CN102709448A

CN102709448A - 一种白光led封装结构及封装方法

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Publication number: CN102709448A
Application number: CN2012102140445A
Authority: CN
Inventors: 高扬; 刘建龙; 邓顺明; 吴政明; 吴家骅; 徐颖
Original assignee: SHANGHAI XIANGLING PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: SHANGHAI XIANGLING PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2012-10-03

Abstract

一种白光LED封装结构，包括光学透镜、LED芯片、预制荧光薄膜和基板，所述的预制荧光薄膜与LED芯片自上而下叠置成一体置于光学透镜内，并与光学透镜下平面一起与基板固结成一体，同时所述1ED芯片的电极与基板之间直接由电极引线导通；所述的预制荧光薄膜，其原料为荧光粉和粘合剂，由荧光粉和粘合剂按0.1～1：1的质量比均匀混合，采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内，在100-300℃环境温度下固化90秒，脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用荧光粉预制薄膜；所述的荧光粉为一种Ce激活的钇铝石榴石结构的黄色荧光材料。

Description

一种白光LED封装结构及封装方法

技术领域

本发明涉及一种LED封装结构，特别是一种白光LED封装结构及封装方法，属于LED制作技术领域。

背景技术

荧光薄膜是近年来广受关注的一类新型材料，它可作为灯管和窗口材料、激光材料、闪烁体材料，应用前景广阔。由于技术原因，目前主流的LED制造方法是蓝光芯片与黄色荧光粉结合，其具体工艺为，先将LED芯片固定在支架上，连接好电路；接着按一定比例称取荧光粉和硅胶，将二者混合均匀后放入真空干燥器内排气泡，然后将荧光粉与硅胶的混合物涂覆到芯片上（也称点胶），随后加热使其固化，接着可以用一个透明塑料透镜密封在上面，中间空隙内以硅胶填充，再次加热使硅胶固化，即可制成独立的LED灯成品，最后根据需要，将一个或者多个独立的LED灯组合在一起，连接好电路，即形成所需的LED照明灯。

然而,在上述LED封装过程中存在着几个关键性问题：

首先，在点胶时，荧光粉的浓度难以自始自终的保持一致。这是由于荧光粉在硅胶中是保持一定的颗粒度的，而且荧光粉有一定的重量，其密度较硅胶也大很多。虽然硅胶较为粘稠，荧光粉在其中仍会逐渐沉淀，而排气泡的时间较长，间接的促进了荧光粉的沉降，所以，在点胶的时候，开始点的胶中荧光粉浓度较大，越往后，浓度则越低，由此导致了不同批次甚至是相同批次制造出的LED器件出光色度不完全相同，最后工厂必须将制造出来的LED按照颜色误差或者色温等参数进行分类。

其次，单个芯片上点胶的厚度难以做到一致，由于点胶机每次点出的胶均近似球形，所以固化后的荧光粉涂层必然是中间厚，四周薄，最后封装出LED的光色度从中间和四周看必然不一致，中间偏黄，四周偏蓝；

其三，荧光粉因为受热而引起的发光衰减问题，由于现行LED封装工艺都是直接将荧光粉和硅胶的混合物点到芯片上，而芯片在工作时，会散发出大量的热，使芯片周围的温度迅速升高，结果荧光粉的发光效率由于受热而不断下降，最终直接影响到LED的寿命。

考虑到未来LED功率将越来越高，其芯片面积也会随之增大，散出的热也会更多，以上三个问题也将越来越突出。

鉴于上述原因，中国专利文献公开的专利号为ZL200910030917.5的“一种预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构及制备方法”，提出了一种利用丝网印刷预制薄膜封装LED芯片的封装结构及封装方法，期望解决传统LED芯片封装结构存在的众多问题。

但是，经本发明人对该结构的分析，以及对其在实际运用中的效果分析，认为其虽然提出了一种运用预制薄膜的LED芯片封装技术，但由于其设计结构上的局限性，因此依照该封装结构和封装方法提出的技术方案存在以下缺陷：

1、采用该预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构封装，使用多种原材料（胶水、填充胶、高分子薄膜）封装在一起，因每个材料的折射率、膨胀系数等特性不一致，在老化测试和使用过程中会出现层次脱离、龟裂等问题，该产品信赖性低；

