CN105470371A - 一种用于荧光粉涂覆的装置及其涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于荧光粉涂覆的装置及其涂覆方法，其属于LED封装领域。装置包括基板、支撑块以及荧光粉胶涂覆板，基板呈平板状，支撑块用于将荧光粉胶涂覆板支撑在基板上，支撑块与荧光粉胶涂覆板相接触的端部的总面积为S1，荧光粉胶涂覆板与支撑块相接触的面的总面积为S2，S1：S2≤0.9。荧光粉胶涂覆板与基板平行或者不平行，两者相距的最小高度为0.1mm。荧光粉胶涂覆板呈薄片状，该薄片状的厚度为0.01mm～1mm，荧光粉胶涂覆板的涂胶面印刷有电路。本发明的还公开了利用上述装置进行涂覆的方法。本发明装置可使阵列芯片封装时获得半球状或者球缺状的荧光粉胶形貌。

Description

一种用于荧光粉涂覆的装置及其涂覆方法

技术领域

本发明属于LED封装领域，更具体地，涉及一种用于荧光粉涂覆的装置及其用于LED荧光粉胶涂覆的方法。

背景技术

LED(LightEmittingDiode)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。由于LED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。目前白光LED产品应用最为广泛。

大功率白光LED通常是由蓝色光与黄色光的两波长光或者蓝色光与绿色光以及红色光的三波长光混合而成。由于两波长光混合方式获得白光LED的工艺简单且成本低，得到了广泛采用。在实际生产中，常常在蓝色LED芯片上涂覆黄色YAG荧光粉或者黄色TAG荧光粉从而获得白光LED产品。在LED封装中荧光粉层形貌极大影响了LED的出光效率、色温、空间颜色均匀性等重要光学性能。在LED实际封装过程中，主要通过荧光粉胶涂覆来获得理想的荧光粉层形貌。

目前，市场上的白光LED主要分为单芯片LED和阵列芯片(COB)LED,在LED封装中最常用的荧光粉胶涂覆方式是通过点胶机将注射器中的荧光粉胶涂覆在LED芯片周围，获得的荧光粉胶形貌。由于荧光粉胶在基板和芯片上的润湿角度非常小，因此，荧光粉胶点涂在平坦表面上常形成圆饼状荧光粉胶形貌，圆饼状的荧光粉胶形貌不仅光效低，而且空间颜色均匀性也较差。

为了提高LED的光学性能，目前工业广泛采用的是带凸台结构的基板，封装时将LED芯片贴装在凸台上，然后在凸台上涂覆荧光粉胶，相比平坦基板，该基板结构在一定程度上能抑制荧光粉胶的铺展，从而形成有一定曲率的球缺状荧光粉胶形貌。但是，该基板结构对荧光粉胶流动的限制作用有限，很难实现半球状荧光粉胶，而从光的传播角度分析，半球形荧光粉胶形貌最有利于光从荧光粉胶层出射，从而取得较好的光效和空间颜色均匀性。因此，对于单芯片LED模块，在完成荧光粉胶涂覆后，往往会加盖半球形曲面透镜以达到良好的光效。然而，(1)对于多芯片阵列LED模块，由于其尺寸比较大，目前阵列芯片LED基板也没有限制荧光粉胶过度铺展的凸台结构，因此其荧光粉胶形貌往往在为平面状；(2)多芯片阵列LED也没有调整出光的半球形曲面透镜，这造成阵列LED的空间颜色均匀性和光效都不理想。

因此，需要开发一种方法或者装置，其能有效解决多芯片阵列LED空间颜色均匀性问题以及光效不理想问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于荧光粉涂覆的装置及其涂覆方法，其目的在于，通过在基板上设置支撑块，再在支撑块上设置薄片状的荧光粉胶涂覆板，通过限定支撑块和荧光粉胶涂覆块的尺寸，相应能使多芯片阵列LED模块获得球缺状或者是半球状的荧光粉胶形貌，最终使得阵列LED的空间颜色均匀性和光效均较为理想。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于荧光粉涂覆的装置，其包括基板、设置在基板上的支撑块以及设置在支撑块上的荧光粉胶涂覆板，其中，

所述基板呈平板状，支撑块用于将荧光粉胶涂覆板支撑在所述基板上，所述支撑块与所述荧光粉胶涂覆板相接触的端部的总面积为S1，所述荧光粉胶涂覆板与所述支撑块相接触的面的总面积为S2，S1：S2≤0.9，

