CN103000791B - 点胶涂布远距式荧光粉层的led封装结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远距式涂布荧光粉的LED封装结构及其制备方法。针对现有技术荧光粉层厚度不均匀、点胶技术无法应用在远距式荧光粉层制备的难题。本发明设计了一种结构特殊的硅胶层，该硅胶层的外轮廓呈具有外延平台的凸形结构，内部塑封LED芯片，底面连接衬底，上表面涂布荧光粉层。该LED封装结构中荧光粉层与芯片隔离，荧光粉层厚度均匀，形状规则并可覆盖芯片侧面的出光区域。无须模具制备荧光粉层，对比传统远距式荧光粉涂覆LED封装技术可降低生产成本。

Description

点胶涂布远距式荧光粉层的LED封装结构及制备方法

技术领域

本发明涉及LED封装技术领域，尤其涉及荧光粉的点胶技术，特别涉及一种远距式涂布荧光粉的LED封装结构及其制备方法。

背景技术

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED的特点非常明显，寿命长、光效高、低辐射与低功耗。白光LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W。

LED封装是指发光芯片的封装，相比集成电路封装有较大不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光。所以LED的封装对封装材料有特殊的要求。目前常见的封装结构是芯片外围封装荧光粉和硅胶，硅胶主要用于保护LED芯片及关联电子元器件，荧光粉主要用于激发白光（一般蓝光LED芯片出光通过黄色荧光粉激发得到白光）。根据散热设计、出光效率、光色指数、可靠性的要求，封装结构各式各样。

典型的白光LED封装结构是：在LED支架上、反光杯内固定芯片并完成电气连接，在反光杯空腔灌封荧光粉，荧光粉涂布于芯片外围。在荧光粉外围灌封硅胶，芯片发出的蓝光被荧光粉激发变为白光，白光或直接向支架外散射，或经过反光杯壁反射出光。

荧光粉直接涂布于芯片外围，意味着光线从芯片发出即触及荧光粉，这种出光模式有两种缺点：1、部分光线被荧光粉直接反射回芯片，这部分光扰乱了芯片发出的光。2、芯片发热直接传导至荧光粉层，加速荧光粉的升温，直接损害减少荧光粉寿命，造成LED灯可靠性问题。

最新的荧光粉涂布技术针对这两个问题改变了芯片、荧光粉层的封装设计，将芯片与荧光粉层隔离，芯片与荧光粉层之间或为其他透光材料，或为真空等。这就是所谓的远距式荧光粉层涂布技术。远距式荧光粉层涂布并不罕见，各国都有相关技术专利申请，远距式荧光粉层涂布技术并没有绝对严格的技术标准，行业上对芯片和荧光粉层进行隔离封装的技术都可以成为远距式荧光粉层涂布。本发明主要是提出一种全新的远距式荧光粉涂布技术。

现有的远距式荧光粉层涂布技术远未成熟，尚未解决的问题有：1、厚度均匀、形状规则的荧光粉层；2、覆盖芯片侧面出光区域的荧光粉层；3、无模具制备荧光粉层。把上述3个问题同时解决的技术方案往往需要精度极高、工序复杂的制程。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种远距式涂布荧光粉的LED封装结构。

具体的技术方案如下：

一种LED封装结构，包括衬底、LED芯片、硅胶层和荧光粉层，所述LED芯片固定于所述衬底上，所述硅胶层包裹所述LED芯片并固定于所述衬底上，所述硅胶层的外轮廓呈具有外延平台的凸形结构，所述荧光粉层位于所述硅胶层外延平台上方并包裹所述呈凸形结构的硅胶层。

