CN106531857A - 一种芯片级led封装结构及封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芯片级LED封装结构，在发光芯片顶部和侧面设置有透明胶层，避免了因发光芯片产生的高温造成荧光胶内发光材料产生光衰或色漂，且降低了发光芯片表面出现气泡的几率，提高了光萃取率。所述荧光胶层荧光粉分布均匀，荧光胶层厚度一致；扩散层减弱了器件边缘色度与中心色度的偏差，使空间各点色度分布更均匀，还可以保护荧光层不受外界的损伤，可避免器件色度不良。另外，还设置有白墙胶层，所述白墙胶层起到反射光线、提升光萃取率、减少光损失、提高产品出光率的作用。本发明还提供一种封装工艺，工艺步骤简单，条件温和，适于工业化批量生产。
Description
技术领域
本发明属于LED封装技术领域，具体地说涉及一种芯片级LED封装结构及封装工艺。
背景技术
白光发光二极管(LED)因其节能环保、可靠性高和设计灵活等优点在照明和显示领域得到了广泛开发和应用，封装是LED生产承上启下的关键环节，在整个LED产业链中，近一半的制造成本几种在封装上，封装的作用在于为芯片提供足够的保护，防止芯片在空气中长时间暴露或受到机械损伤而失效，以提高芯片的稳定性，另外对于LED封装，还需要具备良好的出光效率和散热性，优质的LED封装可以使得封装而得的LED器件具有更好的发光效率和散热环境，进而延长LED的使用寿命。
传统LED结构很多采用金线将芯片的PN结与支架正负极连接的正装结构，但是这种结构由于光衰较大、易光淬灭等问题制约了大功率LED的发展，同时正装结构的LED还存在热量不易散失、输出功率易衰减的问题。
为了改善上述问题，业内研究者逐渐开发出了倒装LED封装结构，倒装的LED封装结构需采用支架或基板作为LED芯片的支撑体，支架或基板具有正负极，通过金属线的连接实现正负极导通，然后用胶体或荧光粉与胶体的混合物对LED芯片进行封装，该结构的优点在于具有高反射率的封装腔体，缺点在于采用了金属线键合工艺，可靠性低，而且基板的存在使得整体结构热阻大，降低了芯片的使用寿命。
为了解决上述问题，同时为了满足高密度封装，近年还发展出了一种芯片级封装(CSP)结构，其是指封装尺寸不超过裸芯片1.2倍的新型封装方式，在相同面积下，芯片级光源的封装密度增加了16倍，最终得到的封装结构体积可比传统结构缩小80％。目前基于倒装芯片的LED结构如图1所示，芯片底部设置有正负电极，芯片顶部和侧面封装胶体，使芯片电极外露，这种结构发光角度大、不利于二次光学设计、光萃取率偏低，荧光胶设置在芯片周围，同时覆晶芯片在大电流下工作时，荧光粉在芯片的高温下光效及可靠性能下降，出现较大光衰和色漂；另外荧光粉为固体颗粒，其混在胶水中，在与芯片接触的位置易形成气泡，影响胶层与芯片的粘合力以及荧光的萃取率；荧光胶层与覆晶芯片在各个方向上的光能量匹配也不佳，容易出现光色不均的问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有倒装型芯片级LED封装结构光萃取率、光效和可靠性低、光能量匹配效果不佳，从而提出一种出光率高、可靠性和空间颜色均匀性优异的芯片级LED封装结构及封装工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种芯片级LED封装结构，其包括发光芯片，所述发光芯片底部具有芯片电极，所述发光芯片顶部和侧面设置有透明胶层，所述透明胶层顶部设置有荧光胶层，所述荧光胶层顶部设置有扩散层；所述透明胶层、荧光胶层、扩散层的两侧设置有白墙胶层。