所述荧光粉胶涂覆板与所述基板平行或者不平行，两者相距的最小高度为0.1mm，

所述荧光粉胶涂覆板呈薄片状，该薄片状的厚度为0.01mm～1mm，所述荧光粉胶涂覆板的涂胶面印刷有电路，该涂胶面上用于贴装芯片以及涂覆荧光粉胶或者封装胶。

以上发明构思中，通过在支撑块上设置厚度为0.01mm～1mm的薄片状荧光粉胶涂覆板，薄片状荧光粉胶涂覆板对可流动的荧光粉胶的表面起到限制作用，能防止其过度溢出导致形貌不理想。进一步的，通过限定S1与S2的面积比、荧光粉胶涂覆板与所述基板间距以及荧光粉胶涂覆板的厚度，能进一步抑制荧光粉胶的流动，获得半球形或者球缺状的荧光粉胶形貌，从而提高LED的光效及空间颜色均匀性。

优选的，所述S1：S2的范围为0.5～0.85，所述荧光粉胶涂覆板与所述基板平行，两者相距的高度为0.1mm～5mm，所述荧光粉胶涂覆板的厚度为0.01mm～0.2mm。通过对结构尺寸的限定，能更好的获得半球形的荧光粉胶形貌。

进一步的，所述支撑块和所述荧光粉胶涂覆板在基板上呈阵列布置，相邻的荧光粉胶涂覆板的边缘间的相距距离为0.5mm～5mm。通过限定该距离，可防止相邻的荧光粉胶涂覆板相互影响导致荧光粉胶的形貌不理想。

进一步的，所述荧光粉胶涂覆板涂胶面的形状为圆形、矩形或者任意其他形状。

进一步的，所述基板、所述支撑块以及所述荧光粉胶涂覆板三者为材质相同的整体，或者

所述基板、所述支撑块以及所述荧光粉胶涂覆板为材质不相同的独立体粘结或者固定形成的组合结构。

进一步的，所述基板、所述支撑块以及所述荧光粉胶涂覆板的材质为是铜板、铝板、硅板和聚碳酸酯板的一种或者多种。

按照本发明的另一方面，提供了一种荧光粉涂覆方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1：制备如上所述的装置，将芯片贴装在荧光粉胶涂覆板的涂胶面上，连接好电路；

S2：向荧光粉胶涂覆板上点胶，荧光粉胶在所述装置约束下，自然形成半球状或者球缺状荧光粉胶形貌；

S3：加热以使荧光粉胶固化。

进一步的，还包括步骤S4，其为，

S4：向基板上加入导热材料，使基板上呈阵列排布的支撑块间均填充有导热材料，以提高结构的散热性能。

进一步的，荧光粉胶荧光粉包括YAG荧光粉、TAG荧光粉的一种或者多种，

所述的荧光粉胶包含的胶黏剂包括硅胶、环氧树脂或液态玻璃中的一种或多种。

进一步的，所述荧光粉胶中包含的荧光粉的浓度为0.01克/毫升～5克/毫升。

本发明中，荧光粉胶为混合有荧光粉的胶黏剂；荧光粉胶形貌为涂覆荧光粉胶时荧光粉胶在所述荧光粉胶涂覆块的涂胶面上固化成型的荧光粉层；荧光粉层为固化结束后获得的固定成型的荧光粉胶层；荧光粉胶形貌(又称荧光粉层形貌)为固化后获得的固定成型的荧光粉胶层的三维立体形貌。

本发明中，荧光粉胶形貌中半球形即为球体剖成两半后，一半球体的形状，球缺状是指球体削去掉一部分后，剩余部分的球体的形状。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明装置仅仅包括基板、荧光粉胶涂覆块和支撑块，支撑块将荧光粉胶涂覆块支撑悬空在基板上，荧光粉胶涂覆块呈薄片状，在其上贴装芯片并点胶后，由于S1小于S2，使得荧光粉胶涂覆块对荧光粉胶表面具有一定的约束力，防止其过度流动变成圆饼状，从而可以获得球缺状或者半球状的荧光粉胶形貌，相应提高了空间颜色均匀性和光效，克服了多芯片阵列LED封装时荧光粉胶形貌圆饼导致的光效和颜色问题。

2、本发明的装置应用于单芯片LED封装，可以实现半球形荧光粉胶形貌，在取光效率方面可以取代现有单芯片LED封装结构中曲面透镜的作用，从而节约成本。

3、本发明的装置中支撑块和荧光粉胶涂覆块可进行阵列排布，应用于多芯片阵列LED封装时，通过调整荧光粉胶涂覆块边缘间的间距，可防止荧光粉涂覆相互影响，自然形成半球状或者球缺状荧光粉胶形貌。

