CN105789412A - 远距离式荧光粉层的晶圆级led及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种远距离式荧光粉层的晶圆级LED的制备方法，包括：提供一LED预制件，包括基板、安装在所述基板上的LED芯片；在所述基板上形成限位槽，所述限位槽环绕所述LED芯片，且所述限位槽的深度沿远离所述LED芯片的方向逐步加深；在所述LED芯片上方进行第一次点胶，使所述第一次点胶覆盖所述LED芯片并延伸到所述限位槽，然后将其冷却到室温使其固化形成封装透镜层；以及，在所述封装透镜层上方进行第二次点胶，使所述第二次点胶覆盖所述封装透镜层并延伸到所述限位槽，然后将其冷却到室温使其固化形成荧光粉层，其中，所述荧光粉层包括基体以及分散于所述基体中的荧光粉。本发明还涉及一种由上述方法获得的远距离式荧光粉层的晶圆级LED。
Description
技术领域
本发明涉及LED封装技术领域，尤其涉及一种远距离式荧光粉层的晶圆级LED的封装结构及其封装方法。
背景技术
LED(LightEmittingDiode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED的特点非常明显，寿命长、光效高、低辐射与低功耗。白光LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W。
LED封装是指发光芯片的封装，相比集成电路封装有较大不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光。所以LED的封装对封装材料有特殊的要求。目前常见的封装结构是芯片外围封装荧光粉和硅胶，硅胶主要用于保护LED芯片及关联电子元器件，荧光粉主要用于激发白光(一般蓝光LED芯片出光通过黄色荧光粉激发得到白光)。根据散热设计、出光效率、光色指、可靠性的要求，封装结构各式各样。
典型的白光LED封装结构是：在LED支架上、反光杯内固定芯片并完成电气连接，在反光杯空腔灌封荧光粉，荧光粉涂布于芯片外围。在荧光粉外围灌封硅胶，芯片发出的蓝光被荧光粉激发变为白光，白光或直接向支架外散射，或经过反光杯壁反射出光。
荧光粉直接涂布于芯片外围，意味着光线从芯片发出即触及荧光粉，这种出光模式有两种缺点：1、部分光线被荧光粉直接反射回芯片，这部分光扰乱了芯片发出的光。2、芯片发热直接传导至荧光粉层，加速荧光粉的升温，直接损害减少荧光粉寿命，造成LED灯可靠性问题。
最新的荧光粉涂布技术针对这两个问题改变了芯片、荧光粉层的封装设计，将芯片与荧光粉层隔离，芯片与荧光粉层之间或为其他透光材料，或为真空等。这就是所谓的远距式荧光粉层涂布技术。远距式荧光粉层涂布并不罕见，各国都有相关技术专利申请，远距式荧光粉层涂布技术并没有绝对严格的技术标准，行业上对芯片和荧光粉层进行隔离封装的技术都可以成为远距式荧光粉层涂布。本发明主要是提出一种全新的远距式荧光粉涂布技术。
现有的远距式荧光粉层涂布技术远未成熟，尚未解决的问题有：1、厚度均匀、形状规则的荧光粉层；2、覆盖芯片侧面出光区域的荧光粉层；3、无模具制备荧光粉层。把上述3个问题同时解决的技术方案往往需要精度极高、工序复杂的制程。
发明内容
本发明提供一种远距离式荧光粉层的晶圆级LED及其制备方法，可有效解决上述问题。
一种远距离式荧光粉层的晶圆级LED的制备方法，所述LED包括基板、安装在所述基板上的LED芯片，包括以下步骤：
S1，提供一LED预制件，包括基板、安装在所述基板上的LED芯片；
S2，在所述基板上形成限位槽，所述限位槽环绕所述LED芯片，且所述限位槽的深度沿远离所述LED芯片的方向逐步加深；
S3，在所述LED芯片上方进行第一次点胶，使所述第一次点胶覆盖所述LED芯片并延伸到所述限位槽，然后将其冷却到室温使其固化形成封装透镜层；以及
