进行包裹封装的荧光粉胶层；

点涂在外侧所述环形包围区域内、用于对相邻LED芯片及相应荧光粉胶层一起进行包裹封装的硅胶层，其中所述表面改性层的材料是表面能与封装基体表面能不同的亲硅胶或疏硅胶材料，其呈环形分布在封装基体表面上且用于改变荧光粉胶层和硅胶层与封装基体表面之间的润湿角。

按照本发明的又一方面，本发明提供了一种用于对LED芯片进行无透镜封装的方法，该方法包括以下步骤：

在封装基体的表面上设置环形分布的表面改性层，该表面改性层的材料是表面能与封装基体表面能不同的亲硅胶或疏硅胶材料，且用于改变荧光粉胶层和硅胶层与封装基体表面之间的润湿角；

在封装基体的表面上所述环形的中心位置贴装LED芯片；

在封装基体的表面上由所述表面改性层以LED芯片为中心形成的不同环形包围区域内，通过点胶设备分别将荧光粉胶和硅胶点涂在封装基体上，形成用于包裹封装LED芯片的荧光粉胶层和硅胶层；

控制温度，使得整个封装器件完全固化以完成封装。

作为进一步优选地，所述表面改性层之间的距离由所需的荧光粉胶或硅胶的厚度来确定；

作为进一步优选地，所述表面改性层通过喷涂、键合、印刷或其它适当方法设置在封装基体上；

作为进一步优选地，贴装在封装基体上的LED芯片的数量被设置为2个以上，其中多个芯片的情况下芯片的分布可以是阵列式或其他规则分布形式。

作为进一步优选地，通过控制点胶的速度和胶量，所述荧光粉胶层和硅胶层在达到稳定状态时具备符合设计要求的表面形状，例如被形成为透镜形状。

作为进一步优选地，在通过点胶设备将荧光粉胶和硅胶点涂在封装基体上后，可以对所述荧光粉胶层或硅胶层迅速加温并维持一段时间，以使其表面固化。

通过本发明提供的LED封装器件及其方法，由于表面改性层的改性作用，使封装器体最外层为荧光粉胶层或硅胶层，而且其表面形状具备设计要求。本发明提供的LED封装器件利用表面改性层的改性作用，实现无透镜封装。

附图说明

下面结合附图来进一步具体描述按照本发明的多个实施例。

图1为按照本发明的第一实施例的示意图，其中图1（a）是将荧光粉胶层设置在内而硅胶层设置在外的情形，图1（b）是将荧光粉胶层设置在外而硅胶层设置在内的情形；

图2为按照本发明的第二实施例的示意图；

图3为按照本发明的第三实施例的示意图；

图4为按照本发明的第四实施例的示意图；

图5为按照本发明的第五实施例的示意图；

图6为按照本发明的第六实施例的示意图；

图中符号说明

1平板型封装基体  2LED芯片  3荧光粉胶层

4硅胶层  5表面改性层（疏硅胶）  6表面改性层（亲硅胶）  7反光杯型封装基体

具体实施方式

实施例一

下面结合附图来进一步具体说明本发明的实施例。图1为按照本发明的第一实施例的示意图，其中图1（a）是将荧光粉胶层设置在内而硅胶层设置在外的情形，图1（b）是将荧光粉胶层设置在外而硅胶层设置在内的情形。参见图1，LED器件的结构由封装基体1，LED芯片2，荧光粉胶层3，硅胶层4，表面改性层5组成。LED芯片贴装在封装基体1中。封装基体1是平板型结构或反光杯型结构或其他结构，本实施例中为平板型结构。封装基体1上有一个或多个表面改性层5，本实施例中包含2个表面改性层。表面改性层5形成为环绕包围LED芯片的环形，环的形状可以是方形或圆形、或者规则或不规则的多边形或其他形状，环可以是封闭的或不封闭或由不同的不封闭层连接形成的封闭层。各个表面改性层可以位于同一个平面上或在不同平面上，本实施例中，各改性层位于同一平面上。每个改性层的宽度是相同的或不相同，本实施例中各层宽度相同。表面改性层5的材料是表面能与原封装基体表面能不同的金属材料、纳米材料或亲硅胶或疏硅胶材料，如氟硅高分子材料、石墨片、纳米二氧化钛等材料。这些材料可以通过喷涂、键合、印刷或其它方法连接在封装基体1上。封装基体1的材料可以是金属、陶瓷、单晶硅或其它材料。

