CN104393154A - 一种led芯片级白光光源的晶圆级封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法。倒装LED的封装方法首先将芯片转移到晶圆基板片（膜）上，随后通过模具获得薄膜真空压印的方法在晶圆片上实施荧光粉涂覆，最后将晶圆片上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。正装LED的封装方法归纳为首先将LED芯片在晶圆基板上片上完成固晶和金线键合工艺，随后对每颗LED芯片通过点涂方法形成一硅胶保护透镜，接下来通过薄膜真空压印的方法将硅胶保护透镜上涂覆均匀的荧光粉层，最后将晶圆片上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。本发明大大提高LED封装效率，将获得良好的空间颜色均匀性和整体色温一致性的LED白光芯片，将大大促进LED封装技术的发展和革新。
Description
技术领域
本发明属于LED封装技术领域，涉及LED封装中一种实现芯片级LED白光光源封装方法，特别应用于实现大功率LED晶圆级封装。
背景技术
LED（Light Emitting Diode）是一种基于P-N结电致发光原理制成的半导体发光器件，具有电光转换效率高、使用寿命长、环保节能、体积小等优点，被誉为21世纪绿色照明光源，如能应用于传统照明领域将得到十分显著的节能效果，这在全球能源日趋紧张的当今意义重大。随着以氮化物为代表的第三代半导体材料技术的突破，基于大功率高亮度发光二极管（LED）的半导体照明产业在全球迅速兴起，正成为半导体光电子产业新的经济增长点，并在传统照明领域引发了一场革命。LED由于其独特的优越性，已经开始在许多领域得到广泛应用，被业界认为是未来照明技术的主要发展方向，具有巨大的市场潜力。
大功率白光LED通常是由两波长光（蓝色光+黄色光）或者三波长光（蓝色光+绿色光+红色光）混合而成。目前广泛采用的白光LED是通过蓝色LED芯片（GaN）和黄色荧光粉（YAG或TAG）组成。在LED封装中荧光粉层的几何形貌，浓度和厚度等参数严重影响LED的出光效率、色温、空间颜色均匀性等重要光学性能；为了获得良好光学性能的LED产品，荧光粉层的实现工艺是非常关键的。
目前的LED封装工艺是将从LED晶圆片上切割得到的芯片固定在基板或者支架上面，先实现电连接，再将荧光粉和环氧树脂或者硅胶的混合物涂覆到LED芯片周围，形成荧光粉层。由于荧光粉胶粘度很大，在涂覆荧光粉的过程中荧光粉胶量在不同的封装模块之间变化比较大，造成封装得到的LED产品光色变化很大，影响产品的一致性，由于当色温超过一定范围，LED产品将不能够使用，所以同时也影响LED的成品率，增大产品的成本。而且在国内的封装企业中荧光粉胶一般是通过点涂到LED周围，形成球帽状荧光粉形貌，这种形貌将导致LED产品的空间颜色不均匀，这将影响LED产品用户的照明舒适感。为此必须发展新型LED荧光粉涂覆工艺，克服目前封装工艺的低色温一致性、低成品率和空间颜色均匀性不高的一些不足。
发明内容
基于传统LED封装技术的不足，出现一种芯片级封装（CSP）封装结构。LED产业不断追求越来越小的封装体积，并且要在体积更小的情况下达到相同的出光率与发光效率，简言之，在体积越小下达到相同出光与效率，“越小就越便宜”趋势成形。另一方面，根据不同的应用，LED尺寸也牵动着光学设计，特别是在超高流明装置下，传统LED产品等就可能碰到光学的限制，而CSP提供了高封装密度选择，另一方面，更加直观的， CSP产品采用半导体制程，省去了封装的主体部分，包含支架基板材料、引线和焊线设备、制程等都可以拿掉，只留下芯片搭配荧光粉与封装胶，可以直接贴片(SMT)使用，几乎相当于芯片就等于封装。CSP同时具有优良的耐热性与耐冷热冲击，并且有耐静电的优势，由于没有基板和支架，热阻大大降低，所以CSP的LED器件有非常好的性价比优势。
本发明所采用的技术方案是：一种LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：
倒装LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法包括以下步骤：
