CN103119738B - 形成用于半导体发光器件的光学透镜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及通过使用低表面能阻带或表面(104)到支撑结构(101)之上，在用于半导体发光器件(100)的支撑结构(101)上的形成光学透镜的方法。所述光学透镜(103)被用作在半导体发光晶粒(102)之上的封装以成形并将光线从半导体发光晶粒(102)中提出，从而提供保护以免受机械损害和环境影响。
Description
1.技术领域
本发明通常涉及在支撑结构上形成用于半导体发光器件的光学透镜的方法，其通过应用低表面能阻隔带或表面到所述支撑结构上。
2.背景技术
半导体发光器件例如发光二极管(LED)是过去几十年中用于多个应用领域的半导体光源。对LED的改进持续在效率，亮度和制造工艺领域。在表面贴装LED中，LED晶粒被安装在支撑结构上并封装进光学圆顶透镜以保护其免受机械损伤，环境影响，和将光线形成及提取到所述LED晶粒之外。
工业中主要使用几个方法来形成光学透镜。用于表面贴装LED的普通类型透镜可通过使用注塑成型或挤压成型工艺来形成。有一种简单工艺用来与安装有LED晶粒的封装粘合。但是，这种工艺要求使用仍然相对昂贵的模子并且只对大制造量具有成本效益。
除此之外，使用注塑成型来制造用于封装的光学透镜还有很多缺点。其中之一是产生平面区域，该区域会在切割工艺中倾斜制造因此减小了切割速度，而不管使用切割还是激光切割，因为需要平衡在顶部的相对软的材料和在底部的较硬材料。用于切割工艺的刀片在一定周期结束后需要被重新削尖因为封装材料容易粘在切割刀片上。进一步地，由于封装材料在平面区域或芯片分层并从支撑结构上脱落，会导致成品率损失问题。其他缺点是由于将光线通过平面区域从不想要的区域中耦合出来而导致的光线输出损失，和在平面区域的昂贵封装材料的不必要浪费。
如果通过使用非成型技术来在支撑结构上形成光学透镜，其中非成型技术为在添加密封剂之前通过在支撑结构上应用低表面能阻带或表面，上述缺点将会得到改善因此具有极大的优点。因此，在单元之间看不到任何平面区域同时这是一项成本效益很好的方法。
3.发明内容
相应地，本发明的主要目的是提供一种形成用于半导体发光器件的光学透镜的方法，其中不需要成型机器因为它仅包括普通散布以形成光学圆顶这样制造成本可以减少，也可以在制造中创造好的多的弹性。
本发明的另一个目标是提供一种形成用于半导体发光器件的光学透镜的方法，其中创造出高表面能或高触变密封剂和低表面能阻带。
本发明的另一个目标是提供一种形成用于半导体发光器件的光学透镜的方法，其中由于在所述器件间不存在平面区域，制造所述半导体发光器件的产量可被提升。
本发明的另一个目标是提供一种形成用于半导体发光器件的光学透镜的方法，该器件更有弹性因此在设计和开发样品或实际产品中可实现快速转变。
本发明的另一个目标是提供一种形成用于半导体发光器件的光学透镜的方法，其中所述方法可扩展用于开发例如半导体发光模块。
本发明的另一个目标是提供一种形成用于半导体发光器件的光学透镜的方法，其中所述方法可直接应用于板上芯片。
通过理解对本发明的随后详细描述或将本发明用于实际，本发明的其他或更多目标将会更为清楚。
根据本发明提供的优选实施例，
一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，包括步骤：
i.提供至少一个晶粒(102)附着在支撑结构(101)上；
其特征在于所述形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法进一步在步骤i之后包括如下步骤：
i.将低表面能材料(104)应用于所述支撑结构(101)上；
ii.将密封剂材料散布在具有所述低表面能材料(104)的所述支撑结构(101)之上以形成至少一个覆盖所述晶粒(102)的光学透镜(103)
iii.固化所述密封剂(103)以将所述液体物质转变为固体密封剂(103)。
其中所述应用低表面能材料(104)的步骤可以实现在所述散布密封剂材料的步骤之前的任何阶段。
在本发明的第二实施例中，提供
一种半导体发光器件(100)包括：
至少一个晶粒(102)
至少一个光学透镜(103)
支撑结构(101)