4、本发明的装置结构简单，设计巧妙，经济适用，效果明显，可大规模广泛应用。

附图说明

图1为本发明实施例的荧光粉胶涂覆装置结构示意图；

图2为应用本发明所提出的荧光粉胶涂覆装置时，荧光粉涂覆的工艺流程的过程示意图；

图3中(a)、(b)、(c)为三种不同LED基板结构及其实现的荧光粉涂覆形貌的二维图，(a)传统不带凸台基板结构实现的圆饼状荧光粉胶形貌，(b)传统带凸台基板结构实现的球缺状荧光粉胶形貌，(c)本发明装置实现的半球状荧光粉胶形貌；

图4中(a)、(b)、(c)为三种不同多芯片阵列LED基板结构；(a)传统平坦表面基板结构，(b)带圆形荧光粉胶涂覆板和支撑块基板，(c)带矩形荧光粉胶涂覆板和支撑块基板；

图5(a)、(b)、(c)为三种不同多芯片阵列LED基板结构实现的荧光粉胶形貌的三维图；(a)平面型荧光粉胶形貌，(b)半球形荧光粉胶形貌，(c)圆柱形荧光粉胶形貌。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1001-LED芯片、1002-荧光粉胶涂覆板、1003-支撑块、1004-基板、1005-荧光粉胶、1006-加热板、1007-填充导热材料、1008-凸台、1009-围堤。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例的装置结构示意图，其包括基板1004、设置在基板上的支撑块1003以及设置在支撑块1003上的荧光粉胶涂覆板1002。

其中，所述基板1004呈平板状，与现有技术中的基板完全一样。支撑块1003用于将荧光粉胶涂覆板1002支撑在所述基板1004上，使荧光粉胶涂覆板1002悬空处于基板上方。

所述支撑块1003与所述荧光粉胶涂覆板1002相接触的端部的总面积为S1，所述荧光粉胶涂覆板1002与所述支撑块1003相接触的面的总面积为S2，S1：S2≤0.9，在本发明的一个实施例中，S1：S2范围为0.5～0.85。

所述荧光粉胶涂覆板1002与所述基板1004平行或者不平行，两者相距的最小高度为0.1mm。在本发明的又一个实施例中，所述荧光粉胶涂覆板1002与所述基板1004平行，两者相距的高度为0.1mm～5mm。

所述荧光粉胶涂覆板1002呈薄片状，该薄片状的厚度为0.01mm～1mm，所述荧光粉胶涂覆板1002的涂胶面印刷有电路，该涂胶面上用于贴装芯片以及涂覆荧光粉胶或者封装胶。在本发明的一个实施例中，所述荧光粉胶涂覆板1002的厚度为0.01mm～0.2mm。

支撑块1003和所述荧光粉胶涂覆板1002在基板上呈阵列布置，相邻的荧光粉胶涂覆板1002的边缘间的相距距离为0.5mm～5mm。通过限定该距离，可防止相邻的荧光粉胶涂覆板相互影响，荧光粉胶涂覆板如果相距太近，涂覆时候，相邻的胶之间容易影响，得不到球缺状或者半球状的形貌。

荧光粉胶涂覆板1002涂胶面的形状为圆形、矩形或者任意其他形状。具体的形状，可以根据实际工程需要灵活设计。

基板1004、所述支撑块1003以及所述荧光粉胶涂覆板1002三者为材质相同的整体，或者所述基板1004、所述支撑块1003以及所述荧光粉胶涂覆板1002为材质不相同的独立体粘结或者固定形成的组合结构。所述基板1004、所述支撑块1003以及所述荧光粉胶涂覆板1002的材质为是铜板、铝板、硅板和聚碳酸酯板的一种或者多种。实际工程加工过程中，可以综合考虑成本、材料的工艺性能等等综合因素，选择合适的方式获得本发明的装置或者说是组合基板。

实际工程实践中，可采用形状规则的基板、荧光粉胶涂覆块和支撑块，可通过数控铣床、锻压、注模和刻蚀等加工工艺实现，易于加工，并且其制作材料为铜、铝、硅或者PC板，材料易得，成本低。

本发明的荧光粉涂覆的工艺流程主要包括如下主要的几个步骤：

S1：制备如上所述的装置，将芯片贴装在荧光粉胶涂覆板的涂胶面上，连接好电路；

S2：向荧光粉胶涂覆板上点胶，荧光粉胶在所述装置约束下，自然形成半球状或者球缺状荧光粉胶形貌；

S3：加热以使荧光粉胶固化。具体的固化工艺，可根据荧光粉胶的材质决定。

其中，荧光粉胶荧光粉包括YAG荧光粉、TAG荧光粉的一种或者多种，所述的荧光粉胶包含的胶黏剂包括硅胶、环氧树脂或液态玻璃中的一种或多种。所述荧光粉胶中包含的荧光粉的浓度为0.01克/毫升～5克/毫升。

