CN103503136A - Led上的图案化uv敏感硅酮－磷光体层 - Google Patents
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Abstract
将LED管芯安装到单个底座铺片（或晶片）上。所述LED管芯具有发光顶表面。之后，将由浸有磷光体的UV敏感硅酮形成的均匀厚度的层沉积到所述铺片上，包括沉积到所述LED管芯的顶部和侧面之上。只有处于所述LED管芯的顶部和侧面之上的硅酮/磷光体是所需要的，因而需要去除直接处于所述铺片上的硅酮/磷光体。之后，对所述硅酮/磷光体层进行掩蔽，从而使要保留下来的区域暴露于UV光，这将创建交联的硅酮。之后，采用溶剂溶解未曝光的硅酮/磷光体层，并将其从铺片表面去除。可以将所述硅酮/磷光体层界定为暴露出所述LED管芯上的引线接合电极。最后，对所述铺片进行单一化，以产生各个磷光体转换LED。
Description
技术领域
本发明涉及在发光二极管（LED）之上形成磷光体层或其他波长转换层，具体而言，涉及用于在安装于底座铺片（tile）上的LED管芯之上形成这样的层的方法。
背景技术
常见的是，通过在LED管芯之上沉积磷光体而将来自LED管芯的光转换成不同的颜色，例如白光。
已知的是，将从LED晶片上单一化出来的各个LED管芯安装到底座铺片上，接着进一步处理处于所述铺片上的管芯，从而加速处理。可以采用例如2000个LED管芯填充这样的底座铺片。
在将LED管芯安装到底座铺片上的同时，典型地将磷光体喷涂到管芯上，模制到管芯上，印刷到管芯上，通过电泳沉积或者采用其他方法沉积。在一些情况下，将磷光体颗粒浸入到可热固化的硅酮粘合剂内，并将所述混合物沉积到所述LED管芯之上。之后，通过加热使所述混合物固化。
就在铺片的整个表面上以及LED管芯上沉积磷光体层的情况而言，磷光体会不合需要地覆盖铺片上的反射金属化部件，该部件旨在将铺片单一化之后使任何向下的LED光反射离开底座。此外，所述磷光体可能覆盖LED管芯的顶表面上的小的引线接合电极。此外，可能希望仅在LED管芯的各个侧面周围提供恒定厚度的磷光体，从而在所述LED管芯周围提供均匀的颜色。在所有这样的情况下，必须执行特殊的掩模和蚀刻工艺，以去除不合需要的磷光体。刻蚀工艺耗时而且相对昂贵，因而对于所得到的LED增加了成本。
在完成了所有的铺片级工艺之后，对铺片进行单一化(singulate)，以创建各个磷光体转换LED。
所需要的是一种不需要对铺片或者LED管芯之上的磷光体进行蚀刻的工艺。
发明内容
该发明内容部分只描述了本发明的几个实施例。可以预想到其他实施例。
将LED管芯安装到单个底座铺片（或晶片）上。LED管芯具有发光顶表面。在一个实施例中，在将LED管芯安装到底座铺片上之后通过激光剥离从半导体表面上去除生长衬底。之后，将由浸有磷光体的UV敏感硅酮构成的预先形成的片层压到所述铺片上，包括层压到所述LED管芯的顶部和侧面之上。只有所述LED管芯的顶部和侧面之上的硅酮/磷光体层是所需要的，因而需要去除直接处于所述铺片上的硅酮/磷光体层。
在另一实施例中，将液体硅酮/磷光体层旋涂、喷涂、丝网印刷、模制或者以其他方式沉积到所述铺片和LED管芯上。
之后，对所述硅酮/磷光体层进行掩蔽，从而使要保留的区域露出。之后，向通过掩模暴露的硅酮/磷光体层施加UV光，这创建了交联材料，所述材料将在采用溶剂对所述硅酮/磷光体层显影之后保留下来。硅酮起着负性光致抗蚀剂的作用。之后，采用溶剂溶解未曝光的硅酮/磷光体层，之后对LED管芯的顶部和侧面上的剩余硅酮/磷光体层进行冲洗和干燥。
在一个实施例中，LED是倒装管芯，并且不需要与所述LED管芯的顶表面上的任何区域建立电接触。在另一实施例中，如果LED管芯需要一个或多个顶部引线接合，那么掩模将阻挡这些区域内的UV光，从而将硅酮/磷光体层从引线接合区域去除。
