CN105006508A - 发光二极管封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管封装结构，其特征在于：具有通孔的第一反光材料层；倒装芯片，位于所述第一反光材料层之上，且所述倒装芯片的电极镶嵌于所述第一反光材料层的通孔；第一透明材料层，包围所述倒装芯片除电极之外的侧表面；第二反光材料层，包围所述第一透明材料层，其中所述第一透明材料层与所述反光材料层的交界面是斜面或弧面或不规则形貌，有利于使倒装芯片的光向上反射；在上述结构之上覆盖波长转换材料层。
Description
技术领域
本发明涉及一种封装结构，特别涉及一种发光二极管封装结构。
背景技术
发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是利用半导体的P-N结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。LED具有环保、亮度高、功耗低、寿命长、工作电压低、易集成化等优点，是继白炽灯、荧光灯和高强度放电（英文简称HID）灯之后的第四代新光源。
传统的LED封装结构为在金属支架上固晶、焊线、封荧光胶。近来使用倒装芯片级封装非常流行，这种封装不使用基板，也不需要焊线，直接在芯片上覆盖荧光胶，然后切割即可。它发光角较大，适合于球泡灯等应用，但是在其他一些应用上，如射灯、背光等方面，发光角大成为其缺点。
中国专利CN101872817公开了一种具胶墙的发光二极管封装结构，包括安置在陶瓷基板上的发光二极管芯片及胶墙，以及覆盖发光二极管芯片及胶墙的封装胶，胶墙具有封闭循环状以包围住发光二极管芯片，但不接触，胶墙的高度大于发光二极管芯片的高度，而在发光二极管芯片及胶墙之间的空间内填满透明材料所构成的封装胶，且封装胶的顶部具有凸起表面，可提供聚光作用，而凸起表面的边缘是对齐胶墙的顶部。该专利利用发光二极管芯片及胶墙之间的相对高度差及横向距离以决定发光角度，且不需额外配置凸透镜，因而可简化整体封装结构，并改善实际操作的可靠度。但是存在以下不足：（1）封装结构需要安装于陶瓷基板上，体积较大，不利于集成化；（2）胶墙为垂直状，不利于光线向上出射，影响取光效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种发光二极管封装结构，结合传统的SMD封装的带有碗杯的优点，且其不需要基板结构，成本降低，热阻降低，而且发光角类似朗伯发光，应用端的光学设计简单，同时可以实现较高的光效。
根据本发明的第一方面，发光二极管封装结构，其特征在于：
具有通孔的第一反光材料层；
倒装芯片，位于所述第一反光材料层之上，且所述倒装芯片的电极镶嵌于所述第一反光材料层的通孔；
第一透明材料层，包围所述倒装芯片除电极之外的侧表面；
第二反光材料层，包围所述第一透明材料层，其中所述第一透明材料层与所述反光材料层的交界面是斜面或弧面或不规则形貌，有利于使倒装芯片的光向上反射；
在上述结构之上覆盖波长转换材料层。
优选的，所述第二反光材料层的上表面与所述第一透明材料层的上表面、倒装芯片的上表面齐平，并定义前述上表面构成共表面。
优选的，所述波长转换材料层位于所述共表面之上。
优选的，所述第二反光材料层的底部内边缘与所述倒装芯片侧表面接触。
优选的，所述第二反光材料层的底部内边缘与所述倒装芯片侧表面存在一定的间隔。
优选的，所述第一透明材料层中不包含波长转换材料。
优选的，所述第一透明材料层中包含波长转换材料。
优选的，所述第一透明材料与所述第二反光材料层的交界面为斜面、弧面或者不规则形貌。
优选的，在所述第一透明材料层与所述第二反光材料层的交界面中插入一光学反射层。
优选的，所述波长转换材料层的上表面为平面，其厚度为5μm~200μm。
优选的，所述波长转换材料层的上表面有粗化。
优选的，所述波长转换材料层的上表面设有弧形结构。
优选的，所述波长转换材料层上设有光学透镜。
优选的，在所述共平面上设置一选择性光学膜，使得所述选择性光学膜介于所述共平面与波长转换材料层之间。
优选的，所述选择性光学膜的特性为：对于蓝光有较高的透射率，对于绿光、黄光和红光有较高的反射率。
优选的，所述倒装芯片的电极含有铜或金，其厚度为1μm~100μm。
优选的，在所述波长转换材料层上覆盖第二透明材料层。
根据本发明的第二方面，发光二极管封装结构，其特征在于：
具有通孔的第一反光材料层；
倒梯形结构的倒装芯片，位于所述第一反光材料层之上，且所述倒装芯片的电极镶嵌于所述第一反光材料层的通孔；
第二反光材料层，包围所述倒梯形结构的倒装芯片，其中所述第二反光材料层与所述倒装芯片的交界面形成光学杯，有利于使倒装芯片的光向上反射；
在上述结构之上覆盖波长转换材料层。
本发明的发光二极管封装结构，与传统的SMD封装比，至少包括以下技术效果：（1）无基板结构，制作成本降低，封装结构尺寸可以更灵活地进行变动；（2）由于使用了厚度均匀的波长转换材料层，色点产出更集中；（3）封装体热阻低。
与现有芯片级封装技术相比，本发明至少包括以下技术效果：（1）发光面近似为朗伯发光面，发光角可以控制在约120°，可以应用于显示系统背光、射灯等领域；（2）由于设置斜面或弧面或不规则形貌结构的反光材料层，有利于使倒装芯片的光向上反射，具有较高的光效；（3）倒装芯片电极之间填充有机材料，且电极较厚，可以一定程度上释放掉应用端使用时PCB板对芯片的应力。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为本发明之实施例1所述发光二极管封装结构的剖面图。
图2为本发明之实施例2所述发光二极管封装结构的剖面图。