其特征在于所述光学透镜(103)形成而不会出现平面区域。
在本发明的第三实施例中，提供，
一种半导体发光模块包括：
至少一个半导体发光器件(100)包括：至少一个晶粒(102)，至少一个光学透镜(103)，和一个作为支撑结构(101)的印刷电路板。
其特征在于所述光学透镜(103)形成而不会出现平面区域。
4.附图说明
结合附图研究详细说明书，本发明的其他方面和它们的优点将会更为明显，其中：
图1-A是示出通过使用注塑成型工艺形成用于半导体发光器件的光学透镜的传统方法的示意图。
图1-B是示出通过使用非成型技术形成用于半导体发光器件的光学透镜的新方法示意图。
图1-C和图1-D是示出应用低表面能阻带或表面到所述支撑结构之上的例子的示意图。
图2示出比较传统技术和新技术中出现的平面区域。
图3示出传统技术中制造半导体发光器件和发光模块的流程图。
图4示出新技术中制造半导体发光器件的流程图。
图5示出新技术中制造半导体发光模块的流程图。
5.具体实施方式
在随后的详细描述中，众多特定细节被设定以提供对本发明的完整理解。但是，本领域技术人员可以理解的是本发明不具备这些特定细节也可以实施。在另一些情况下，公知方法，程序和/或组件并未被详细描述以期不模糊本发明。
通过如下实施例的描述本发明将会得到更为清晰的理解，例子中给出的方式仅仅是用于参照并不按照比例绘制的附图。
参照图1-A，示出通过使用注塑成型工艺形成用于半导体发光器件的光学透镜的传统方法的示意图。一定量的密封剂材料散布在模子上，所述模子具备对应期望透镜形状的凹陷或腔。通过应用压力以强迫所述密封剂材料与所有模子区域接触，在所述模子被关闭之前复数个晶粒安装在被放置在模子上部的支撑结构之上。通过具备在每个晶粒之上覆盖成型透镜的结果结构，所述模子将根据注塑成型工艺的完成而打开。如上所述，现存注塑成型工艺不仅增加了准备具有预定形状的模子的制造成本，也制造出由于光折射效应而最终会导致光输出损失的平面区域。
参照图1-B，示出通过使用非成型技术形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的新方法示意图。对于新技术来说，无需使用传统技术中需要使用的准备用于注塑成型工艺的模子的步骤。所述传统步骤被使用低表面能材料而创立低表面能阻带或表面(104)到支撑结构(101)之上所替代。该想法是在支撑结构(101)和密封剂(103)之间创立高足够表面能差，这样使得密封剂(103)被维持在最低可能能量态，以自动形成所要求的光学透镜(103)。任何物质的表面能是分子之间的分子间力的直接表现。为了达到这个目的，所述低表面能材料以这种方式规划以防止在所述密封剂(103)被散布到所述支撑结构(101)之上时变湿，所述结构(101)包含围绕所述被散布的密封剂(103)的低表面能阻带或表面(104)。市场中有特定的光学级硅的碳氟化合物组，其具备低应力并可应用于低能量阻带或表面(104)。在本发明中，可使用表面能在范围5mN/m-18mN/m之间的阻带(104)，并且优选的，位于15mN/m。
参照图1-C和图1-D，示出应用低表面能阻带或表面(104)到所述支撑结构(101)之上的例子的示意图。所述低表面能阻带或表面(104)可以是圆形，方形，长方形或任何能够阻止所述密封剂(103)流出来的其他期望形状这样就形成了光学透镜(103)的期望形状。另外，可根据需要为了研发目的或制造工艺，灵活设计所述低表面能阻带或表面(104)的不同尺寸和数量。其可使用任何方法来形成，例如散布，绘制，丝网印刷术，喷墨印刷，转让印花，浸渍整个支撑结构(101)到溶液上，晶圆光刻工艺等等到所述支撑结构(101)上。可选择的，所述低表面能阻带(104)可以被冲压或塑造为独立材料片并随后通过粘着剂粘着在所述支撑结构(101)上。
在当前发明中，所述密封剂(103)可包括硅，环氧基硅或混合硅和环氧基树脂。所述密封剂(103)的表面能可以超过20mN/m。这里，通过加入高表面活性材料或高触变材料到所述密封剂(103)中，所述密封剂(103)的表面能增加。
所述密封剂(103)随后被散布到具有低表面能阻带或表面(104)的所述支撑结构(101)上以直接形成具有要求形状的光学透镜(103)并基于完成覆盖晶粒(102)。通过外部或散布工艺内使用热量，湿度，UV光或上述方式任意组合方式，所述密封剂(103)能固化并转换液体物质为固定密封剂(103)。