作为优选，所述白墙胶层的截面形状为顶部窄、底部宽的直角梯形，直角梯形中的倾斜部贴合所述透明胶层、荧光胶层、扩散层设置，所述直角梯形的斜边与水平面的夹角为91-140°。
作为优选，所述白墙胶层的反射率不小于95％，材质为二氧化钛或硫酸钡。
作为优选，所述透明胶层为封装胶层，所述发光芯片顶部的透明胶层厚度为10-300μm，所述封装胶为硅胶、硅树脂、环氧树脂、聚氨酯中的一种。
作为优选，所述荧光胶层由稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合制得，厚度为40-300μm。
作为优选，所述扩散层由扩散粉与封装胶混合制得，厚度为10-300μm。
作为优选，所述扩散粉为甲基硅烷、苯基硅烷、聚硅氧烷中的至少一种。
本发明还提供一种芯片级LED封装结构的封装工艺，其包括如下步骤：
a、固晶，将发光芯片通过固晶胶与耐高温材料固定；
b、按照荧光粉与封装胶的质量比0.1-1:1的比例配制荧光胶、按照扩散粉与封装胶质量比0.1-1:1的比例配制扩散层原料；
c、模压，在所述发光芯片顶面和侧面明胶层，在所述透明胶层表面模压一层荧光胶，之后在所述荧光胶表面模压扩散层，最后在所述透明胶层、荧光胶层、扩散层相对的两个外侧模压白墙胶；
d、固化，烘烤由所述步骤c得到的半成品使所述透明封装胶、荧光胶、扩散层和白墙胶固化。
作为优选，所述步骤c中所述模压过程中的温度为80-150℃，模压压力为25-1200kgf/m2，模压时间为2-8min。
作为优选，所述步骤d中所述固化为烘烤固化，烘烤温度为70-160℃，烘烤时间为2-5h；所述耐高温材料为金属板、玻璃板或高温胶材，所述固晶胶为热解胶或UV胶。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的芯片级LED封装结构，其包括发光芯片，所述发光芯片底部具有芯片电极，所述发光芯片顶部和侧面设置有透明胶层，所述透明胶层顶部设置有荧光胶层，所述荧光胶层顶部设置有扩散层；所述透明胶层、荧光胶层、扩散层的两侧设置有白墙胶层。所述封装结构中发光芯片顶部和侧面设置有透明胶层，使得荧光胶层不与发光芯片直接接触，避免了因发光芯片产生的高温造成荧光胶内发光材料产生光衰或色漂，且透明胶水直接与发光芯片接触，增加了透明胶水在发光芯片表面的润湿能力，提高了胶层与芯片的结合力，降低了发光芯片表面出现气泡的几率，提高了光萃取率。所述荧光胶层荧光粉分布均匀，荧光胶层厚度一致，解决了传统封装结构中荧光粉分布不均导致的空间光色不均的问题；所述扩散层可使各种波长的光充分混合，使得到的发光器件产品光色更柔和，避免器件眩光等问题，同时减弱了器件边缘色度与中心色度的偏差，使空间各点色度分布更均匀，还可以保护荧光层不受外界的损伤，可避免器件色度不良。另外，透明胶层、荧光胶层、扩散层的两侧还设置有白墙胶层，所述白墙胶层起到反射光线、提升光萃取率、减少光损失、提高产品出光率的作用。
(2)本发明所述的芯片级LED封装结构，所述白墙胶层的截面形状为顶部窄、底部宽的直角梯形，直角梯形中的倾斜部贴合所述透明胶层、荧光胶层、扩散层设置，所述直角梯形的斜边与水平面的夹角为91-140°。这种倾斜角度的设置更加利于光线反射。
(3)本发明所述的芯片级LED封装结构，可直接通过金属焊料(锡膏、银胶、金、金锡等)焊接在具有焊盘的电路板上，实现电气互通，无需采用金属线，提高产品可靠性；芯片的发热层与焊盘更近，热阻更低，利于热量传输，提高产品使用寿命。