图3为本发明之实施例3所述发光二极管封装结构的剖面图。
图4为本发明之实施例4所述发光二极管封装结构的剖面图。
图5为本发明之实施例5所述发光二极管封装结构的剖面图。
图6为本发明之实施例6所述发光二极管封装结构的剖面图。
图7为本发明之实施例7所述发光二极管封装结构的剖面图。
图8为本发明之实施例8所述发光二极管封装结构的剖面图。
图9为本发明之实施例9所述发光二极管封装结构的剖面图。
图10为本发明之实施例10所述发光二极管封装结构的剖面图。
图11为本发明之实施例11所述发光二极管封装结构的剖面图。
图12为本发明之实施例12所述发光二极管封装结构的剖面图。
图13为本发明之实施例13所述发光二极管封装结构的剖面图。
图14为本发明之实施例14所述发光二极管封装结构的剖面图。
图中各标号表示如下：
101：第一反光材料层；102：倒装芯片；1021、1022：电极；103：第二反光材料层；104：第一透明材料层；105：波长转换材料层；106：第二透明材料层；107：选择性光学膜：108：光学透镜；109：光学反射层。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明的LED封装体进行详细的描述，在进一步介绍本发明之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本发明并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本发明的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。
实施例1
如图1所示，本实施例公开了一种发光二极管封装结构, 由倒装芯片102、第一反光材料层101、第二反光材料层103、第一透明材料层104和波长转换材料层105组成。
其中倒装芯片102，位于具有通孔的第一反光材料层101之上，倒装芯片102的电极1021和电极1022镶嵌于所述第一反光材料层101的通孔，即电极的侧表面或者部分侧表面被第一反光材料层101包围。其中倒装芯片102的正负两个电极（1021和1022）含有金属铜或者金的一种，其厚度为10μm~100μm之间。第一反光材料层101以及较厚的电极可以一定程度上释放应用端使用时PCB对倒装芯片的应力。第一反光材料层的厚度相对于电极的厚度更薄，其底面可以低于芯片电极的底面，或者与电极底面平齐，或者高于芯片电极的底面，但厚度相差不超过10μm。第一透明材料层104，包围所述倒装芯片除电极之外的侧表面；第二反光材料层103位于第一反光材料层101之上，包围所述第一透明材料层104，形成碗杯的形状，开口上宽下窄，与第一透明材料层104的交界面为斜面，有利于从芯片出射的光经由该交界面反射到波长转换材料层105的内部，从而提升取光光效。
此外，第二反光材料层103的底部内边缘与倒装芯片102的侧表面接触，可以使得第二反光材料层/第一透明层交界面的倾斜角度不变时，封装结构的发光面缩小，如此有利于后续光学透镜的设计。
再者，倒装芯片102的上表面、第二反光材料层103和第一透明材料层104的上表面平齐，并定义前述上表面构成共表面。波长转换材料层105上下表面均为平面，其厚度介于5μm~200μm之间，覆盖于倒装芯片102，第一透明材料层104和第二反光材料层103之上，至少要完全覆盖倒装芯片102和第一透明材料层104的上表面。由于波长转换材料层105上下表面均为平面，厚度均匀，封装结构的色点集中度高。另外，由于此封装结构没有基板，也无需使用固晶胶，而是芯片电极直接裸露，因此具有较低的热阻。
实施例2
如图2所示，与实施例1相比，本实施例的第二反光材料层103的底部内边缘与所述倒装芯片102侧表面存在一定的间隔，如此可以在保持倒装芯片尺寸不变的前提下增大发光面积，对光效有一定程度的提升。
实施例3
如图3所示，与实施例1相比，本实施例的第一透明材料层104中包含波长转换材料。如在第一透明材料层中加入红光转换材料，而在波长转换材料层105中仅有黄光或者绿光转换材料，从而避免黄光或者绿光被红光转换材料二次吸收，可以有效地提升光效。
实施例4
如图4所示，与实施例1相比，本实施例的第一透明材料层104与所述第二反光材料层103的交界面为凸弧面，从芯片出射的光经由交界面反射后，光向上偏外的方向射入波长转换层，有利于提高整个发光面的亮度和颜色均匀性，以及不同角度的亮度和颜色的均匀性。。
实施例5
如图5所示，与实施例4相比，本实施例：所述第二反光材料层103的底部内边缘与所述倒装芯片102侧表面存在一定的间隔，其目的与实施例2相同。
实施例6
如图6所示，与实施例1相比，本实施例的第一透明材料层104与所述第二反光材料层103的交界面为凹弧面，有利于进一步增强出光。
实施例7
如图7所示，与实施例1相比，本实施例在第一透明材料层104与所述第二反光材料层103的交界面中插入一光学反射层109（如Ag金属反射层或DBR等），该层反射率高于第二反光材料层103的反射率，有利于进一步增强出光。
实施例8
如图8所示，与实施例1相比，本实施例在所述波长转换材料层上覆盖第二透明材料层106，可以有效地保护波长转换材料层不被污染和破坏。
实施例9
如图9所示，与实施例1相比，本实施例：在所述波长转换材料层105包裹第二透明材料层106，技术效果同实施例8。
实施例10
如图10所示，与实施例1相比，本实施例：在所述共平面上设置一选择性光学膜107，使得所述选择性光学膜107介于所述共平面与波长转换材料层105之间。其中选择性光学膜的特性为：对于蓝光有较高的透射率，对于绿光、黄光和红光有较高的反射率。