步骤A1：先将N颗芯片通过固晶工艺集成到晶圆基板片上，或者转移到能够实现芯片粘结同时也便于剥离的晶圆基板膜上，N≥3；
步骤A2：通过模具挤压成型的方法在晶圆基板片上实施荧光粉涂覆，或者将通过薄膜真空压印的方法在晶圆基板膜上实施荧光粉涂覆；
步骤A3：在完成荧光粉层固化后，在晶圆基板片或晶圆基板膜上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。
正装LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法包括以下步骤：
步骤B1：首先N颗LED芯片在晶圆基板片上完成固晶和金线键合工艺，N≥3；
步骤B2：随后对每颗LED芯片通过涂覆形成一硅胶保护透镜；
步骤B3：接下来通过薄膜真空压印的方法在硅胶保护透镜上涂覆荧光粉层；
步骤B4：最后在晶圆基板片上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。
作为优选，所述的晶圆基板片为LED封装基板，具体为LED封装硅基板、陶瓷基板或印刷电路板；所述的晶圆基板膜为转移用薄膜，具体为PE蓝膜、铜薄膜和铝薄膜。
作为优选，所述的实施荧光粉涂覆，其涂覆的荧光粉层材料包括荧光粉材料和胶体材料；所述的荧光粉材料为光至发光材料，具体为YAG、TAG或量子点材料；所述的胶体材料为环氧树脂、硅胶或旋涂玻璃；所述的荧光粉层材料在涂覆时为固态、半固态或液态，浓度为0.01g/ml-3g/ml。
作为优选，通过激光或者机械在晶圆基板片或晶圆基板膜上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。
作为优选，所述的晶圆基板片为LED封装基板，具体为LED封装硅基板、陶瓷基板或印刷电路板。
作为优选，所述的硅胶保护透镜的制作方法为点胶涂覆或模具法。
作为优选，所述的涂覆荧光粉层，其材料包括荧光粉材料和胶体材料；所述的荧光粉材料为光至发光材料，具体为YAG、TAG或量子点材料；所述的胶体材料为环氧树脂、硅胶或旋涂玻璃；所述的荧光粉层材料在涂覆时为固态、半固态或液态，浓度为0.01g/ml-3g/ml。
作为优选，所述的在晶圆基板片上进行切割，切割方法为机械切割或激光切割。
本发明提供的一种倒装和正装LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，有利于大大提高LED封装效率，而且由于这种方法实现了荧光粉的保形涂覆，且在晶圆上荧光粉层厚度一致，将获得良好的空间颜色均匀性和整体色温一致性的LED白光芯片；在后续的封装过程中避免了目前制约封装效率和成品率的荧光粉涂覆工艺，将大大促进LED封装技术的发展和革新。
附图说明
附图1(a)-(e)为本发明第一实施例示意图；
附图2(a)-(e)为本发明第二实施例示意图；
附图3(a)-(e)为本发明第三实施例示意图；
附图4(a)-(d)为本发明第四实施例示意图；
附图5(a)-(f)为本发明第五实施例示意图；
图中符号说明：
11、LED倒装芯片；12、焊料层；13、LED封装晶圆基板片；14、基板电极；15、含荧光粉层表面粗化模具；16、荧光粉胶；17、荧光粉层；18、单颗芯片倒装芯片白光光源；19、倒装芯片电极；21、制造凸起结构荧光粉层模具；22、含凸起结构荧光粉层；31、荧光粉层薄膜；32、支撑薄膜； 41、PE蓝膜； 51、LED正装芯片；52、LED固晶胶；53、金线；54、硅胶保护透镜；55、单颗芯片级正装芯片白光光源；56、芯片电极；57、点胶装置；58、硅胶。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