(4)本发明所述的芯片级LED封装结构的封装工艺，工艺简单，条件温和，适于工业化批量生产。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是现有技术中基于倒装芯片的LED结构示意图；
图2是本发明实施例所述的芯片级LED封装结构的结构示意图。
图中附图标记表示为：1-电极；2-发光芯片；3-荧光胶层；4-芯片电极；5-透明胶层；6-扩散层；7-白墙胶层。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种芯片级LED封装结构，如图2所示，所述封装结构包括发光芯片2，所述发光芯片2底部具有正负金属芯片电极4，所述发光芯片2的顶部和侧面设置有透明胶层5，所述透明胶层5的顶部设置有荧光胶层3，所述荧光胶层3顶部设置有扩散层6，所述封装结构的两侧即所述透明胶层5、荧光胶层3和扩散层6的两侧设置有白墙胶层7。其中，所述透明胶层5的材质为透明封装胶，本实施例中，所述封装胶为硅胶，其位于所述发光芯片2顶部的厚度为10μm；所述荧光胶由稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合制得，其中荧光粉为掺杂铒离子的硅酸盐荧光粉，封装胶为硅胶，所述荧光胶厚度为40μm；所述扩散层6由扩散粉与封装胶混合制得，本实施例中，所述扩散粉为甲基硅烷，封装胶为环氧树脂，所述扩散层5的厚度为10μm。
所述扩散粉比重小、润滑性好、疏水性好，材料颗粒的形状为球形，粒径为微米级，粒径的分布高度集中，材料的折射率小于1.45，且具有很好的耐热特性。在高温下，颗粒能保证本身的球度及表面规整度，不降解、黄变，对透光性及扩散效果不会产生负面影响，同时扩散粉材料还具有很高的纯度，对光的散射作用及透光率影响很小。
本实施例中，所述白墙胶层7的材质为二氧化钛，其界面形状为顶部窄、底部宽的直角梯形，直角梯形中的倾斜部贴合所述透明胶层5、荧光胶层3、扩散层6设置，所述直角梯形的斜边与水平面的夹角为140°。所述白墙胶层7的反射率为96％。所述白墙胶层7的原料具有较高的粘结力及硬度，以及良好的化学和热稳定性，在高温下仍能保证较高的反射率。
本实施例还提供一种芯片级LED封装结构的封装工艺，其包括如下步骤：
a、固晶，在耐高温材料表面制作用于定位的固定格点，然后在固定格点顶部将发光芯片2通过固晶胶与所述耐高温材料固定，所述耐高温材料为金属板，所述固晶胶为热解胶；
b、按照硅酸盐荧光粉与硅胶的质量比0.1:1的比例配制荧光胶、按照甲基硅烷与环氧树脂质量比0.1:1的比例配制扩散层5的原料；
c、模压，采用内壁倾斜的模具在所述发光芯片2顶面和侧面模压透明硅胶封装胶层，即透明胶层5，在透明胶层5表面模压一层配制好的荧光胶，之后在所述荧光胶表面模压扩散层6，最后在所述透明胶层5、荧光胶层3、扩散层6相对的两个外侧模压白墙胶，本实施例中，模压过程中，模压温度为80℃，模压压力为1200kgf/m2，模压时间为2min(合模到开模的时间)；
d、固化，在70℃下烘烤由所述步骤c得到的半成品5h，使所述透明封装胶、荧光胶、扩散层6和白墙胶固化，即得封装结构，在应用所述封装结构时，将封装结构由耐高温材料上取下，直接通过金属焊料将所述封装结构焊接于具有焊盘的印制电路板上即可，无需采用金属线。
实施例2