实施例11
如图11所示，与实施例1相比，本实施例在所述波长转换材料层105上设有弧形结构的光学透镜108。
实施例12
如图12所示，与实施例1相比，本实施例的波长转换材料层105的上表面有粗化，如此可以进一步增加光取出，提高光效。
实施例13
如图13所示，与实施例1相比，本实施例的波长转换材料层105覆盖于倒装芯片102上方，具体来说，波长转换材料层105完全包覆于倒装芯片102，但不覆盖至第一透明材料层104的上表面。第一透明材料层104包围波长转换材料层的部分侧面或者包裹整个波长转换材料层的外表面，由于波长转换材料层与芯片接触面相对于实施例1更大，有利于波长转换材料层的热量通过芯片传导出去，降低使用时的表面温度，可靠性更高。
实施例14
如图14所示，与实施例1相比，本实施例的倒装芯片102呈倒梯形，且省去设置第一透明材料层，可以降低封装成本，产出集中度更高，并且使制作工艺更加简单；此外，第二反光材料层103直接包围所述倒梯形结构的倒装芯片102，其中所述第二反光材料层103与所述倒装芯片102的交界面形成光学杯，有利于使倒装芯片的光向上反射，增加出光。
应当理解的是，上述具体实施方案仅为本发明的部分优选实施例，以上实施例还可以进行各种组合、变形。本发明的范围不限于以上实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.发光二极管封装结构，其特征在于：
具有通孔的第一反光材料层；
倒装芯片，位于所述第一反光材料层之上，且所述倒装芯片的电极镶嵌于所述第一反光材料层的通孔；
第一透明材料层，包围所述倒装芯片除电极之外的侧表面；
第二反光材料层，包围所述第一透明材料层，其中所述第一透明材料层与所述反光材料层的交界面是斜面或弧面或不规则形貌，有利于使倒装芯片的光向上反射；
在上述结构之上覆盖波长转换材料层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述第二反光材料层的上表面与所述第一透明材料层的上表面、倒装芯片的上表面齐平，并定义前述上表面构成共表面。
3.根据权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述波长转换材料层位于所述共表面之上。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述第二反光材料层的底部内边缘与所述倒装芯片侧表面接触。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述第二反光材料层的底部内边缘与所述倒装芯片侧表面存在一定的间隔。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述第一透明材料层中不包含波长转换材料。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述第一透明材料层中包含波长转换材料。
8.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述第一透明材料与所述第二反光材料层的交界面为斜面、弧面或者不规则形貌。
9.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：在所述第一透明材料层与所述第二反光材料层的交界面中插入一光学反射层。
10.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特性在于：所述波长转换材料层的上表面为平面，其厚度为5μm~200μm。
11.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特性在于：所述波长转换材料层的上表面有粗化。
12.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特性在于：所述波长转换材料层的上表面设有弧形结构。
13.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特性在于：所述波长转换材料层上设有光学透镜。
14.根据权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特性在于：在所述共平面上设置一选择性光学膜，使得所述选择性光学膜介于所述共平面与波长转换材料层之间。
15.根据权利要求14所述的发光二极管封装结构，其特性在于：所述选择性光学膜的特性为：对于蓝光有较高的透射率，对于绿光、黄光和红光有较高的反射率。
16.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特性在于：在所述波长转换材料层上覆盖第二透明材料层。
17.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述倒装芯片的电极含有铜或金，其厚度为10μm~100μm。
18.发光二极管封装结构，其特征在于：
具有通孔的第一反光材料层；
倒梯形结构的倒装芯片，位于所述第一反光材料层之上，且所述倒装芯片的电极镶嵌于所述第一反光材料层的通孔；
第二反光材料层，包围所述倒梯形结构的倒装芯片，其中所述第二反光材料层与所述倒装芯片的交界面形成光学杯，有利于使倒装芯片的光向上反射；
在上述结构之上覆盖波长转换材料层。
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