图2为应用本发明一个实施例所提出的组合基板时，荧光粉涂覆的工艺流程的过程示意图，由图可知，在本发明的一个优选实施例中，荧光粉涂覆的工艺流程的过程示意图，

S1：制备如上所述的装置，将芯片贴装在荧光粉胶涂覆板的涂胶面上，连接好电路；

S2：向荧光粉胶涂覆板上点胶，荧光粉胶在所述装置约束下，自然形成半球状或者球缺状荧光粉胶形貌；

S3：加热以使荧光粉胶固化。具体的固化工艺，可根据荧光粉胶的材质决定；

S4：向基板上加入导热材料1007，使基板上呈阵列排布的支撑块间均填充有导热材料，以提高结构的散热性能。此外，填充导热材料1007，导热材料1007充满间隙，并且和荧光粉胶涂覆板相平，相当于对支撑块和荧光粉胶涂覆板起到了固定和加强作用，也使得整个模块结构形成一个整体，结构牢固。导热材料1007可为LED封装领域中常用的导热胶或者其他常用的材料。

实施例1

本实施例分别对传统不带凸台的单芯片LED基板、传统带凸台的单芯片LED基板和本发明提出的组合基板进行荧光粉胶的涂覆。

图3(a)为荧光粉胶在传统不带凸台的单芯片LED基板上涂覆得到的荧光粉胶形貌，该图中芯片1001尺寸为1mmx1mm，厚度为0.1mm；基板1004的尺寸大小为6mmx6mm，厚度为1mm。由于没有凸台对荧光粉胶流动铺展的限制，荧光粉胶接近完全润湿基板状态，在芯片上方和基板上方形成很薄的一层荧光粉胶层，该荧光粉胶形貌被称为圆饼状。

图3(b)为荧光粉胶在传统带凸台的单芯片LED基板上涂覆得到的荧光粉胶形貌，其中，凸台1008的直径为3mm的圆台，高度为0.5mm；芯片1001尺寸为1mmx1mm，厚度为0.1mm；基板1004的尺寸大小为6mmx6mm，厚度为1mm。LED由于凸台对荧光粉胶流动铺展的限制，荧光粉胶在一定体积下无法溢出凸台的涂胶面，但是由于凸台本身的流体流动限制效果有限，荧光粉胶在芯片的凸台上方形成的是球缺形荧光粉胶形貌，距离半球形荧光粉胶形貌还有一定距离。

图3(c)是荧光粉胶在本发明提出的组合基板涂覆得到的荧光粉胶形貌，其中，芯片1001尺寸为1mmx1mm，厚度为0.1mm；基板1004的尺寸大小为6mmx6mm，厚度为1mm；支撑块1003为直径为2mm的圆台，高度为0.5mm；荧光粉胶涂覆板1002为直径为3mm的圆片，厚度为0.2mm。由于荧光粉胶涂覆块对荧光粉胶的流动限制，荧光粉胶不会溢出荧光粉胶块的涂胶面，并在芯片和荧光粉胶涂胶块上方形成半球形荧光粉胶形貌。

在该实施例中，荧光粉胶的涂覆体积均为7ul，浓度均为0.1克/毫升，均只包括TAG荧光粉，荧光粉胶包含的胶黏剂为硅胶。

实施例2：

本实施例分别对传统多芯片阵列LED基板、圆形多芯片阵列组合基板结构和矩形多芯片阵列组合基板结构进行荧光粉胶的涂覆。

图4(a)为传统多芯片阵列LED基板，图4(b)为圆形多芯片阵列组合基板，图4(c)为矩形多芯片阵列组合基板。

图5(a)为荧光粉胶在传统多芯片阵列LED基板上涂覆得到的荧光粉胶形貌，传统阵列LED基板由于涂覆面积较大，为了保证荧光粉胶不会过度铺展形成薄层，往往在芯片的外围加上一定高度的围堤1009限制荧光粉胶的铺展，但是由于面积较大且没有采取有效的形貌控制方法，荧光粉胶形貌为平面状。

图5(b)为荧光粉胶在圆形多芯片阵列组合基板上涂覆得到的荧光粉胶形貌，由于荧光粉胶涂覆块对荧光粉胶的限制，荧光粉胶不会溢出荧光粉胶块的涂胶面，从而形成半球形荧光粉胶几何形貌。