2、LED芯片与荧光粉层之间的距离越远，通过多次折射，造成出光效率不同，会导致光源周围产生黄圈；

3、采用镂空支架封装，支架高出芯片部分若为吸光材料，会影响光源光效；支架高出芯片部分若为反光材料，则会因为多次折射导致光源光斑形状不规则；

4、由于LED用荧光粉的比重大、粒径小，采用平面丝网印刷的工艺生产薄膜，无法控制印刷产品的均匀度，出光一致性、良率无法保证，材料损耗较大，导致封装成本上升。

发明内容

本发明的目的：旨在提出一种能有效克服上述缺陷的白光LED封装结构及方法。

这种白光LED封装结构，包括光学透镜、至少一颗LED芯片、预制荧光薄膜和基板，其特征在于：所述的预制荧光薄膜与LED芯片自上而下叠置成一体置于光学透镜内，并与光学透镜下平面一起与基板固结成一体；同时，所述LED芯片的电极与基板之间直接由电极引线导通；其中，所述的预制荧光薄膜6，其原料为荧光粉和粘合剂，由荧光粉和粘合剂按0.1～1：1的质量比均匀混合，采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内，在100-300℃环境温度下固化90秒，脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用荧光粉预制薄膜；所述的荧光粉为一种Ce激活的钇铝石榴石结构的荧光材料，化学组成通式为:(A3-x)(Al5-2mBmCm)FnO₁₂-n:xCe；其中A为Y、Gd、La、Tb的一种或者几种,B为Ti、Zr、V中的一种或几种,C为Mn、Zn、Mg、Li中的一种或者两种；其中0.03≤x≤0.1,0.01≤m≤2,0≤n≤3x。

所述的LED芯片为垂直结构的单电极芯片。

所述的基板设有正电极区和负电极区；且所述基板为陶瓷基板、铜合金基板或铝合金基板。

所述的预制荧光薄膜与LED芯片之间、LED芯片与基板之间置有粘胶型充填剂或凝胶。

所述的充填剂5为硅胶、环氧树脂、银胶中的一种、或两种充填剂的混合体。

所述的预制荧光薄膜为通过注塑方式制备的一种白光LED用荧光粉预制薄膜。

这种白光LED封装结构的封装方法如下：

A、将荧光粉和粘合剂按0.1～1：1的质量比均匀混合，采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内，在100-300℃环境温度下固化90秒，脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜；然后根据生产需要切割成与LED芯片匹配的大小规格，预留出连接电极引线的位置备用。

B、将至少一颗LED芯片置于基板上，将电极引线一端与LED芯片的电极连接，另一端与基板上的极点连接，将步骤A制得的预制荧光薄膜与LED芯片用粘结填充剂粘结成一体，构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体，随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时。

C、在步骤B制得的预制荧光薄膜、LED芯片、基板的组合体上方，加盖使用粘结填充剂制得的光学透镜，并与基板粘接，覆盖于预制荧光薄膜与LED芯片组合体、及电极引线上方。

所述的光学透镜下平面以上的镜体内设有一安置预制荧光薄膜和LED芯片组合体的空穴。

这种白光LED封装结构，其封装方法如下：

A、将荧光粉和粘合剂按0.1～1：1的质量比均匀混合，采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内，在100-300℃环境温度下固化90秒，脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜；然后根据生产需要切割成与LED芯片匹配的大小规格，预留出连接电极引线的位置备用；

B、将至少一颗LED芯片置于基板上，将电极引线一端与LED芯片的电极连接，另一端与基板上的极点连接，将步骤A制得的预制荧光薄膜与LED芯片用粘结填充剂粘结成一体，构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体，随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时；

C、用成型模具、透光材料制作底部设有空穴的光学透镜体；

D、将步骤B制得的上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体安置在光学透镜体镜体下部的空穴内，并将步骤B制得的预制荧光薄膜、、LED芯片、基板的组合体上方，加盖按步骤C制得的光学透镜，并使之与基板粘接，覆盖于预制荧光薄膜与LED芯片组合体、及电极引线上方。

所述的荧光粉为一种LED用红色荧光粉,其结构通式为R2-x-yEuxAY(MO₄)3；其中R为Sc、Y、La、Gd、Lu中的一种或两种,A为Sm,Bi中的一种或两种；M为Mo、W中的一种或两者的混合物,其中0＜x≤2，0≤y≤0.3，x＞y，x，y为摩尔百分数。

所述的荧光粉为一种LED用绿色荧光粉，所涉及的荧光粉的化学组成通式为:(A9-m-u-vBm)(Si4-nMn)O16-m/2-n/2X2:uEu,vR；其中A为碱土金属中Mg、Ca、Sr、Ba的一种或几种,R为金属Zn、Mn、Y、Gd、Tb、Yb、Dy、Ce、Ho、Pr、Bi、Sn、Ti中一种或者几种,B为碱金属Li、Na、K中一种或者几种,M为B、AL、Ga中的一种或者几种,X为F、CL、Br、I中一种或者几种；其中0.001≤M≤1,0≤N≤1,0.03≤U≤0.6,0≤V≤0.5。

