CN105914284A - 一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法、产品以及应用 - Google Patents

一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法、产品以及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法及其在晶圆级发光二极管封装中的应用，属于LED封装领域。其包含：S1将荧光粉胶涂覆在LED晶圆片上；S2将LED晶圆片置于温度为50℃～200℃度的溶液中；S3待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；S3将LED晶圆片置于温度在50℃～200℃下加热，使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发并将荧光粉胶固化；S5将晶圆片切割成小芯片单元。本发明方法操作简单，成本低，可制备厚度极薄且厚度均匀度大于0.95的荧光粉胶薄膜，从而提高LED的光效、空间颜色均匀性以及产品一致性。该工艺可以广泛的应用于晶圆级发光二极管封装中。

Description

一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法、产品以及应用
技术领域
本发明属于LED封装领域，更具体地，涉及一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法、产品以及应用。
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。其在高效节能上的优势使其迅速的在各种照明领域中得到应用并逐渐取代传统照明光源。
大功率白光LED通常是由多色LED芯片混合发光或者单色LED芯片上涂覆荧光粉获得。由于单色LED芯片上涂覆荧光粉的封装方法工艺简单且成本低，其在工业生产中得到了广泛的应用。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。
传统的LED封装技术中，先将LED晶圆片切割成单个LED芯片，然后通过固晶、打线、荧光粉涂覆、加装透镜和灌注封装胶等工艺得到白光LED。这种封装技术工序多，封装成本高，封装产品的一致性也受到很大的影响。
为了降低封装成本并提高封装产品一致性，晶元级LED封装技术(WaferLevel Package,WLP)被发明并被投入工业生产。该技术是对整片LED晶圆片上进行大多数或是全部的封装测试程序，再切割得到单个成品LED模块的技术，封装后的LED模块尺寸与裸芯片一致。该技术有效的提高了封装效率，降低封装成本，实现了芯片设计与封装工艺协同设计的目标。但是，该技术同时也存在一些技术难题待解决，例如晶圆片的凸点电极制备技术和荧光粉涂覆技术。
荧光粉涂覆技术决定了荧光粉层几何形状，荧光粉层的几何形状影响荧光粉层的光学性能并进一步影响LED模块的光热性能。对于晶圆级LED封装，由于晶圆片的荧光粉胶涂覆面积大，荧光粉胶很难在芯片上方均匀铺展，从而造成晶元片不同的位置的荧光粉胶层的厚度不一致，这导致切割后的LED模块之间的光学性能不一致。此外，传统的荧光粉涂覆是在空气环境中完成的，受到荧光粉胶对晶圆片的表面的润湿特性的影响，实现的荧光粉层厚度往往比较厚。研究表明，越薄的荧光粉层厚度，其光学性能越好，例如光效和空间颜色均匀性。为了实现较薄的荧光粉层厚度，目前获得荧光粉薄膜的办法主要有溶液蒸发法、圆片法以及旋转喷涂法。这些技术实现的工艺复杂，且往往依赖于精密的仪器设备。
因此，需要开发一种简单经济的、厚度均匀的荧光粉胶薄膜的涂覆方法，从而能提高LED的光学性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其目的在于，通过在加热的溶液中涂覆荧光粉胶，使荧光粉胶充分润湿LED晶圆片，从而获得厚度极薄的荧光粉胶薄膜，从而提高LED光效和空间颜色均匀性等光学性能。本发明还提供如上方法制备的LED发光模块以及其在晶圆级发光二极管中的应用。
为实现上述目的，本发明提供了一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：将荧光粉胶涂覆在LED晶圆片上；
S2：将涂覆有荧光粉胶的LED晶圆片置于温度为50℃～200℃度的溶液中；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为50℃～200℃的加热设备中加热，使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发，同时将荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜；
S5：将表面具有稳定的荧光粉胶薄膜的LED晶圆片切割成芯片单元，得到可以直接发出白光的LED模块。
进一步的，所述溶液为不与LED晶圆片、荧光粉胶发生化学反应且具有挥发性的液体。
进一步的，所述溶液为碳原子数大于五的烷烃中的一种或多种。