参见图1(a)和1(b)，LED倒装芯片11通过焊料层12和固晶工艺集成到含适用于倒装芯片封装的LED封装晶圆基板片13上，从而实现倒装芯片电极19与基板电极14的电连接和机械固定。参见图1(c)，通过与盛有荧光粉胶16的含荧光粉层表面粗化模具15的挤压成型方法在集成LED倒装芯片的LED晶圆片上，通过120℃的高温固化形成均匀厚度的荧光粉层17，其中使用的荧光粉胶中荧光粉材料的浓度为1.5g/ml，形成的荧光粉层厚度为250微米。随后将含荧光粉层表面粗化模具15从荧光粉层17脱离，实现的封装效果为图1(d)所示在晶圆片上涂覆均匀厚度的荧光粉层。为了制造单颗芯片级LED白光光源，必须对晶圆片进行切割，采用精细的薄膜机械切割方法晶圆片上切割成单颗芯片倒装芯片白光光源18，如图1(e)所示。
实施例2
参见图2(a)和2(b)，LED倒装芯片11通过焊料层12和固晶工艺集成到含适用于倒装芯片封装的LED封装晶圆基板片13上，从而实现倒装芯片电极19与基板电极14的电连接和机械固定。参见图2(c)，通过与盛有荧光粉胶16的含制备荧光粉层的制造凸起结构荧光粉层模具21的挤压成型方法在集成LED倒装芯片的LED晶圆片上，通过120℃的高温固化形成均匀厚度的含凸起结构荧光粉层22，其中使用的荧光粉胶中荧光粉材料的浓度为1.0g/ml，形成的荧光粉层厚度为200微米，其中凸起高度120微米。随后将含荧光粉层表面粗化模具15从含凸起结构荧光粉层22脱离，实现的封装效果为图2(d)所示在晶圆片上涂覆均匀厚度的荧光粉层。为了制造单颗芯片级LED白光光源，必须对晶圆片进行切割，采用精细的薄膜机械切割方法晶圆片上切割成单颗芯片倒装芯片白光光源18，如图2(e)所示。
实施例3
参见图3(a)和3(b)，LED倒装芯片11通过焊料层12和固晶工艺集成到含适用于倒装芯片封装的LED封装晶圆基板片13上，从而实现倒装芯片电极19与基板电极14的电连接和机械固定。参见图3(c)，用于晶圆级封装用的半固化的荧光粉层薄膜31通过真空压印方法在晶圆片上，实现均匀厚度的荧光粉层涂覆。随后对半固化的荧光粉层薄膜在120℃下完成固化，其中使用的荧光粉层薄膜中荧光粉材料的浓度为2.0g/ml，形成的荧光粉层厚度为150微米。随后将荧光粉层薄膜31上的支撑薄膜32通过机械手剥离开来。实现的封装效果为图3(d)所示在晶圆片上涂覆均匀厚度的荧光粉层。为了制造单颗芯片级LED白光光源，必须对晶圆片进行切割，采用精细的薄膜机械切割方法晶圆片上切割成单颗芯片倒装芯片白光光源18，如图3(e)所示。
实施例4
参见图4(a)，LED倒装芯片11通过芯片转移设备均匀分布到PE蓝膜41上。参见图4(b)，用于晶圆级封装用的半固化的荧光粉层薄膜31通过真空压印方法在晶圆片上，实现均匀厚度的荧光粉层涂覆。随后对半固化的荧光粉层薄膜在120℃下完成固化，其中使用的荧光粉层薄膜中荧光粉材料的浓度为2.0g/ml，形成的荧光粉层厚度为150微米。随后将荧光粉层薄膜31上的支撑薄膜32通过机械手剥离开来。实现的封装效果为图4(c)所示在晶圆片上涂覆均匀厚度的荧光粉层。为了制造单颗芯片级LED白光光源，必须对晶圆片进行切割，采用精细的薄膜机械切割方法晶圆片上切割成单颗芯片倒装芯片白光光源18，如图4(d)所示。在后续的封装中只需将残留在底部的PE蓝膜41剥离。
实施例5
参见图5(a)和5(b)，LED正装芯片51通过LED固晶胶52和固晶工艺集成到含适用于正装芯片封装的LED封装晶圆基板片13上，随后通过引线键合工艺实现LED芯片电极56与基板电极14电连接，从而实现电连接和机械固定。参见图5(c)，通过点胶装置57将硅胶58点涂LED芯片周围，形成包覆LED正装芯片51和金线53的硅胶保护透镜54；随后通过120℃的高温完成硅胶保护透镜54的固化。参见图5(d)，用于晶圆级封装用的半固化的荧光粉层薄膜31通过真空压印方法在晶圆片上，在硅胶保护透镜54上形成均匀厚度的荧光粉胶层。随后对半固化的荧光粉层薄膜在120℃下完成固化，其中使用的荧光粉层薄膜中荧光粉材料的浓度为2.0g/ml，形成的荧光粉层厚度为150微米。随后将荧光粉层薄膜31上的支撑薄膜32通过机械手剥离开来。实现的封装效果为图5(e)所示在晶圆片上涂覆均匀厚度的荧光粉层。为了制造单颗芯片级LED白光光源，必须对晶圆片进行切割，采用精细的薄膜机械切割方法晶圆片上切割成单颗芯片级正装芯片白光光源55，如图5(f)所示。