S4，在所述封装透镜层上方进行第二次点胶，使所述第二次点胶覆盖所述封装透镜层并延伸到所述限位槽，然后将其冷却到室温使其固化形成荧光粉层，其中，所述荧光粉层包括基体以及分散于所述基体中的荧光粉。
进一步的，定义所述限位槽远离所述LED芯片的表面距离所述LED芯片中心点的距离为D，定义所述LED芯片的半宽为d，其中，
进一步的，定义所述限位槽的最大深度h，其中，0.1d≤h≤0.2d。
进一步的，所述封装透镜层包括基体以及分散于所述基体中的扩散颗粒。
进一步的，在步骤S3和S4之间进一步包括：
S31，对所述封装透镜层的表面进行雾化处理。
进一步的，所述限位槽靠近所述LED芯片的表面为圆弧面或平面。
一种远距离式荧光粉层的晶圆级LED的封装结构，包括：基板、安装在所述基板上的LED芯片、封装透镜层以及荧光粉层；所述基板上形成有限位槽，所述限位槽环绕所述LED芯片设置，且所述限位槽的深度沿远离所述LED芯片的方向逐步加深；所述封装透镜层覆盖所述LED芯片并延伸到所述限位槽；所述荧光粉层均匀覆盖所述封装透镜层并延伸到所述限位槽。
进一步的，所述封装透镜层靠近所述荧光粉层的表面具有均匀分布的凸起结构。
本发明提供的远距离式荧光粉层的晶圆级LED及其制备方法，具有以下优点：其一，由于限位槽的设置，可以对第一点胶和第二次点胶的形状进行直接的控制，不仅可以行形成高/宽比值较大的封装透镜层，还可以形成均匀的荧光粉层，从而提高光效；其二，由于本案中的限位槽具有良好的限位作用，因此，通过单次点胶就可以获得高/宽比值大于0.5的封装透镜层，而无需重复点胶；其三，在无需模具的情况下，可以实现LED的晶圆级封装，不仅技术操作性强，工艺简单，还可降低LED的生产成本。其四，通过扩散颗粒设置和对所述封装透镜层的表面进行雾化处理，可以进一步提高所述封装结构的出光效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的远距离式荧光粉层的晶圆级LED的制备方法的工艺流程图。
图2为本发明实施例提供的远距离式荧光粉层的晶圆级LED的制备方法中基板的结构示意图。
图3为本发明另一实施例提供的远距离式荧光粉层的晶圆级LED的制备方法中基板的结构示意图。
图4为本发明另一实施例提供的远距离式荧光粉层的晶圆级LED的制备方法中基板的结构示意图。
图5为现有的晶圆级LED的制备方法中基板的结构示意图。
图6为图1中部分结构的放大图。
图7为本发明实施例提供的远距离式荧光粉层的晶圆级LED的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
请参照图1，一种远距离式荧光粉层的晶圆级LED的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供一LED预制件，包括基板10、安装在所述基板10上的LED芯片11；
S2，在所述基板10上形成限位槽102，所述限位槽102环绕所述LED芯片11，且所述限位槽102的深度沿远离所述LED芯片11的方向逐步加深；
S3，在所述LED芯片11上方进行第一次点胶，使所述第一次点胶覆盖所述LED芯片11并延伸到所述限位槽102，然后将其冷却到室温使其固化形成封装透镜层12；以及
S4，在所述封装透镜层12上方进行第二次点胶，使所述第二次点胶覆盖所述封装透镜层12并延伸到所述限位槽102，然后将其冷却到室温使其固化形成荧光粉层13，其中，所述荧光粉层13包括基体131以及分散于所述基体131中的荧光粉132。