在其中一些实施例中，所述荧光粉层底边的外边缘与所述硅胶层的外延平台的边缘平齐。

在其中一些实施例中，所述凸形结构为半球形、圆柱形或多边柱形。

本发明还提供一种应用于LED封装结构的荧光粉层，所述荧光粉层外轮廓呈上凸的弧面，内轮廓呈凹形结构，所述凹形结构为半球形、圆柱形或多边柱形，所述荧光粉层厚度均匀。

本发明还提供上述LED封装结构的制备方法。

具体的技术方案如下：

上述LED封装结构的制备方法，包括如下步骤：

（1）固晶：将LED芯片固定于衬底上，再置入高温烤箱进行固晶胶固化；

（2）焊线：使用金线焊接LED芯片和衬底上的引线，得到LED单元；

（3）硅胶层的制备：制备一个与所述硅胶层结构相配合的模具，将硅胶注入模具中，然后将步骤（2）得到的LED单元倒扣于模具上，所述LED芯片完全没入硅胶中，一体固化脱模后在LED单元上形成一层具有外延平台的凸形结构的硅胶层，硅胶层包裹LED芯片；

（4）点胶：在荧光粉中添加硅胶得到具有流动性的荧光胶，将荧光胶注入点胶机针筒，将步骤（3）得到的覆盖了硅胶层的LED单元放置在点胶机作业平台上，进行点胶，荧光胶根据自身流动性，覆盖硅胶层的上表面，由于荧光胶为黏性流体，受硅胶层的外延平台边界限制，以及在表面张力及地心吸引力作用下稳定静止时，形成荧光粉层，荧光粉层将硅胶层的上部及侧部包裹，荧光粉层底面与外延平台上表面重合；荧光粉层的外轮廓呈上凸的弧面；

（5）荧光胶固化：将点胶完毕的LED单元置入温控烤箱，在80～150℃下烘烤1~2h完成荧光胶固化，即得LED封装结构。

在其中一些实施例中，步骤（5）中，所述温控烤箱固化条件为：120℃下烘烤1.5h。

本发明的设计原理如下：

针对现有技术的缺点：1、远距设置荧光粉层需要用模具制备荧光粉层这一复杂工艺；2、远距设置的荧光粉层厚度不够均匀；3、远距设置的荧光粉层无法激发芯片侧面发出的光；

本发明进行创新，引入通常应用在非远距涂布荧光粉的点胶技术，先制备外轮廓呈具有外延平台凸形结构的硅胶层，再进行远距点胶，利用荧光胶的流动性、表面张力和硅胶层外延平台的边界限制，直接得到厚度均匀、半球状、可覆盖芯片侧面出光的荧光粉层，同时直接得到封装完毕的LED单元。

封装结构设计：先进行芯片的硅胶塑封，然后在硅胶表面点荧光胶，实现远距涂覆荧光粉。

荧光粉层设计：为了包围芯片侧面发出的蓝光，荧光粉层外观设计为厚度均匀的弧面。

点胶工艺设计：为了使点在硅胶层表面的荧光胶形成厚度均匀的弧面，本发明加工设计硅胶层结构，使硅胶层底缘有阶梯状的横向突出（形成外延平台），硅胶层底面为圆形，横向突出的俯视图为一个圆环。点在硅胶层表面的荧光胶在“圆环”（即硅胶层的外延平台）的边界的限制下，凭借自身流动性，在重力和表面张力作用下覆盖硅胶层表面。荧光胶层在底缘处的厚度即等于硅胶层底缘横向突出的宽度。荧光胶固化后，得到一个荧光粉涂布完毕的呈半球状的LED单元。

LED单元结构特征：由内到外分别为芯片、硅胶层、荧光粉层。荧光粉层与硅胶层半球底部接触部分，荧光粉层厚度与硅胶层的外延平台的宽度对应一致。LED芯片出光先穿过硅胶层再由荧光胶层激发。

硅胶塑封阶段：与传统工艺先进行荧光粉的涂覆再于荧光粉层外围塑封硅胶不一样，本发明先在芯片外围进行硅胶塑封，以实现荧光粉层和芯片隔离——即远距设置荧光粉层。

本发明中为了得到足以包围芯片各个方向出光、厚度均匀的荧光粉层，需要特殊形状的硅胶层（硅胶体内已塑封有LED芯片）承载荧光胶。硅胶体的形状根据芯片的规格和荧光胶量确定。