尽管本说明书较多地使用了LED倒装芯片11、焊料层12、LED封装晶圆基板片13、基板电极14、含荧光粉层表面粗化模具15、荧光粉胶16、荧光粉层17、单颗芯片倒装芯片白光光源18、倒装芯片电极19、制造凸起结构荧光粉层模具21、含凸起结构荧光粉层22、荧光粉层薄膜31、支撑薄膜32、 PET蓝膜41、LED正装芯片51、LED固晶胶52、金线53、硅胶保护透镜54、单颗芯片级正装芯片白光光源55、芯片电极56、点胶装置57、硅胶58等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：倒装LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法包括以下步骤：
步骤A1：先将N颗芯片通过固晶工艺集成到晶圆基板片上，或者转移到能够粘结芯片同时也便于剥离的晶圆基板膜上，N≥3；
步骤A2：通过模具挤压成型的方法在晶圆基板片上实施荧光粉涂覆，或者将通过薄膜真空压印的方法在晶圆基板膜上实施荧光粉涂覆；
步骤A3：在完成荧光粉层固化后，在晶圆基板片或晶圆基板膜上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。
2.根据权利要求1所述的LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：所述的晶圆基板片为LED封装基板，具体为LED封装硅基板、陶瓷基板或印刷电路板；所述的晶圆基板膜为转移用薄膜，具体为PE蓝膜、铜薄膜和铝薄膜。
3.根据权利要求1所述的LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：所述的实施荧光粉涂覆，其涂覆的荧光粉层材料包括荧光粉材料和胶体材料；所述的荧光粉材料为光至发光材料，具体为YAG、TAG或量子点材料；所述的胶体材料为环氧树脂、硅胶或旋涂玻璃；所述的荧光粉层材料在涂覆时为固态、半固态或液态，浓度为0.01g/ml-3g/ml。
4.根据权利要求1所述的LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：通过激光或者机械在晶圆基板片或晶圆基板膜上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。
5.一种LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：正装LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法包括以下步骤：
步骤B1：首先N颗LED芯片在晶圆基板片上完成固晶和金线键合工艺，N≥3；
步骤B2：随后对每颗LED芯片通过涂覆工艺形成一硅胶保护透镜；
步骤B3：接下来通过薄膜真空压印的方法在硅胶保护透镜上涂覆荧光粉层；
步骤B4：最后在晶圆基板片上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。
6.根据权利要求5所述的LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：所述的晶圆基板片为LED封装基板，具体为LED封装硅基板、陶瓷基板或印刷电路板。
7.根据权利要求5所述的LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：所述的硅胶保护透镜的制作方法为点胶涂覆或模具法。
8.根据权利要求5所述的LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：所述的涂覆荧光粉层，其材料包括荧光粉材料和胶体材料；所述的荧光粉材料为光至发光材料，具体为YAG、TAG或量子点材料；所述的胶体材料为环氧树脂、硅胶或旋涂玻璃；所述的荧光粉层材料在涂覆时为固态、半固态或液态，浓度为0.01g/ml-3g/ml。
9.根据权利要求5所述的LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法，其特征在于：所述的在晶圆基板片上进行切割，切割方法为机械切割或激光切割。
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