CN102569599A

CN102569599A - 晶圆级led透镜封装结构及方法

Info

Publication number: CN102569599A
Application number: CN2011103506401A
Authority: CN
Inventors: 金鹏; 卢基存
Original assignee: WUXI RAVE OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI RAVE OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供了一种晶圆级LED透镜封装结构及方法，以晶圆作为LED芯片封装的支撑支架和散热通道，以透镜作为器件密封结构并实现所需配光，其结构包括晶圆、焊球、堤坝、荧光粉混合物、LED芯片、及透镜，所述晶圆上阵列有堤坝；所述堤坝成首尾相连的封闭结构，所述堤坝内部设置有焊球；所述焊球上安装有LED芯片，所述堤坝内部剩余空间内填充有荧光粉混合物；所述堤坝上方设置有透镜。LED封装在晶圆上完成，与传统半导体工艺相兼容，容易实现低成本和大规模生产，堤坝结构既是荧光粉混合液的包围控制层又是透镜的固定连接结构，LED芯片阵列采用倒装焊焊接到晶圆上，完成电气连接，避免了LED芯片阵列复杂的引线键合工艺。

Description

晶圆级LED透镜封装结构及方法

技术领域

本发明涉及LED封装，尤其涉及一种晶圆级LED透镜封装结构及方法。

背景技术

在LED封装工艺中LED透镜的制成是非常重要的一个环节，直接影响着LED的出光效率和空间光强分布。采用晶圆级封装技术直接将芯片倒装在晶圆片上形成有规律的阵列，然后将有相同排列规律的透镜阵列对齐固定在芯片阵列上，快速实现批量生产LED成品。以充分利用晶圆级封装成本低，体积小，效率高优点。随着二次配光透镜一次化的趋势进一步加强和封装技术的进步，LED产品的出光效率得到了加强，生产周期缩短，体积进一步缩小，应用更加灵活方便，为功率型LED产品开拓了更广阔的应用空间。功率型LED运用领域的不断扩大，对其封装工艺提出了更高的要求。最佳的封装工艺应该是既能改善LED性能又适用于低成本大规模制造。

目前，国内LED产业的透镜制作成型方法主要有模压浇注法和预成型透镜法。模压浇注法是向固定在芯片上方的透镜模具内浇注流动的封装胶体，经过一定温度烘烤成型后脱模得到所需要的透镜。预成型透镜法是预先制作好特定形状的透镜，在完成引线键合和荧光粉涂覆工艺后将其盖在芯片上并固定。专利号为200810220703.x的专利提供了一种应用导向型发光二极管器件的封装结构及方法。采用封装胶体浇注或自流成型方法制作透镜。透镜出光面为自由曲面，提高了LED出光效率和光斑质量。但该方法仍然在传统基板上完成，对于大功率LED运用仍然存在着散热性差的瓶颈，同时该方法主要针对LED芯片单个封装，很难实现大面积阵列式LED封装。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆级LED透镜封装结构，包括晶圆、焊球、堤坝、荧光粉混合物、LED芯片、及透镜，所述晶圆上阵列有堤坝；所述堤坝成首尾相连的封闭结构，堤坝内部设置有焊球；所述焊球上安装有LED芯片，所述堤坝内部剩余空间内填充有荧光粉混合物；所述堤坝上方设置有透镜。

所述堤坝为圆形、椭圆形、矩形、菱形中的一种。

所述LED芯片是通过焊球倒装在晶圆上。

所述荧光粉混合物将焊球及LED芯片完全包围。

一种晶圆级LED透镜封装方法，包括以下步骤：

A、在晶圆上制作绝缘层，再在绝缘层上淀积金属导电层阵列；

B、在晶圆上制作堤坝阵列；

C、在导电层上和LED芯片上形成凸点焊球；

D、将LED芯片通过倒装焊工艺焊接在晶圆上对应的金属导电层上，完成电气连接形成LED芯片阵列；

E、将荧光粉同透明封装体按比例混合均匀，涂覆到每个LED芯片或其阵列上并被堤坝包围，实现灌封；

F、将预先根据使用需求设计制造出的透镜阵列对齐扣压在堤坝阵列上，在透镜上施加压力，挤压下面未固化的混合液，赶出其中的气泡，然后通过紫外线照射或高温烘烤固化，固定透镜阵列，完成LED晶圆级阵列封装。