在步骤S2中，所述限位槽102的实际结构可以根据实际需要设置，只要使所述限位槽102的深度沿远离所述LED芯片11的方向逐步加深即可。请参照图2-4，在图2中，所述限位槽102靠近所述LED芯片11的表面为向外凸出的圆弧面。在图3中，所述限位槽102靠近所述LED芯片11的表面为倾斜的平面。在图4中，所述限位槽102靠近所述LED芯片11的表面为向内凹陷的圆弧面。请一并参照图5，图5为现有的LED中基板20的限位槽202的结构示意图，由于所述限位槽202为矩形结构仅仅利用点胶的表面张力来阻止点胶流动，当点胶体积较大或张力过小时，所述限位槽202会难以有效实现限位的作用。实验表面，所述限位槽202仅可以获得高/宽比值约为0.4的封装透镜层，因此需要重复点胶，才可以获得高/宽比值大于0.5的封装透镜层。请一并参照图6，图6为图1中部分结构的放大图，从图中可以看出所述封装透镜层12与所述限位槽102远离所述LED芯片11的表面相切。由此，所述限位槽102不仅仅可以利用点胶自身的表面张力来阻止点胶流动，所述限位槽102远离所述LED芯片11的表面还可以起到阻挡作用，从而真正实现限位的功能。所述限位槽102可以通过压印工艺或刻蚀工艺形成。
所述限位槽102在所述基板10上的投影可以是圆形，方形，矩形或其他规则或不规则几盒形状，优选的，所述限位槽102在所述基板10上的投影与所述LED芯片11的形状相同。本实施例中，所述LED芯片11的形状为方形，则，所述限位槽102在所述基板10上的投影也为方形。所述限位槽102远离所述LED芯片11的表面距离所述LED芯片11中心点的距离D可以根据所述LED芯片11的半宽d计算获得。优选的，更优选的，所述限位槽102的最大深度h，优选为：0.1d≤h≤0.2d。更优选的，0.15d≤h≤0.2d。可以理解，通过合理选择述LED芯片11的表面距离所述LED芯片11中心点的距离D、所述LED芯片11的半宽d以及所述限位槽102的最大深度h，从而可以获得高/宽比值较大的封装透镜层12。所述封装透镜层12的高/宽比值为0.5～0.8。优选的，所述所述封装透镜层12的高/宽比值为0.7～0.8。
在步骤S3中，第一次点胶时的点胶位置，优选靠近LED芯片11上表面的几何中心，这样子有利于胶水滴落下来后均匀向四周蔓延形成向上凸的弧面。所述的靠近是位于几何中心或者接近几何中心，因为实际生产时由于工艺所能达到的精度等原因可能无法使其一直处在指定的位置。本实施例实际加工时，点胶的位置高度可以尽量贴近点胶面以避免滴落时的冲击太大引起胶水液滴溢出，也不应太过贴近，导致胶水液滴无法自由铺展。优选的，点胶的下沿距离所述LED芯片11表面的距离约为1mm～5mm。所述第一次点胶的大小可以根据所述LED芯片11的半宽d选择。由于所述第一次点胶可以近似看为球状，其半径R优选为：d≤R<D。
所述封装透镜层12进一步包括基体121以及分散于所述基体121中的扩散颗粒122。所述基体121为透明材料，如，硅胶等。所述扩散颗粒122可以是纳米硅扩散材料等。一方面，扩散颗粒122的使用可以改变了原来的出光路径，增加光的漫反射，使光效更好；另一方面，扩散颗粒122的添加会使基体121的流动性型降低。因此，优选的，为了平衡光效和流动性，所述扩散颗粒122的添加量占所述封装透镜层12的总重量的1.5％～3％。更优选的，所述扩散颗粒122的添加量占所述封装透镜层12的总重量的2％～2.5％。本实施例中，所述扩散颗粒122的添加量占所述封装透镜层12的总重量的2％左右。
在步骤S3之后，可以进一步包括：
步骤S31，对所述封装透镜层12的表面进行雾化处理。通过雾化处理后，可以在所述封装透镜层12远离所述LED芯片11的表面上形成均匀分布的凸起结构(图中未标示)。所述凸起结构有利于改变了原来的出光路径，增加光的漫反射，进一步提高光效。所述雾化处理可以通过等离子刻蚀等工艺实现。