现在参照图2，示出比较传统技术和新技术中出现的平面区域。通过使用传统注塑成型法，会出现厚度大约为0.050毫米的平面区域。在注塑成型工艺期间，密封剂材料不仅充满模子的空腔而且更进一步扩展到腔体之间和围绕腔体的区域上，从而导致平面区域的出现。通过应用当前的非成型技术，在工艺完成后不会察觉到平面区域。由于没有了平面区域，分离工艺期间出现的困难可被消除，并减少了由于光折射效应而引起的光输出损失。除此之外，还发现由于使用当前发明而产生的所述半导体发光器件(100)的热敏电阻是很低的，这里热量能够通过印刷电路板更有效率的分散到热沉上。
先参照图3，示出制造半导体发光器件的传统工艺流程图。通常制造工艺包括级别1步骤和级别2步骤其中所述级别1步骤的输出是半导体发光器件的单独单元并且用于级别2步骤的输出是半导体发光模块。级别1制造工艺开始于使所述晶粒安装在所述支撑结构上其中所述支撑结构包括包含陶瓷或含有金属铅的硅或任何其他结构的基板。电连接可通过附加丝焊而形成，优选金线焊接以连接所述晶粒到所述支撑结构的接触部。所述支撑结构通过将两片模子互相挤压而压缩成型，其中一定量的密封剂材料散布到模子的一个部分之上以形成覆盖所述晶粒的光学透镜。所述形成了透镜的支撑结构随后被从模子中移除。基于透镜的预期形状的形成覆盖了所述晶粒，所有的工件都继续测试，随后是分离工艺。所述半导体发光器件随后用带子捆扎并卷盘封装以用于运输。
在级别2步骤中，它开始于使得焊料印刷以用于印刷电路板并随后使用SMT安装其中从级别1步骤中输出的多个单元被安装在PCB的表面之上。另外的电子组件可被同时SMT安装。所述板随后被运送以回流焊来融化焊料并加热板或模块的邻接表面。回流焊之后，所述板或模块随后继续测试并随后分离。级别2步骤以封装所述半导体发光模块以运输而结束。
现参照图4，示出新技术中制造半导体发光器件(100)的流程图。与传统方法相同，该制造工艺开始于使得所述晶粒(102)安装在所述支撑结构(101)上。所述支撑结构(101)可以是陶瓷基板，硅基板或任何类型的支撑。电连接随后通过附加丝焊而形成，优选金线焊接以连接所述晶粒(102)到所述支撑结构(101)的接触部或金属衬垫。在当前发明中，在包含高表面能材料的密封剂(103)散布之前多个低表面能阻带或表面(104)由低表面能材料形成在所述支撑结构(101)之上。由低表面能材料形成该低表面能带或表面(104)可执行在任何工艺步骤中只要它在散布工艺步骤之前即可。散布和固化工艺之后，由于透镜(103)的预期形状的形成覆盖了所述晶粒(102)，所有工件被调动来测试，随后分离。所述半导体发光器件(100)在那被封装在运输盘或管子之中以运输。
在本发明的另一个实施例中，所述形成透镜(103)的方法可用于半导体发光模块，其包括LED板上芯片器件。所述板上芯片基板可以是金属核PCB，具有或不具备热通道的普通PCB(FR或CEM)，聚酰亚胺弹性板，玻璃基板，硅基板，陶瓷基板，塑料基板或引线框架等等。在这个例子中，支撑结构(101)是PCB本身。光学透镜(103)的形成可直接用于所述半导体发光模块上而不必在SMT安装期间安装半导体发光器件的每个单独单元。这样制造工艺可简化为图5中所示的较少步骤。
虽然上面详细描述公开了本发明的优选实施例和它的优点，本发明并不限于此而仅仅由下附权利要求的精神和范围所限定。
Claims (14)
1.一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，包括步骤：
i.提供至少一个晶粒(102)附着在支撑结构(101)平面之上；
其特征在于所述形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法进一步在步骤i之后包括如下步骤：
i.将低表面能材料(104)涂布于所述支撑结构(101)平面之上；
ii.将密封剂材料散布在具有所述低表面能材料(104)的所述支撑结构(101)平面之上以形成至少一个覆盖所述晶粒(102)的光学透镜(103)；
iii.固化所述密封剂以将液体物质转变为固体密封剂；