根据以上技术方案提出的这种白光LED封装结构及封装方法，应用注塑方法获得的LED预制荧光薄膜，工艺简单，薄膜的厚度、大小、形状和荧光粉含量便于控制，进而保证制造出的单个LED的各种光学性能具有高度的一致性。同时，由于直接将光学透镜盖于覆有预制荧光薄膜、LED芯片组合体上方，摒弃支架结构既可减少LED芯片与荧光粉层之间的距离，克服因多次折射，造成出光效率不同，会导致光源周围产生黄圈；同时也使封装后的整体更为紧凑，降低材料损耗，有利于降低封装成本。

附图说明

附图为白光LED封装结构示意图。

图中：1-光学透镜2-电极引线3-基板4-LED芯片5-充填剂6-预制荧光薄膜7-LED芯片电极8-凹穴。

具体实施方式

如图所示的这种白光LED封装结构，包括光学透镜1、至少一颗LED芯片4、预制荧光薄膜6和基板3，其特征在于：所述的预制荧光薄膜6与LED芯片4自上而下叠置成一体置于光学透镜1内，并与光学透镜1下平面一起与基板3固结成一体，同时所述LED芯片4的电极与基板3之间直接由电极引线2导通；其中，所述的预制荧光薄膜6，其原料为荧光粉和粘合剂，由荧光粉和粘合剂按0.1～1：1的质量比均匀混合，采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内，在100-300℃环境温度下固化90秒，脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用荧光粉预制薄膜；所述的荧光粉为一种Ce激活的钇铝石榴石结构的荧光材料，化学组成通式为:(A3-x)(Al5-2mBmCm)FnO₁₂-n:xCe；其中A为Y、Gd、La、Tb的一种或者几种,B为Ti、Zr、V中的一种或几种,C为Mn、Zn、Mg、Li中的一种或者两种；其中0.03≤x≤0.1,0.01≤m≤2,0≤n≤3x。

所述的LED芯片为垂直结构的单电极芯片。

所述的基板3设有正电极区和负电极区；且所述基板为陶瓷基板、铜合金基板或铝合金基板。

所述的预制荧光薄膜6与LED芯片4之间、LED芯片4与基板3之间置有粘胶型充填剂5或凝胶。

所述的充填剂为硅胶、环氧树脂、银胶中的一种、或两种的混合体。

LED荧光薄膜为通过注塑方式制备的一种白光LED用荧光粉预制薄膜。

在实际应用中，这种白光LED封装结构的封装方法有两种。其一为：

B、将至少一颗LED芯片4置于基板3上，将电极引线2一端与LED芯片的电极连接，另一端与基板3上的极点连接，将步骤A制得的预制荧光薄膜6与LED芯片4用粘结填充剂5粘结成一体，构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体，随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时。

C、在步骤B制得的预制荧光薄膜6、LED芯片4、基板3的组合体上方，加盖使用粘结填充剂5注入、制得的光学透镜1，并与基板粘接，覆盖于预制荧光薄膜6与LED芯片4组合体、及电极引线2上方。

其第二种封装方法如下：

B、将至少一颗LED芯片4置于基板3上，将电极引线2一端与LED芯片的电极连接，另一端与基板3上的极点连接，将步骤A制得的预制荧光薄膜6与LED芯片4用粘结填充剂5粘结成一体，构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体，随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时；

C、用成型模具、透光材料制作底部设有空穴8的光学透镜体；

D、将步骤B制得的上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体安置在光学透镜体镜体下部的空穴8内，并将步骤B制得的预制荧光薄膜、、LED芯片4、基板3的组合体上方，加盖按步骤C制得的光学透镜1，并使之与基板粘接，覆盖于预制荧光薄膜6与LED芯片4组合体、及电极引线2上方。

本技术方案中采用的黄色荧光粉也可为LED用红色荧光粉替代,所用红色荧光粉的其结构通式为R2-x-yEuxAY(MO₄)3；其中R为Sc、Y、La、Gd、Lu中的一种或两种,A为Sm,Bi中的一种或两种；M为Mo、W中的一种或两者的混合物,其中0＜x≤2，0≤y≤0.3，x＞y，x，y为摩尔百分数。

本技术方案中采用的黄色荧光粉也可为LED用绿色荧光粉替代,所述的绿色荧光粉为一种LED用绿色荧光粉，所涉及的荧光粉的化学组成通式为:(A9-m-u-vBm)(Si4-nMn)O16-m/2-n/2X2:uEu,vR；其中A为碱土金属中Mg、Ca、Sr、Ba的一种或几种,R为金属Zn、Mn、Y、Gd、Tb、Yb、Dy、Ce、Ho、Pr、Bi、Sn、Ti中一种或者几种,B为碱金属Li、Na、K中一种或者几种,M为B、AL、Ga中的一种或者几种,X为F、CL、Br、I中一种或者几种；其中0.001≤M≤1,0≤N≤1,0.03≤U≤0.6,0≤V≤0.5。