进一步的，所述荧光粉胶薄膜的厚度为50微米～1000微米。所述荧光粉胶薄膜的厚度由荧光粉胶中包含的荧光粉的浓度、荧光粉胶中包含的胶体特性、溶液温度以及LED晶圆片材料及表面特性决定，薄膜厚度最薄可以小于或等于50微米。
进一步的，所述的荧光胶薄膜厚度一致性为0.95～1.00，所述薄膜厚度一致性为薄膜最小厚度与最大厚度的比值。
进一步的，所述的LED晶圆片的半径为1毫米～1000毫米。
按照本发明的第二个方面，还提供一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：将荧光粉胶涂覆在LED晶圆片上；
S2：将涂覆有荧光粉胶的LED晶圆片置于温度为50℃～200℃度的溶液中；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为50℃～200℃的加热设备中加热，使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发，同时将荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜；
S5：重复步骤S1至步骤S4至少一次，获得多层稳定的荧光粉胶薄膜；
S6：将表面具有多层稳定的荧光粉胶薄膜的LED晶圆片切割成芯片单元，得到可以直接发出白光的LED模块。
按照本发明的第三个方面，还提供一种权上所述的溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法制备的LED模块。
进一步的，所述LED模块上的荧光粉薄膜为多层，相邻两层荧光粉胶薄膜包含的荧光粉的浓度相同或者不同。
按照本发明的第四个方面，还提供一种如上所述LED模块在发光二极管封装中的应用。
如上所述方法中，所述荧光粉胶为胶体与荧光粉颗粒按一定的浓度配比均匀混合后的混合物。所述胶体为硅胶、环氧树脂的一种或多种，所述荧光粉包括YAG荧光粉、TAG荧光粉的一种或者多种。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。
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：
本发明方法先在空气环境中将荧光粉胶涂覆至LED晶圆片上，然后将LED晶圆片置于温度加热至50℃～200℃溶液中，待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出。将LED晶圆片置于温度为50℃～200℃的加热设备中加热使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发并使荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜。最后将LED晶圆片切割成小芯片单元，得到可以直接发出白光的LED模块。
本发明利用溶液与荧光粉胶间界面张力的作用，可以实现厚度极薄的荧光粉薄膜，并且厚度均匀，从而提高LED的取光效率和空间颜色均匀性。具体的，可以实现厚度一致性高于0.95的荧光粉胶薄膜，从而提高晶圆级封装的一致性。相比于现有的溶液蒸发法、圆片法以及旋转喷涂法，本发明工艺简单，对精密设备依赖度低，成本低，可大规模快速应用在工业中进行晶圆级LED封装。
附图说明
图1为本发明的溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法技术在晶圆级发光二极管封装中应用的工艺过程示意图；
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晶圆片、1002-荧光粉胶、1003-容器、1004-溶液、1005-加热设备。
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。
图1为本发明实施例的溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法技术在晶圆级发光二极管封装中应用的工艺过程示意图，由图可知，其主要包括如下步骤：
S1：将荧光粉胶1002涂覆在LED晶圆片1001上，LED晶圆片的半径为1毫米～1000毫米；
S2：将涂覆有荧光粉胶的LED晶圆片置于温度为50℃～200℃度的溶液1004中，溶液容置在容器1003中，容器置于加热设备1005上；溶液为不与LED晶圆片、荧光粉胶中的荧光粉和胶体发生化学反应且具有挥发性的液体，溶液可为碳原子数大于五的烷烃中的一种或多种；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为50℃～200℃的加热设备中加热，使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发，同时将荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜，荧光粉胶薄膜的厚度为50微米～1000微米，荧光胶薄膜厚度一致性为0.95～1.00，所述薄膜厚度一致性为薄膜最小厚度与最大厚度的比值；