其中，步骤B所述堤坝阵列与步骤F所述透镜阵列相对应，所述堤坝结构的制作材料是具有对300-800nm波长光强反射性的材料，其制作方法为淀积、焊接、粘接中的一种。

其中，步骤C所述的凸点焊球其材料为金、铜、锡的单一材料、多层材料、合金或非全金属焊球；步骤D所述的金属导电层为铝、银、铜、铂、镍单一材料或其合金材料。

其中，步骤F所述的固化温度在110℃～150℃。

其中，步骤E所述透明封装体是指对300-800nm波长光具有良好透射性的材料。

其中，步骤F所述透镜为浇注压模成型、自成型或几个部分透镜组合而成。透镜材料是对300-800nm波长光具有良好透射性的材料。

本发明的有益效果为：LED封装在晶圆上完成，与传统半导体工艺相兼容，容易实现低成本和大规模生产；晶圆为LED芯片提供散热通道，较传统塑料基板或陶瓷基板提高了热导率。同时，硅的热膨胀系数与LED芯片相近，提高了可靠性；堤坝结构既是荧光粉混合液的包围控制层，保证芯片被混合液完全灌封，又是透镜的固定连接结构；另外，可根据透镜的形状灵活设计堤坝结构的形状，高度，厚度参数；通过设计实现透镜与堤坝之间灵活的连接和固定；透镜阵列对应堤坝阵列封装，可以一次性得到大量一致性好并且可以直接使用的产品；LED芯片阵列采用倒装焊焊接到晶圆上，完成电气连接，避免了LED芯片阵列复杂的引线键合工艺。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明所述的晶圆级LED透镜封装结构示意图。

图2为本发明所述的堤坝结构示意图。

图3为本发明所述的晶圆级LED阵列示意图。

图中：

1、晶圆；2、焊球；3、堤坝；4、荧光粉混合物；5、LED芯片；6、透镜。

具体实施方式

如图1～3所示实施例中，本发明所述的、一种晶圆级LED透镜封装结构，包括晶圆1、焊球2、堤坝3、荧光粉混合物4、LED芯片5、及透镜6，所述晶圆1上阵列有堤坝3；所述堤坝3成首尾相连的封闭结构，堤坝3内部设置有焊球2；所述焊球2上安装有LED芯片5，所述堤坝3内部剩余空间内填充有荧光粉混合物4；所述堤坝3上方设置有透镜6；所述堤坝3为圆形、椭圆形、矩形、菱形或其它不规则形状中的一种，具体造型根据光学设计的要求而定；所述LED芯片5是通过焊球2倒装在晶圆1上；所述荧光粉混合物4将焊球2及LED芯片5完全包围。

一种晶圆级LED透镜封装方法，包括以下步骤：

A、在晶圆1上制作绝缘层，再在绝缘层上淀积金属导电层阵列；

B、采用淀积的方法在晶圆1上生长堤坝3阵列，所述堤坝3结构的制作采用对300nm-800nm波长光强反射性的材料；

C、采用锡在导电层上和LED芯片5上形成凸点焊球2；

D、将LED芯片通过倒装焊工艺焊接在晶圆1上对应的铝制导电层上，完成电气连接形成LED芯片5阵列；

E、将荧光粉同对300nm-800nm波长光具有良好透射性的透明封装体按比例混合均匀，涂覆到每个LED芯片5或其阵列上并被堤坝3包围，实现灌封；

F、将预先根据使用需求设计，通过浇注压模成型制造出的，对300-800nm波长光具有良好透射性的透镜6阵列，对齐扣压在堤坝3阵列上，适当地在透镜6上施加压力，挤压下面未固化的混合液，赶出其中的气泡，然后进行150℃高温烘烤固化，固定透镜6阵列，完成LED芯片5晶圆级阵列封装。

Claims

1.一种晶圆级LED透镜封装结构，包括晶圆、焊球、堤坝、荧光粉混合物、LED芯片、及透镜，其特征在于，所述晶圆上阵列有堤坝；所述堤坝成首尾相连的封闭结构，堤坝内部设置有焊球；所述焊球上安装有LED芯片，所述堤坝内部剩余空间内填充有荧光粉混合物；所述堤坝上安装有透镜。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆级LED透镜封装结构，其特征在于，所述堤坝为圆形、椭圆形、矩形、菱形中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆级LED透镜封装结构，其特征在于，所述LED芯片通过焊球倒装在晶圆上。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆级LED透镜封装结构，其特征在于，所述荧光粉混合物将焊球及LED芯片完全包围。

5.一种晶圆级LED透镜封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

B、在晶圆上制作堤坝阵列；

C、在导电层上和LED芯片上形成凸点焊球；

6.根据权利要求5所述的一种晶圆级LED透镜封装方法，其特征在于，步骤B所述堤坝阵列与步骤F所述透镜阵列相对应，所述堤坝结构的制作材料是对300-800nm波长光具有强反射性的材料，其制作方法为淀积、焊接、粘接中的一种。

7.根据权利要求5所述的一种晶圆级LED透镜封装方法，其特征在于，步骤C所述的凸点焊球，其材料为金、铜、锡的单一材料、多层材料、合金或非全金属焊球；步骤D所述的金属导电层为铝、银、铜、铂、镍单一材料或其合金材料。

8.根据权利要求5所述的一种晶圆级LED透镜封装方法，其特征在于，步骤F所述的固化温度在110℃～150℃。

9.根据权利要求5所述的一种晶圆级LED透镜封装方法，其特征在于，步骤E所述透明封装体是指对300-800nm波长光具有良好透射性的材料。

10.根据权利要求5所述的一种晶圆级LED透镜封装方法，其特征在于，步骤F所述透镜为浇注压模成型、自成型或几个部分透镜组合而成，透镜材料是对300-800nm波长光具有良好透射性的材料。