所述硅酮/磷光体层的选择性去除：1)允许围绕所述LED管芯的反射金属化部件反射向下的LED光，以提高效率；2)使LED和磷光体发射的光在LED管芯周围更加均匀；以及3)实现向LED管芯的顶部区域的引线接合。由于不需要蚀刻，因而快速、清洁、廉价地执行所述工艺。
在任何附加的晶片级工艺之后，对铺片单一化，以产生各个磷光体转换LED。
可以浸入光散射颗粒或者其他材料，而不是将磷光体颗粒浸入到硅酮内。在仅将硅酮用作密封剂和/或透镜的实施例中，可能不存在浸入到硅酮内的材料。
附图说明
图1是底座铺片的一小部分的截面图，其示出了两个其电极接合到了底座铺片上的焊盘的LED管芯。
图2示出了支撑膜、沉积于其上的浸有磷光体的UV敏感硅酮层以及位于所述硅酮/磷光体层之上的保护膜。
图3示出了层压在底座铺片之上的硅酮/磷光体层。
图4A示出了使LED管芯的整个顶表面上的硅酮/磷光体层有选择地暴露于UV光的掩模。
图4B示出了用于使LED管芯的顶表面的仅仅一部分上的硅酮/磷光体层有选择地暴露于UV光、从而允许向LED管芯的顶部电极进行引线接合的掩模。在这一例子中，LED管芯是一个电极处于底部且引线接合电极处于顶部的垂直管芯。
图5A示出了在通过溶剂去除了未曝光的硅酮/磷光体层之后图4A的硅酮/磷光体层。
图5B示出了在通过溶剂去除了未曝光的硅酮/磷光体层并且将引线接合到顶部电极之后图4B的硅酮/磷光体层。
图6是标识根据本发明一些实施例的两种可替换的工艺中的步骤的流程图。
采用相同的附图标记标识相同或等同的元件。
具体实施方式
图1-6仅表示了本发明的几个实施例。可以预想到很多其他实施例。将在参考图6的流程图的同时描述图1-5中所示的工艺。图6示出了两种可替换的工艺流程，即层压流程20和模制流程31。有几个工艺步骤是两种流程共有的。
图1示出了采用常规LED管芯12的阵列填充的底座铺片10，如图6的步骤14中所标识的。可能会有数以千计的管芯12接合到铺片10上。底座铺片10的典型形状为矩形和圆形。底座基底材料可以是陶瓷、硅、绝缘铝或其他材料。LED管芯12包括在生长衬底上外延生长的半导体层，例如，就基于GaN的LED管芯而言所述生长衬底可以是蓝宝石。夹在p型层和n型层之间的有源层生成光。将LED管芯12安装到底座铺片10。在将LED管芯12安装到铺片10之后，通过激光剥离从半导体层的顶表面上去除所述生长衬底。图1中的管芯12是倒装芯片，其两个电极16都形成于底表面上。可以将LED管芯电极16超声接合至形成于底座铺片10的表面上的金属焊盘。底座铺片10的焊盘导致（利用导电通路的）在铺片10的底表面上的更加鲁棒的电极，以用于向印刷电路板的表面安装。
在LED管芯12和铺片10的表面之间注入或模制底部填充材料18。
在一个例子中，底座铺片10具有处于LED管芯12的覆盖区之外的反射金属表面19，以反射任何向下的光，从而提高效率。所述反射金属可以是底座铺片10的扩大的接合焊盘。因此，希望这样的反射金属不被任何磷光体覆盖。还可能存在其他不想在铺片10的表面上设置一层磷光体的理由。
在一个实施例中，如图6的层压流程20中所标识的，在铺片10和管芯12之上层压硅酮/磷光体层。图2示出了硅酮/磷光体层的一个实施例的构建。诸如具有一层特氟隆或其他适当材料的塑料膜之类的非黏着支撑膜24为所述硅酮/磷光体层提供暂时支持。（图6中的步骤25）。 制备浸入有磷光体颗粒的UV敏感硅酮的液体浆料，并将其喷涂、旋涂、印刷或者通过任何其他技术沉积到支撑膜24上，以形成硅酮/磷光体层26。（图6中的步骤27）。 所采用的磷光体的类型取决于所要生成的希望的颜色。例如，对于生成蓝光的LED管芯12而言，可以采用YAG磷光体或者红色和绿色磷光体的组合来创建白光。层26的磷光体颗粒密度和厚度决定着整个器件发出的颜色。典型地，硅酮/磷光体层26的厚度将处于20-200微米之间。层26将具有均匀的厚度。层26可以包括诸如光散射TiO2、ZrO或硅石颗粒之类的其他材料。UV敏感硅酮和适当的磷光体是可在商业上获得的。