本实施例提供一种芯片级LED封装结构，如图2所示，所述封装结构包括发光芯片2，所述发光芯片2底部具有正负金属芯片电极4，所述发光芯片2的顶部和侧面设置有透明胶层5，所述透明胶层5的顶部设置有荧光胶层3，所述荧光胶层3顶部设置有扩散层6，所述封装结构的两侧即所述透明胶层5、荧光胶层3和扩散层6的两侧设置有白墙胶层7。其中，所述透明胶层5的材质为透明封装胶，本实施例中，所述透明封装胶为硅树脂，其位于所述发光芯片2顶部的厚度为300μm；所述荧光胶由稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合制得，其中荧光粉为掺杂铥离子的铝酸盐荧光粉，封装胶为环氧树脂，所述荧光胶厚度为300μm；所述扩散层6由扩散粉与封装胶混合制得，本实施例中，所述扩散粉为苯基硅烷与甲基硅烷的混合物，二者的质量比为1:1，封装胶为聚氨酯，所述扩散层6的厚度为300μm。
本实施例中，所述白墙胶层7的材质为硫酸钡，其界面形状为顶部窄、底部宽的直角梯形，直角梯形中的倾斜部贴合所述透明胶层5、荧光胶层3、扩散层6设置，所述直角梯形的斜边与水平面的夹角为91°。所述白墙胶层7的反射率为95％。所述白墙胶层7的原料具有较高的粘结力及硬度，以及良好的化学和热稳定性，在高温下仍能保证较高的反射率。
本实施例还提供一种芯片级LED封装结构的封装工艺，其包括如下步骤：
a、固晶，在耐高温材料表面制作用于定位的固定格点，然后在固定格点顶部将发光芯片2通过固晶胶与所述耐高温材料粘接固定，所述耐高温材料为玻璃板，所述固晶胶为UV胶；
b、按照铝酸盐荧光粉与环氧树脂的质量比1:1的比例配制荧光胶、按照苯基硅烷、甲基硅烷的质量之和与聚氨酯质量比为1:1的比例配制扩散层6的原料；
c、模压，采用内壁倾斜的模具在所述发光芯片2顶面和侧面模压透明硅树脂封装胶层，在透明胶层5表面模压一层配制好的荧光胶，之后在所述荧光胶表面模压扩散层6，最后在所述透明胶层5、荧光胶层3、扩散层6相对的两个外侧模压白墙胶，本实施例中，模压过程中，模压温度为150℃，模压压力为25kgf/m2，模压时间为8min(合模到开模的时间)；
d、固化，在160℃下烘烤由所述步骤c得到的半成品2h，使所述透明封装胶、荧光胶、扩散层和白墙胶固化，即得封装结构，在应用所述封装结构时，直接通过金属焊料将所述封装结构焊接于具有焊盘的印制电路板上即可，无需采用金属线。
实施例3
本实施例提供一种芯片级LED封装结构，如图2所示，所述封装结构包括发光芯片2，所述发光芯片2底部具有正负金属芯片电极4，所述发光芯片2的顶部和侧面设置有透明胶层5，所述透明胶层5的顶部设置有荧光胶层3，所述荧光胶层3顶部设置有扩散层6，所述封装结构的两侧即所述透明胶层5、荧光胶层3和扩散层6的两侧设置有白墙胶层7。其中，所述透明胶层5的材质为透明封装胶，本实施例中，所述封装胶为环氧树脂，其位于所述发光芯片2顶部的厚度为120μm；所述荧光胶由稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合制得，其中荧光粉为掺杂钬离子的磷酸盐荧光粉，封装胶为聚氨酯，所述荧光胶厚度为150μm；所述扩散层6由扩散粉与封装胶混合制得，本实施例中，所述扩散粉为聚硅氧烷，封装胶为硅胶，所述扩散层6的厚度为155μm。
本实施例中，所述白墙胶层7的材质为硫酸钡，其界面形状为顶部窄、底部宽的直角梯形，直角梯形中的倾斜部贴合所述透明胶层5、荧光胶层3、扩散层6设置，所述直角梯形的斜边与水平面的夹角为120°。所述白墙胶层7的反射率为97％。所述白墙胶层7的原料具有较高的粘结力及硬度，以及良好的化学和热稳定性，在高温下仍能保证较高的反射率。
本实施例还提供一种芯片级LED封装结构的封装工艺，其包括如下步骤：
a、固晶，在耐高温材料表面制作用于定位的固定格点，然后在固定格点顶部将发光芯片2通过固晶胶与所述耐高温材料固定，所述耐高温材料为玻璃板，所述固晶胶为UV胶；