其中所述涂布低表面能材料(104)的步骤可以实施在所述散布密封剂材料的步骤之前的任何阶段，所述低表面能材料可被涂布在所述支撑结构(101)上以形成低表面能阻带或表面。
2.如任意一个前述权利要求所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述低表面能阻带或表面(104)根据应用可以是任何形状，尺寸和数量。
3.如任意一个前述权利要求所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述低表面能阻带或表面(104)的表面能位于范围5mN/m–18mN/m。
4.如前述权利要求1所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述低表面能阻带或表面(104)由含有氟碳基团的硅化物。
5.如前述权利要求1所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述低表面能阻带或表面(104)可通过使用散布，绘制，丝网印刷术，喷墨印刷，转印，沉浸整个支撑结构(101)到低表面能溶液中或晶圆光刻工艺来建立。
6.如前述权利要求1所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述低表面能阻带或表面(104)可以被冲压或塑造为独立材料片并随后通过粘着剂粘着在所述支撑结构(101)上。
7.如权利要求1所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述密封剂材料可以是硅树脂，环氧树脂或其混合物。
8.如权利要求1所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述密封剂材料的所述表面能超过20mN/m。
9.如权利要求1所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述密封剂材料中加入高表面活性材料和触变材料。
10.如权利要求1所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述密封剂材料可通过UV光，热，湿度或任何前述的组合来固化。
11.如权利要求1所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述方法可用于板上芯片器件。
12.如权利要求11所述的一种形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法，其中所述板上芯片器件可以是金属核PCB，具有或不具备热通道的普通PCB，聚酰亚胺弹性板，玻璃基板，硅基板，陶瓷基板，塑料基板或引线框架。
13.一种半导体发光器件(100)，包括：
至少一个晶粒(102)；
至少一个光学透镜(103)；
支撑结构(101)；
其特征在于所述光学透镜(103)形成而不会出现平面区域；在该半导体发光器件(100)中，晶粒(102)、光学透镜(103)、支撑结构(101)以如下方式形成半导体发光器件(100)：i.提供至少一个晶粒(102)附着在支撑结构(101)平面之上；形成用于半导体发光器件(100)的光学透镜(103)的方法进一步在步骤i之后包括如下步骤：i.将低表面能材料(104)涂布于所述支撑结构(101)平面之上；ii.将密封剂材料散布在具有所述低表面能材料(104)的所述支撑结构(101)平面之上以形成至少一个覆盖所述晶粒(102)的光学透镜(103)；iii.固化所述密封剂以将液体物质转变为固体密封剂；所述涂布低表面能材料(104)的步骤可以实施在所述散布密封剂材料的步骤之前的任何阶段，所述低表面能材料可被应用在所述支撑结构(101)上以形成低表面能阻带或表面。
14.一种半导体发光模块，包括：
至少一个权利要求13所述的半导体发光器件(100)，具体包括：至少一个晶粒(102)，至少一个光学透镜(103)，和一个作为支撑结构(101)的印刷电路板，其特征在于所述光学透镜(103)形成而不会出现平面区域。
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