之后通过加热对硅酮/磷光体层26进行干燥，以形成固体层。（图6中的步骤30）。之后在所述硅酮/磷光体层26之上附着保护膜32。（图6中的步骤32）。 可以将所得到的分层结构切割成底座铺片10的尺寸，并将其叠置以供后续使用。
在将硅酮/磷光体层26层压到铺片10上之前，去除保护膜32，并在50-150℃下对硅酮/磷光体层26预固化1-10分钟，以实现防止硅酮在层压步骤期间发生变形并保持LED管芯12之上的层26的目标厚度的膜硬度。（图6中的步骤34）。
之后，将硅酮/磷光体层26置于铺片10之上，其中支撑膜24背对铺片10。之后在热和压力下对层26进行层压，从而使其附着到铺片10和LED管芯12上，如图3所示。通过在真空条件下执行层压工艺而去除空气。层26在所述表面之上、包括在LED管芯12之上将是共形的。（图6中的步骤36）。之后，去除支撑膜24。
作为如层压流程20中的将预先形成的层26层压到铺片10上的可替换方案，可以将浸有磷光体的液体UV敏感硅酮制备成浆料（图6的模制流程31中的步骤38），之后将其通过任何数量的方式沉积到铺片10和管芯12之上。这样的方式包括模制、喷涂、旋涂、丝网印刷以及其他适当的沉积技术（图6的步骤40）。之后使图3的沉积的液体硅酮/磷光体层26干燥（图6的步骤42）。
图4A示出了置于铺片10之上的掩模50。（图6的步骤51）。掩模50可以是镀铬的玻璃。掩模50具有透明部分52，其界定在显影步骤之后仍然保留的硅酮/磷光体层26的区域。不透明部分54界定将被去除的硅酮/磷光体层26的区域。发射具有大约365nm的峰值波长的光56的UV源有选择地对LED管芯12的整个顶表面之上的硅酮/磷光体层26曝光，从而在硅酮/磷光体层26内创建交联。（图6的步骤57）。
如图4B所示，如果LED管芯58是具有顶部引线接合电极和大的底部反射器电极59的垂直LED管芯，那么必须将硅酮/磷光体层26从所述引线接合电极去除。图4B示出了掩模60，其仅在LED管芯58的顶表面的一部分上使硅酮/磷光体层26有选择地暴露于UV光56，从而最终允许到顶部电极的引线接合。
在曝光步骤之后，将铺片10浸入到溶剂内，以便溶解未曝光的硅酮/磷光体层26。也可以将这一步骤称为显影硅酮/磷光体层26。所述溶剂可以是庚烷（heptaine），其不溶解交联的硅酮/磷光体层26。（图6的步骤60）。之后，采用去离子水冲洗剩余的硅酮/磷光体层26，并使其干燥。可以在120-150℃下进行1-4小时的干燥。
图5A示出了在通过溶剂去除了未曝光的硅酮/磷光体层26之后图4A的硅酮/磷光体层26。
图5B示出了在通过溶剂去除了未曝光的硅酮/磷光体层26并且通过常规技术将将引线64接合到顶部电极之后图4B的硅酮/磷光体层26。
在一个实施例中，之后，在LED管芯12/58之上同时在铺片10上模制硅酮透镜，然后锯开铺片10，从而使各个LED/底座单元单一化（图6的步骤66）。可以执行额外的铺片级工艺。
所得到的硅酮/磷光体层26是共形的，并且在LED管芯周围产生基本上均匀的颜色。
尽管在所述例子中采用了UV敏感硅酮，但是也可以采用其他UV敏感材料，但是这样的材料在暴露于来自LED管芯的长时间的光和热时应当是耐黄变的。
作为浸入到硅酮内的波长转换磷光体的替代，可以采用其他颗粒用于波长转换或者用于其他目的，例如，光散射。此外，硅酮可以不含有任何颗粒，并且可以只被用作透镜或者密封剂。
UV敏感层不需要覆盖整个铺片，但是希望其至少覆盖所有的LED管芯以及处于所述LED管芯之间的铺片表面。
尽管已经描述了通过暴露于辐射之下而变得不可溶解的负感光材料，但是作为替代可以采用在暴露于辐射之下时变得可溶解的正感光材料。如果采用这样的材料，那么应当调换图4A和4B的掩模的透明部分和不透明部分。
尽管已经示出并描述了本发明的具体实施例，但是对于本领域技术人员而言，显然可以在从本发明更宽的方面来说不背离本发明的情况下做出变化和修改，因此，所附权利要求将所有这样的落在本发明的真实精神和范围内的变化和修改涵盖在其范围内。
Claims (20)