Claims

1.一种白光LED封装结构，包括光学透镜（1）、至少一颗LED芯片（4）、预制荧光薄膜（6）和基板（3），其特征在于：所述的预制荧光薄膜（6）与LED芯片（4）自上而下叠置成一体置于光学透镜（1）内，并与光学透镜（1）下平面一起与基板（3）固结成一体，同时所述LED芯片（4）的电极（7）与基板（3）之间直接由电极引线（2）导通；其中，所述的预制荧光薄膜（6），其原料为荧光粉和粘合剂，由荧光粉和粘合剂按0.1～1：1的质量比均匀混合，采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内，在100-300℃环境温度下固化90秒，脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜（6）；所述的荧光粉为一种Ce激活的钇铝石榴石结构的荧光材料，化学组成通式为:(A3-x)(Al5-2mBmCm)FnO₁₂-n:xCe；其中A为Y、Gd、La、Tb的一种或者几种,B为Ti、Zr、V中的一种或几种,C为Mn、Zn、Mg、Li中的一种或者两种；其中0.03≤x≤0.1,0.01≤m≤2,0≤n≤3x。

2.如权利要求1所述的白光LED封装结构，其特征在于：所述的LED芯片（4）为垂直结构的单电极芯片。

3.如权利要求1所述的白光LED封装结构，其特征在于：所述的基板（3）设有正电极区和负电极区；且所述基板为陶瓷基板、铜合金基板或铝合金基板。

4.如权利要求1所述的白光LED封装结构，其特征在于：所述的预制荧光薄膜（6）与LED芯片（4）之间、LED芯片（4）与基板（3）之间置有粘胶型充填剂（5）。

5.如权利要求4所述的白光LED封装结构，其特征在于：所述的充填剂为硅胶、环氧树脂、银胶中的一种、或两种的混合体。

6.如权利要求4所述的白光LED封装结构，其特征在于：LED荧光薄膜为通过注塑方式制备的一种白光LED用荧光粉预制薄膜。

7.如权利要求1所述的一种白光LED封装结构，其封装方法如下：

B、将至少一颗LED芯片（4）置于基板（3）上，将电极引线（2）一端与LED芯片的电极连接，另一端与基板（3）上的极点连接，将步骤A制得的预制荧光薄膜（6）与LED芯片（4）用粘结填充剂（5）粘结成一体，构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体，随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时；

C、在步骤B制得的预制荧光薄膜（6）、LED芯片（4）、基板（3）的组合体上方，加盖使用粘结填充剂（5）制得的光学透镜（1），并与基板粘接，覆盖于预制荧光薄膜（6）与LED芯片（4）组合体、及电极引线（2）上方。

8.如权利要求1或7所述的一种白光LED封装结构，其特征在于：所述的光学透镜（1）下平面以上的镜体内设有一安置预制荧光薄膜和LED芯片组合体的空穴(8)。

9.如权利要求1或8所述的一种白光LED封装结构，其封装方法如下：

D、将步骤B制得的上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体安置在光学透镜体镜体下部的空穴（8）内，并将步骤B制得的预制荧光薄膜、、LED芯片（4）、基板3的组合体上方，加盖按步骤C制得的光学透镜（1），并使之与基板粘接，覆盖于预制荧光薄膜（6）与LED芯片（4）组合体、及电极引线（2）上方。

10.如权利要求1或7、或9所述的一种白光LED封装结构，其特征在于：所述的荧光粉为一种LED用红色荧光粉,其结构通式为R2-x-yEuxAY(MO₄)3；其中R为Sc、Y、La、Gd、Lu中的一种或两种,A为Sm,Bi中的一种或两种；M为Mo、W中的一种或两者的混合物,其中0＜x≤2，0≤y≤0.3，x＞y，x，y为摩尔百分数。

11.如权利要求1或7、惑所述的一种白光LED封装结构，其特征在于：所述的荧光粉为一种LED用绿色荧光粉，所涉及的荧光粉的化学组成通式为:(A9-m-u-vBm)(Si4-nMn)O16-m/2-n/2X2:uEu,vR；其中A为碱土金属中Mg、Ca、Sr、Ba的一种或几种,R为金属Zn、Mn、Y、Gd、Tb、Yb、Dy、Ce、Ho、Pr、Bi、Sn、Ti中一种或者几种,B为碱金属Li、Na、K中一种或者几种,M为B、AL、Ga中的一种或者几种,X为F、CL、Br、I中一种或者几种；其中0.001≤M≤1,0≤N≤1,0.03≤U≤0.6,0≤V≤0.5。