本实施例中，LED芯片2可以首先被荧光粉胶层3包裹，再被硅胶层4包裹；也可以首先被硅胶层4包裹，再被荧光粉胶层3包覆。位于最外层的硅胶层4或荧光粉胶层3为透镜形状。本实施例中的LED芯片2为水平电极正装芯片或垂直电极正装芯片或倒装芯片。平面电极正装芯片或垂直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基体上，倒装芯片采用焊球倒装在封装基体上。所述的LED芯片包括蓝光发光芯片和紫外发光芯片，所述的荧光粉依据芯片类型采用不同类型的荧光粉。

具体的封装方法可包含以下步骤：

在封装基体的表面上设置环形分布的表面改性层，该表面改性层用于改变荧光粉胶和硅胶这些封装材料与封装基体表面之间的润湿角；环的形状例如方形、圆形、规则或不规则的多边形。环是封闭或不封闭结构；各个改性层之间的距离由所需的荧光粉胶或硅胶的厚度决定；

将LED芯片贴装在封装基体的表面上，并依据芯片类型采取合适的电互连；

在封装基体的表面上由所述表面改性层包围的不同环形区域内，通过点胶设备分别将荧光粉胶和硅胶均匀点涂在封装基体上，形成用于包裹封装LED芯片的荧光粉胶层和硅胶层；其中可以通过控制点胶的速度和胶量，使得荧光粉胶或硅胶在达到稳定状态时具备符合设计要求的表面形状，在本实施例中被形成为透镜形状；

控制温度，使得整个封装器件完全固化以完成封装。

封装方法基于荧光粉胶和硅胶的物理化学性质，通过在LED封装基体1的上表面增加表面改性层5，使荧光粉胶层3、硅胶层4与封装基体1上表面的润湿角改变。贴装芯片后，逐步点涂荧光粉胶和硅胶分别来形成荧光粉胶层和硅胶层，荧光粉胶层3或硅胶层4在封装基体1表面上的形状受表面改性层5的控制，其它部分在表面张力和重力的共同作用下形成稳定形状。通过控制荧光粉胶或硅胶的量，最终形成表面形状具备设计要求的包括荧光粉层、硅胶层等的封装体。其具体过程为：当荧光粉胶或硅胶流动到改性层的内侧面时，由于受到润湿角变化的影响，荧光粉胶或硅胶会停止流动或进一步流动，其在基体表面上的形状受表面改性层限制。改性层可以是亲硅胶层或疏硅胶层，本实施例中的为疏硅胶层。当继续增加点胶量时，荧光粉胶或硅胶会在表面张力和重力的共同作用下发生改变，因而可以通过控制点胶量来生成满足要求的表面形状。

实施例二

参见图2，LED器件的结构由LED芯片2，荧光粉胶层3，硅胶层4，表面改性层5组成。LED芯片贴装在封装基体1中。封装基体1是平板型结构或反光杯型结构，本实施例中为平板型结构。封装基体1上有一个或多个表面改性层5，本实施例中包含4个表面改性层。表面改性层5形成为包围LED芯片的环形，环的形状可以是方形或圆形、规则或不规则的多边形或其它形状，环可以是封闭的或不封闭或由不同的不封闭层连接形成的封闭层。每个表面改性层可以位于同一个平面上或在不同平面上，本实施例中各改性层位于同一平面上。每个改性层的宽度是相同的或不相同，本实施例中各层宽度相同。改性层5的材料是表面能与原封装基体表面能不同的金属材料、纳米材料或其它亲硅胶或疏硅胶材料，如氟硅高分子材料、石墨片、纳米二氧化钛等。这些材料可以通过喷涂、键合、印刷或其它方法连接在封装基体1上。封装基体1的材料可以是金属、陶瓷、单晶硅或其它材料。