传统硅胶的塑封是直接在荧光粉或芯片外围灌封硅胶，现在远距点胶对硅胶体形状有特殊要求，须先使硅胶体呈一定的形状，再与芯片结合后一并固化。

将硅胶注入本发明所述的硅胶模具空腔中，注满为止。将固晶好的LED芯片基座，以芯片朝向硅胶模具空腔的方向，压扣于硅胶模具空腔上方，芯片没入硅胶，芯片基座处处与硅胶接触、黏合。固化后脱模，得到灌封硅胶完毕的芯片封装结构，呈底缘有横向突出的不规则半球，硅胶半球内含芯片、底缘有阶梯状突出（形成外延平台）。

制备硅胶层的模具设计：模具为一块厚度足够的铝材，挖出一个空腔，空腔几何上分两部分，一部分为下部主体部分，主体部分为半球形空腔，规格根据芯片规格和出光要求确定。另一部分是衔接主体部分的上缘的凹下部分，凹下部分呈圆环形状，凹下部分的内环与主体部分的上缘重合，凹下部分的外环宽度与荧光粉层的厚度对应，具体宽度根据点荧光胶量确定。

本发明经过对点胶载体的创新设计，提出发明方案，只需要一台精度足够的点胶机便可实现荧光粉的远距式、厚度均匀、足以覆盖芯片侧面发光的涂覆。本发明对灌封硅胶步骤的创新设计，使得硅胶部分能随意调整形状，适应各种出光规格。本发明解决了远距式荧光胶层无法覆盖芯片侧面发光区域的缺点。

本发明的有益效果：

本发明设计的LED封装结构，其中硅胶层的外轮廓呈具有外延平台的凸形结构，内部塑封LED芯片，外表面通过点胶覆盖荧光粉层，荧光胶受硅胶层的外延平台边界限制，以及在表面张力及地心吸引力作用下稳定静止时，形成荧光粉层，荧光粉层将硅胶层的上部及侧部包裹，荧光粉层的外轮廓呈上凸的弧形半球。该结构实现了远距式激发荧光粉，得到的荧光粉层结构规则，厚度均匀，且能覆盖芯片侧面的发光区域。本发明使用的封装工艺基于点胶技术，通过引入特别设计的荧光粉层载体——模具制备的远距式荧光粉涂覆专用硅胶层，克服了远距式荧光粉涂覆LED封装如何进行点胶的难题，由于无须模具制备荧光粉层，对比传统远距式荧光粉涂覆LED封装结构可降低生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例硅胶层的侧视图；

图2为本发明实施例硅胶层的俯视图；

图3为硅胶半球的制备模具（铝材质）侧视图；

图4为硅胶半球制备脱模示意图；

图5为本发明实施例LED封装结构成品结构示意图。

附图标记说明：

10、衬底；20、LED芯片；30、硅胶层；40、荧光粉层；50、外延平台。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步阐述。

本实施例所用设备物料如下：

设备与物料：5050LED支架，正装1W芯片，荧光粉，硅胶，金线，铝材（原模）；温控烤箱，固晶机，点胶机，制模机床。

参考图1-5，本实施例一种LED封装结构，包括衬底10、LED芯片20、硅胶层30和荧光粉层40，所述LED芯片固定于所述衬底上，所述硅胶层包裹于所述LED芯片外并固定于所述衬底上，所述硅胶层的外轮廓呈具有外延平台50的凸形结构，所述荧光粉层位于所述硅胶层外延平台上方并包裹于所述硅胶层的凸形结构外。