在步骤S4中，可以理解，一方面，荧光粉层13增加，可以增加光线和荧光粉132的复合点，提高效率；另一方面，荧光粉132的添加会使基体131的流动性型降低。因此，优选的，为了平衡复合点和流动性，所述荧光粉132的添加量占所述荧光粉层13的总重量的1％～10％。更优选的，所述荧光粉132的添加量占所述荧光粉层13的总重量的2％～5％。本实施例中，所述荧光粉132的添加量占所述荧光粉层13的总重量的4％左右。进一步的，所述荧光粉层13还可以进一步添加扩散颗粒122，但是添加的扩散颗粒122和荧光粉层13的总重量不超过所述荧光粉层13的总重量的2.5％～10％为宜。请一并参照图6，图6为图1中部分结构的放大图，从图中可以看出所述荧光粉层13也与所述限位槽102远离所述LED芯片11的表面相切。所述荧光粉层13的厚度均匀，约为0.2-0.3毫米。
请参照图7，一种远距离式荧光粉层的晶圆级LED100，包括：基板10、安装在所述基板10上的LED芯片11、封装透镜层12以及荧光粉层13；所述基板10上形成有限位槽102，所述限位槽102环绕所述LED芯片11设置，且所述限位槽102的深度沿远离所述LED芯片11的方向逐步加深；所述封装透镜层12覆盖所述LED芯片11并延伸到所述限位槽102；所述荧光粉层13均匀覆盖所述封装透镜层12并延伸到所述限位槽102。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种远距离式荧光粉层的晶圆级LED的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供一LED预制件，包括基板、安装在所述基板上的LED芯片；
S2，在所述基板上形成限位槽，所述限位槽环绕所述LED芯片，且所述限位槽的深度沿远离所述LED芯片的方向逐步加深；
S3，在所述LED芯片上方进行第一次点胶，使所述第一次点胶覆盖所述LED芯片并延伸到所述限位槽，然后将其冷却到室温使其固化形成封装透镜层；以及
S4，在所述封装透镜层上方进行第二次点胶，使所述第二次点胶覆盖所述封装透镜层并延伸到所述限位槽，然后将其冷却到室温使其固化形成荧光粉层，其中，所述荧光粉层包括基体以及分散于所述基体中的荧光粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，定义所述限位槽远离所述LED芯片的表面距离所述LED芯片中心点的距离为D，定义所述LED芯片的半宽为d，其中，
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，定义所述限位槽的最大深度h，其中，0.1d≤h≤0.2d。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述封装透镜层包括基体以及分散于所述基体中的扩散颗粒。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3和S4之间进一步包括：
S31，对所述封装透镜层的表面进行雾化处理。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述限位槽靠近所述LED芯片的表面为圆弧面或平面。
7.一种远距离式荧光粉层的晶圆级LED，其特征在于，包括：基板、安装在所述基板上的LED芯片、封装透镜层以及荧光粉层；所述基板上形成有限位槽，所述限位槽环绕所述LED芯片设置，且所述限位槽的深度沿远离所述LED芯片的方向逐步加深；所述封装透镜层覆盖所述LED芯片并延伸到所述限位槽；所述荧光粉层均匀覆盖所述封装透镜层并延伸到所述限位槽。
8.根据权利要求7所述的远距离式荧光粉层的晶圆级LED，其特征在于，所述封装透镜层靠近所述荧光粉层的表面具有均匀分布的凸起结构。
9.根据权利要求7所述的远距离式荧光粉层的晶圆级LED，其特征在于，所述荧光粉层包括基体以及分散于所述基体中的荧光粉。
10.根据权利要求7所述的远距离式荧光粉层的晶圆级LED，其特征在于，所述封装透镜层包括基体以及分散于所述基体中的扩散颗粒。
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