S5：将表面具有稳定的荧光粉胶薄膜的LED晶圆片切割成芯片单元，得到可以直接发出白光的LED模块。
以上各个步骤中，荧光粉胶中的荧光粉包括YAG荧光粉、TAG荧光粉的一种或者多种。荧光粉胶中包含的荧光粉的浓度为0.01克/毫升～5克/毫升。
在实际工程中，可以根据实际需要，重复步骤S1至步骤S4至少一次，获得多层稳定的荧光粉胶薄膜。
本发明方法的原理如下：
荧光粉胶涂覆实际上是荧光粉胶在基板上的流体润湿铺展行为，因此其形貌取决于荧光粉胶在基板上的接触角θ，接触角θ可以用Young’s方程描述：
γsv＝γsl+γlv cosθ
其中，γsv表示固体壁面与周围流体介质之间的界面张力，γsl表示固体壁面和荧光粉胶之间的界面张力，γlv表示荧光粉胶与周围流体介质之间的界面张力。当θ>120°时，称为不润湿状态；当0°<θ<120°时，称为部分润湿状态；θ＝0°时，称为完全润湿状态。
传统的荧光粉胶涂覆过程是在空气中完成的，其周围流体介质为空气，在空气介质中，荧光粉胶在大多数材料制备而成的基板上呈现部分润湿状态，接触角大于30°，因此其在基板上铺展后的形貌呈现中间厚两侧薄的形貌，且其整体厚度比较厚，往往大于200微米。
为了获得厚度更薄且更均匀的荧光粉胶薄膜，本发明提供一种溶液法荧光粉涂覆方法。该方法使用溶液作为周围流体介质，从而改变了固体壁面与周围流体介质之间的界面张力γsv以及荧光粉胶与周围流体介质之间的界面张力γlv，使得γsv≥γsl+γlv，实现了θ＝0°的完全润湿状态。在这样的条件下，荧光粉胶将完全润湿基板，因此其厚度更加均匀，此外由于完全润湿的原因，也可以得到更薄的荧光粉层。
为了详细的说明本发明方法，下面结合实施例进一步详细说明。
实施例1
S1：将荧光粉胶涂覆在LED晶圆片上，晶圆片的半径为1000毫米；
S2：将涂覆有荧光粉胶的LED晶圆片置于加热至温度为50℃度溶液中，溶液为正己烷到正十一烷的混合溶液；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为100℃的加热设备中加热使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发并将荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜，薄膜厚度为200微米。
S5：将晶圆片切割成小芯片单元，芯片单元的尺寸为1毫米×1毫米，得到可以直接发出白光的LED模块。
上述步骤中，荧光粉胶中的荧光粉为YAG荧光粉，荧光粉胶中的胶体为硅胶，荧光粉浓度为0.1克/毫升。
本发明实施例中，荧光胶薄膜厚度一致性为0.95。
实施例2
S1：将荧光粉胶涂覆在LED晶圆片上，晶圆片的半径为100毫米；
S2：将涂覆有荧光粉胶的LED晶圆片置于加热至温度为100℃度溶液中，溶液为正癸烷溶液；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为150℃的加热设备中加热使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发并将荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜，薄膜厚度为100微米。
S5：将晶圆片切割成小芯片单元，芯片单元的尺寸为1毫米×0.5毫米，得到可以直接发出白光的LED模块。
上述步骤中，荧光粉胶中的荧光粉为TAG荧光粉，荧光粉胶中的胶体为环氧树脂，荧光粉浓度为3克/毫升。
本发明实施例中，荧光胶薄膜厚度一致性为0.96。
实施例3
S1：将荧光粉胶涂覆在LED晶圆片上，晶圆片的半径为10毫米；
S2：将涂覆有荧光粉胶的LED晶圆片置于加热至温度为200℃度溶液中，溶液为正十八烷融化后得到的溶液；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为200℃的加热设备中加热使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发并将荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜，薄膜厚度为50微米。
S5：将晶圆片切割成小芯片单元，芯片单元的尺寸为3毫米×3毫米，得到可以直接发出白光的LED模块。
上述步骤中，荧光粉胶中的荧光粉为YAG荧光粉，荧光粉胶中的胶体为环氧树脂，荧光粉浓度为5克/毫升。
本发明实施例中，荧光胶薄膜厚度一致性为0.99。
实施例4
S1：将荧光粉胶涂覆在LED晶圆片上，晶圆片的半径为1毫米；
S2：将涂覆有荧光粉胶的LED晶圆片置于加热至温度为180℃度溶液中，溶液为正十一烷到正十五烷的混合溶液；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为180℃的加热设备中加热使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发并将荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜，薄膜厚度为50微米。