图5(c)是荧光粉胶在矩形多芯片阵列组合基板上涂覆得到的荧光粉胶形貌，由于荧光粉胶涂覆块对荧光粉胶的流动限制，荧光粉胶不会溢出荧光粉胶块的涂胶面，并在芯片和荧光粉胶涂胶块上方形成截面半球形圆柱突起荧光粉胶形貌。

在该实施例中，浓度均为5克/毫升，均只包括YAG荧光粉，荧光粉胶包含的胶黏剂为硅胶。

本发明中，支撑块用于将薄片状的荧光粉胶涂覆板1002支撑悬空在基板1004上，当同时满足：

(1)S1：S2≤0.9；

(2)荧光粉胶涂覆板1002与基板1004两者相距的高度大于0.1mm。通常情况下，荧光粉胶涂覆板1002与基板1004两者平行且相距为0.5mm～5mm；

(3)荧光粉胶涂覆板1002的厚度为0.01mm～1mm；

即能在点胶后自然获得半球形或者球缺状的荧光粉胶形貌，

其中，S1为支撑块1003与荧光粉胶涂覆板1002相接触的端部的总面积，S2为荧光粉胶涂覆板1002与支撑块1003相接触的面的总面积。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于荧光粉涂覆的装置，其特征在于，其包括基板(1004)、设置在基板上的支撑块(1003)以及设置在支撑块(1003)上的荧光粉胶涂覆板(1002)，其中，

所述基板(1004)呈平板状，支撑块(1003)用于将荧光粉胶涂覆板(1002)支撑在所述基板(1004)上，所述支撑块(1003)与所述荧光粉胶涂覆板(1002)相接触的端部的总面积为S1，所述荧光粉胶涂覆板(1002)与所述支撑块(1003)相接触的面的总面积为S2，S1：S2≤0.9，

所述荧光粉胶涂覆板(1002)与所述基板(1004)平行或者不平行，两者相距的最小高度为0.1mm，

所述荧光粉胶涂覆板(1002)呈薄片状，该薄片状的厚度为0.01mm～1mm，所述荧光粉胶涂覆板(1002)的涂胶面印刷有电路，该涂胶面上用于贴装芯片以及涂覆荧光粉胶或者封装胶。

2.如权利要求1所述的一种用于荧光粉涂覆的装置，其特征在于，所述S1：S2的范围为0.5～0.85，

所述荧光粉胶涂覆板(1002)与所述基板(1004)平行，两者相距的高度为0.1mm～5mm，

所述荧光粉胶涂覆板(1002)的厚度为0.01mm～0.2mm。

3.如权利要求1或2所述的一种用于荧光粉涂覆的装置，其特征在于，所述支撑块(1003)和所述荧光粉胶涂覆板(1002)在基板上呈阵列布置，相邻的荧光粉胶涂覆板(1002)的边缘间的相距距离为0.5mm～5mm。

4.如权利要求1或2所述的一种用于荧光粉涂覆的装置，其特征在于，所述荧光粉胶涂覆板(1002)涂胶面的形状为圆形、矩形或者任意其他形状。

5.如权利要求1或2所述的一种用于荧光粉涂覆的装置，其特征在于，所述基板(1004)、所述支撑块(1003)以及所述荧光粉胶涂覆板(1002)三者为材质相同的整体，或者

所述基板(1004)、所述支撑块(1003)以及所述荧光粉胶涂覆板(1002)为材质不相同的独立体粘结或者固定形成的组合结构。

6.如权利要求1所述的一种用于荧光粉涂覆的装置，其特征在于，所述基板(1004)、所述支撑块(1003)以及所述荧光粉胶涂覆板(1002)的材质为是铜板、铝板、硅板和聚碳酸酯板的一种或者多种。

7.一种荧光粉涂覆方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1：制备如权利要求1-6之一所述的装置，将芯片贴装在荧光粉胶涂覆板的涂胶面上，连接好电路；

S2：向荧光粉胶涂覆板上点胶，荧光粉胶在所述装置约束下，自然形成半球状或者球缺状荧光粉胶形貌；

S3：加热以使荧光粉胶固化。

8.如权利要求7所述方法进行荧光粉涂覆方法，其特征在于，还包括步骤S4，其为，

S4：向基板上加入导热材料，使基板上呈阵列排布的支撑块间均填充有导热材料，以提高结构的散热性能。

9.如权利要求7或8所述方法进行荧光粉涂覆方法，其特征在于，荧光粉胶荧光粉包括YAG荧光粉、TAG荧光粉的一种或者多种，

所述的荧光粉胶包含的胶黏剂包括硅胶、环氧树脂或液态玻璃中的一种或多种。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述荧光粉胶中包含的荧光粉的浓度为0.1克/毫升～5克/毫升。