1.一种用于制造发光二极管（LED）结构的方法，包括：
在底座铺片上提供多个LED管芯，每个LED管芯包括多个半导体层，每个LED管芯具有顶部发光表面；
在所述LED管芯以及所述LED管芯之间的铺片表面之上提供UV敏感层；
采用掩模对所述UV敏感层进行掩蔽；
通过所述掩模使所述UV敏感层有选择地暴露于UV辐射；以及
采用溶剂溶解所述掩模界定的部分UV敏感层，从而使所述UV敏感层保留在所述LED管芯的至少部分的发光表面上，但去除所述铺片的至少部分的表面之上的UV敏感层。
2.权利要求1的方法，其中，所述UV敏感层在暴露于UV辐射之后基本上不能被溶剂溶解。
3.权利要求1的方法，其中，在溶解了所述掩模界定的部分UV敏感层之后，所述UV敏感层共形地涂覆所述LED管芯。
4.权利要求1的方法，其中，在溶解了所述掩模界定的部分UV敏感层之后，所述UV敏感层共形地涂覆所述LED管芯的顶部发光表面以及所述LED管芯的侧表面。
5.权利要求1的方法，其中，在溶解了所述掩模界定的部分UV敏感层之后，所述UV敏感层保留在所述LED管芯的顶部发光表面的一部分上，并暴露出所述LED管芯的引线接合电极。
6.权利要求1的方法，其中，在所述LED管芯和处于所述LED管芯之间的铺片表面之上提供UV敏感层的步骤包括在所述LED管芯和所述铺片之上沉积作为液体层的UV敏感层，之后对所述UV敏感层进行干燥。
7.权利要求1的方法，其中，在所述LED管芯和处于所述LED管芯之间的铺片表面之上提供UV敏感层的步骤包括：
提供支撑膜；
在所述支撑膜之上沉积作为液体层的UV敏感层；
将所述UV敏感层干燥到比液体硬的状态；
将所述UV敏感层层压到所述LED管芯和所述铺片；以及
去除所述支撑膜。
8.权利要求1的方法，其中，在所述LED管芯和处于所述LED管芯之间的铺片表面之上提供UV敏感层的步骤包括在所述LED管芯和处于所述LED管芯之间的铺片表面之上提供含有波长转换材料的UV敏感层。
9.权利要求8的方法，其中，所述波长转换材料是磷光体。
10.权利要求1的方法，其中，在所述LED管芯和处于所述LED管芯之间的铺片表面之上提供UV敏感层的步骤包括在所述LED管芯和处于所述LED管芯之间的铺片表面之上提供含有光散射颗粒的UV敏感层。
11.权利要求1的方法，其中，所述UV敏感层包括UV敏感硅酮。
12.权利要求1的方法，其中，所述铺片具有围绕所述LED管芯的外围的至少一部分的反射表面，其中，去除所述铺片的至少部分的表面之上的UV敏感层包括去除部分所述反射表面之上的UV敏感层。
13.权利要求1的方法，还包括对所述铺片进行单一化。
14.一种发光二极管（LED）结构，包括：
安装在底座上的LED管芯，所述LED管芯包括多个半导体层，所述LED管芯具有顶部发光表面，所述底座具有延伸到所述LED管芯的覆盖区之外的表面；以及
处于所述LED管芯的顶部发光表面的至少一部分之上的UV敏感层，所述UV敏感层包括与UV辐射发生反应的材料从而允许受到掩蔽的UV光界定所述UV敏感层的可被溶剂溶解的区域，所述UV敏感层是由所述受到掩蔽的UV光界定的，
其中，已通过溶剂将所述UV敏感层从所述底座的表面的区域上去除。
15.权利要求14的结构，其中，所述UV敏感层在暴露于UV辐射之后基本上不可被溶剂溶解。
16.权利要求14的结构，其中，在溶解了通过掩模界定的UV敏感层的部分之后，所述UV敏感层共形地涂覆所述LED管芯。
17.权利要求14的结构，其中，在溶解了通过掩模界定的UV敏感层的部分之后，所述UV敏感层保留在所述LED管芯的一部分发光表面上，并通过溶剂将所述UV敏感层从所述LED管芯的引线接合电极之上去除。
18.权利要求14的结构，其中，所述UV敏感层含有波长转换材料。
19.权利要求18的结构，其中，所述波长转换材料为磷光体。
20.权利要求14的结构，其中，所述UV敏感层包括UV敏感硅酮。
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