S5：将晶圆片切割成小芯片单元，芯片单元的尺寸为0.3毫米×0.3毫米，得到可以直接发出白光的LED模块。
上述步骤中，荧光粉胶中的荧光粉为YAG荧光粉，荧光粉胶中的胶体为环氧树脂，荧光粉浓度为1克/毫升。
本发明实施例中，荧光胶薄膜厚度一致性为1。
实施例5
S1：将纯硅胶涂覆在LED晶圆片上，晶圆片的半径为500毫米；
S2：将涂覆有纯硅胶的LED晶圆片置于加热至温度为150℃度溶液中，溶液为正十一烷到正十八烷的混合物融化后得到的溶液；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为150℃的加热设备中加热使残留在LED晶圆片和硅胶表面上的溶液蒸发并将硅胶固化，得到稳定的硅胶薄膜，薄膜厚度为150微米；
S5：在硅胶薄膜上涂覆荧光粉胶，重复步骤S1至步骤S4一次，得到厚度为100微米的远离荧光粉薄膜层；
S6：将晶圆片切割成小芯片单元芯片单元的尺寸为2毫米×1毫米，得到可以直接发出白光的LED模块；
上述步骤中，荧光粉胶中的荧光粉为TAG荧光粉，荧光粉胶中的胶体为硅胶，荧光粉浓度为0.01克/毫升。
本发明实施例中，荧光胶薄膜厚度一致性为0.98。本发明实施例制备的LED模块中荧光粉薄膜层具有两层，相邻两层荧光粉胶薄膜包含的荧光粉的浓度相同(在实际工程实践中，可以根据需要，涂覆不同浓度的荧光粉胶，则相邻两层荧光粉胶薄膜包含的荧光粉的浓度不同)。
本实施例制备的LED模块发光为白光，颜色均匀性满足要求。
本发明中，对于溶液不限定为正己烷到正十一烷、正癸烷溶液、正十八烷、正十一烷到正十八烷混合溶液，也可以是其他的碳原子数大于五的烷烃中的一种或多种。实际上，只要溶液不与LED晶圆片、荧光粉胶中的荧光粉和硅胶发生化学反应且具有挥发性，都是可选择的对象。
本发明实施例1-5制备的LED模块可在发光二极管封装中的进行应用。
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)

1.一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：将荧光粉胶涂覆在LED晶圆片上；
S2：将涂覆有荧光粉胶的LED晶圆片置于温度为50℃～200℃度的溶液中；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为50℃～200℃的加热设备中加热，使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发，同时将荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜；
S5：将表面具有稳定的荧光粉胶薄膜的LED晶圆片切割成芯片单元，得到可以直接发出白光的LED模块。
2.如权利要求1所述的溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其特征在于，所述溶液为不与LED晶圆片、荧光粉胶发生化学反应且具有挥发性的液体。
3.如权利要求2所述的溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其特征在于，所述溶液为碳原子数大于五的烷烃中的一种或多种。
4.如权利要求1-3之一所述的溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其特征在于，所述荧光粉胶薄膜的厚度为50微米～1000微米。
5.如权利要求1所述的溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其特征在于，所述的荧光胶薄膜厚度一致性为0.95～1.00，
所述薄膜厚度一致性为薄膜最小厚度与最大厚度的比值。
6.如权利要求1所述的溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其特征在于，所述的LED晶圆片的半径为1毫米～1000毫米。
7.一种溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：将荧光粉胶涂覆在LED晶圆片上；
S2：将涂覆有荧光粉胶的LED晶圆片置于温度为50℃～200℃度的溶液中；
S3：待荧光粉胶形貌稳定后，将LED晶圆片从溶液中取出；
S4：将LED晶圆片置于温度为50℃～200℃的加热设备中加热，使残留在LED晶圆片和荧光粉胶表面上的溶液蒸发，同时将荧光粉胶固化，得到稳定的荧光粉胶薄膜；
S5：重复步骤S1至步骤S4至少一次，获得多层稳定的荧光粉胶薄膜；
S6：将表面具有多层稳定的荧光粉胶薄膜的LED晶圆片切割成芯片单元，得到可以直接发出白光的LED模块。
8.如权利要求1-7所述的溶液法荧光粉胶薄膜涂覆方法制备的LED模块。
9.如权利要求8所述的LED模块，其特征在于，所述LED模块上的荧光粉薄膜为多层，相邻两层荧光粉胶薄膜包含的荧光粉的浓度相同或者不同。
10.如权利要求8或9所述LED模块在发光二极管封装中的应用。
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