本实施例中，LED芯片2首先被硅胶层4包覆，再被荧光粉胶层3包覆，再被多层硅胶层4包覆，硅胶层4最外层形状为透镜形状。本实施例中的LED芯片2为水平电极正装芯片或垂直电极正装芯片或倒装芯片。平面电极正装芯片或垂直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基体上，倒装芯片采用焊球倒装在封装基体上。所述的LED芯片包括蓝光发光芯片和紫外发光芯片，所述的荧光粉依据芯片类型采用不同类型的荧光粉。

具体的封装方法可与实施例一相类似，主要不同之处在于额外增加了数个硅胶层。

实施例三

实施例三与实施例一所不同的是实施例三的封装基体为反光杯型封装基体7。封装基体的反光杯面上由有疏硅胶层构成的表面改性层5和由亲硅胶层构成的表面改性层6。在本实施例中，疏硅胶层通过增大荧光粉与封装基体表面的润湿角，限制荧光粉胶的位置，通过改变荧光粉胶量，可以控制荧光粉层上表面形状，本实施例中荧光粉层为凸形。亲硅胶层减小硅胶与封装基体表面的润湿角，使硅胶上表面形成符合设计要求的形状（尤其是凹形），本实施例中硅胶层为凹形形。具体参见附图3。

实施例四

实施例四与实施例三所不同的是疏硅胶层5与亲硅胶层6的相对位置，本实施例中荧光粉层上表面形状为凹形，硅胶层上表面形状为凸形，具体参见附图4。

实施例五

实施例五与实施例一所不同的是实施例四中为多芯片封装模块，封装基体1上有多个LED芯片，每个LED芯片2被荧光粉层3包覆，每个荧光粉胶层3被硅胶层4包覆形成符合设计要求的表面形状，具体参见附图5。当然，也可以如同图2中那样，LED芯片2也可以被多层硅胶层4包覆，硅胶层4最外层形状为透镜形状。

实施例六

实施例六与实施例五所不同的是，实施例六中多个LED芯片2和荧光粉胶层3被同一个硅胶层4包覆，具体参见附图6。

本领域的普通技术人员容易理解，以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种用于对LED芯片进行无透镜封装的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在反光杯型封装基体的反光杯表面上，分别设置由疏硅胶材料构成的第一表面改性层和由亲硅胶材料构成的第二表面改性层，其中第一表面改性层用于增大荧光粉胶和硅胶这些封装材料与封装基体表面之间的润湿角，第二表面改性层用于减小荧光粉胶和硅胶这些封装材料与封装基体表面之间的润湿角，并且这两个表面改性层之间呈环形分布；

将LED芯片贴装在反光杯型封装基体的表面上，并使得LED芯片处于所述环形的中心位置；

在反光杯型封装基体的表面上由所述表面改性层形成的不同环形包围区域内，通过点胶设备分别将荧光粉胶和硅胶点涂在封装基体上，由此形成用于包裹封装LED芯片的荧光粉胶层和硅胶层，在此过程中，当荧光粉胶或硅胶流动到第一表面改性层的内侧面时，由于受到润湿角增大的影响而形成为凸形的上表面形状；而当荧光粉胶或硅胶流动到第二表面改性层的内侧面时，由于受到润湿角减小的影响而形成为凹形的上表面形状；以此方式通过控制点胶的速度和胶量，使得荧光粉胶层和硅胶层在达到稳定状态时具备符合设计要求的表面形状；

控制温度，使得整个封装器件完全固化以完成封装。

2.如权利要求1所述的用于对LED芯片进行无透镜封装的方法，其特征在于，贴装在反光杯型封装基体上的LED芯片的数量被设置为2个以上。

3.如权利要求1或2所述的用于对LED芯片进行无透镜封装的方法，其特征在于，所述亲硅胶材料为纳米二氧化钛或石墨片，所述疏硅胶材料为氟硅高分子材料。