b、按照磷酸盐荧光粉与聚氨酯的质量比0.3:1的比例配制荧光胶、按照聚硅氧烷与硅胶质量比0.4:1的比例配制扩散层6的原料；
c、模压，采用内壁倾斜的模具在所述发光芯片2顶面和侧面模压透明环氧树脂封装胶层，在透明胶层5表面模压一层配制好的荧光胶，之后在所述荧光胶表面模压扩散层6，最后在所述透明胶层5、荧光胶层3、扩散层6相对的两个外侧模压白墙胶，本实施例中，模压过程中，模压温度为120℃，模压压力为570kgf/m2，模压时间为4min(合模到开模的时间)；
d、固化，在130℃下烘烤由所述步骤c得到的半成品3h，使所述透明封装胶、荧光胶、扩散层6和白墙胶固化，即得封装结构，在应用所述封装结构时，直接通过金属焊料将所述封装结构焊接于具有焊盘的印制电路板上即可，无需采用金属线。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种芯片级LED封装结构，其特征在于，包括发光芯片，所述发光芯片底部具有芯片电极，所述发光芯片顶部和侧面设置有透明胶层，所述透明胶层顶部设置有荧光胶层，所述荧光胶层顶部设置有扩散层；所述透明胶层、荧光胶层、扩散层的两侧设置有白墙胶层。
2.根据权利要求1所述的芯片级LED封装结构，其特征在于，所述白墙胶层的截面形状为顶部窄、底部宽的直角梯形，直角梯形中的倾斜部贴合所述透明胶层、荧光胶层、扩散层设置，所述直角梯形的斜边与水平面的夹角为91-140°。
3.根据权利要求2所述的芯片级LED封装结构，其特征在于，所述白墙胶层的反射率不小于95％，材质为二氧化钛或硫酸钡。
4.根据权利要求3所述的芯片级LED封装结构，其特征在于，所述透明胶层为封装胶层，所述发光芯片顶部的透明胶层厚度为10-300μm，所述封装胶为硅胶、硅树脂、环氧树脂、聚氨酯中的一种。
5.根据权利要求4所述的芯片级LED封装结构，其特征在于，所述荧光胶层由稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合制得，厚度为40-300μm。
6.根据权利要求5所述的芯片级LED封装结构，其特征在于，所述扩散层由扩散粉与封装胶混合制得，厚度为10-300μm。
7.根据权利要求6所述的芯片级LED封装结构，其特征在于，所述扩散粉为甲基硅烷、苯基硅烷、聚硅氧烷中的至少一种。
8.一种芯片级LED封装结构的封装工艺，其特征在于，包括如下步骤：
a、固晶，将发光芯片通过固晶胶与耐高温材料固定；
b、按照荧光粉与封装胶的质量比0.1-1:1的比例配制荧光胶、按照扩散粉与封装胶质量比0.1-1:1的比例配制扩散层原料；
c、模压，在所述发光芯片顶面和侧面模压透明胶层，在所述透明胶层表面模压一层荧光胶，之后在所述荧光胶表面模压扩散层，最后在透明胶层、荧光胶层、扩散层相对的两个外侧模压白墙胶；
d、固化，烘烤由所述步骤c得到的半成品使所述透明封装胶、荧光胶、扩散层和白墙胶固化。
9.根据权利要求8所述的芯片级LED封装结构的封装工艺，其特征在于，所述步骤c中所述模压过程中的温度为80-150℃，模压压力为25-1200kgf/m2，模压时间为2-8min。
10.根据权利要求9所述的芯片级LED封装结构的封装工艺，其特征在于，所述步骤d中所述固化为烘烤固化，烘烤温度为70-160℃，烘烤时间为2-5h；所述耐高温材料为金属板、玻璃板或高温胶材，所述固晶胶为热解胶或UV胶。
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