所述荧光粉层底边的外边缘与所述硅胶层的外延平台的边缘平齐。

所述荧光粉层外轮廓呈上凸的弧面，内轮廓呈凹形结构，所述凹形结构为半球形，所述荧光粉层厚度均匀。

本实施例所述凸形结构为半球形。

上述LED封装结构的制备方法，包括如下步骤：

（1）固晶：将LED芯片固定于衬底上，再置入高温烤箱进行固晶胶固化；

（2）焊线：使用金线焊接LED芯片和衬底上的引线，得到LED单元；

（3）硅胶层的制备：制备一个与所述硅胶层结构相配合的模具，将硅胶注入模具中，然后将步骤（2）得到的LED单元倒扣于模具上，所述LED芯片完全没入硅胶中，一体固化脱模后在LED单元上形成一层具有外延平台的凸形结构的硅胶层；

模具的制作：在制模机床，根据设计好的半球结构，挖模，得到一个有半球空腔的注胶模具。半球空腔分为两部分，下部半球空腔，上部环状下凹。上部下凹的环状内缘与下部半球空腔上缘重合。半球空腔高900μm，直径3.0mm，上部环状下凹环宽200μm，环高200μm

（4）点胶：在荧光粉中添加硅胶得到具有流动性的荧光胶，将荧光胶注入点胶机针筒，将步骤（3）得到的覆盖了硅胶层的LED单元放置在点胶机作业平台上，进行点胶，荧光胶根据自身流动性，覆盖硅胶层的上表面，由于荧光胶为黏性流体，受硅胶层的外延平台边界限制，以及在表面张力及地心吸引力作用下稳定静止时，形成荧光粉层，荧光粉层将硅胶层的上部及侧部包裹，荧光粉层的外轮廓呈上凸的弧形半球；

（5）荧光胶固化：将点胶完毕的LED单元置入温控烤箱，完成荧光胶固化，即得LED封装结构。

步骤（5）中，所述温控烤箱固化条件为：120℃下烘烤1.5h。

常见8k颗灯珠批量封装动态作业时间对比：

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种LED封装结构，其特征在于，包括衬底、LED芯片、硅胶层和荧光粉层，所述LED芯片固定于所述衬底上，所述硅胶层包裹所述LED芯片并固定于所述衬底上，所述硅胶层的外轮廓呈具有外延平台的凸形结构，所述荧光粉层位于所述硅胶层外延平台上方并包裹所述硅胶层的所述凸形结构，所述荧光粉层外轮廓呈上凸的弧面，内轮廓呈凹形结构，所述凹形结构为半球形、圆柱形或多边柱形，所述荧光粉层厚度均匀。

2.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述荧光粉层底边的外边缘与所述硅胶层的外延平台的边缘平齐。

3.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述凸形结构为半球形。

4.权利要求1-3任一项所述LED封装结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)固晶：将LED芯片固定于衬底上，再置入高温烤箱进行固晶胶固化；

(2)焊线：使用金线焊接LED芯片和衬底上的引线，得到LED单元；

(3)硅胶层的制备：制备一个形状与所述硅胶层相配合的模具，将硅胶注入模具中，然后将步骤(2)得到的LED单元倒扣于模具上，所述LED芯片完全没入硅胶中，一体固化脱模后在LED单元上形成一层具有外延平台的凸形结构的硅胶层，硅胶层包裹LED芯片；

(4)点胶：在荧光粉中添加硅胶得到具有流动性的荧光胶，将荧光胶注入点胶机针筒，将步骤(3)得到的覆盖了硅胶层的LED单元放置在点胶机作业平台上，进行点胶，荧光胶根据自身流动性，覆盖硅胶层的上表面，由于荧光胶为黏性流体，受硅胶层的外延平台边界限制，以及在表面张力及地心吸引力作用下稳定静止时，形成荧光粉层，荧光粉层将硅胶层的上部及侧部包裹，荧光粉层底面与外延平台上表面重合；荧光粉层的外轮廓呈上凸的弧面；

(5)荧光胶固化：将点胶完毕的LED单元置入温控烤箱，在80～150℃下烘烤1～2h，完成荧光胶固化，即得LED封装结构。