CN109742212A - 一种led封装结构与封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED封装结构，包括侧壁反射透镜、密封剂、LED芯片及金属围坝支架，所述LED芯片位于金属围坝支架中心内，所述侧壁反射透镜位于所述金属围坝支架上，所述金属围坝支架通过所述密封剂与所述侧壁反射透镜相连接，所述侧壁反射透镜为一平面平面石英片，其四个侧壁镀有高反射金属层，所述高反射金属层包括Al金属；本发明还提供了所述种LED封装结构的封装方法。该发明使用高反射金属层，可以将LED侧壁逃逸的光线反射到正向出光，提高了发射光的利用率，最终提高了深紫外LED的光提取效率，工艺流程简单，使用方便，适用于规模生产，在发光器件的光学设计中具有非常广阔的应用前景。

Description

一种LED封装结构与封装方法

技术领域

本发明涉及LED封装技术领域，特别涉及一种LED封装结构与封装方法。

背景技术

在过去的二十年中，传统的白炽灯和荧光灯照明行业已经发生了革命性的变化，更节能，寿命更长，环境更友好的固态照明光源已被广泛应用，以应对日益严峻的能源危机和全球气候变化。大多数固态照明器件的外量子效率提升主要取决于光提取效率的增强，特别是对于深紫外LED而言。

光提取效率可以被定义为从有源区域提取到外部空气的发射光的占比。然而，由于氮化物半导体和空气的折射率差异很大，导致全内反射现象明显，大部分发射光被捕获在芯片内部。其次，蓝色LED中的主要发射是TE偏振(E⊥c)，与基于GaN的蓝色LED不同，基于AlGaN的深紫外LED由于晶体场分裂和自旋轨道效应，在深紫外LED中主要是TM偏振的(E∥c)。结果，TM光发射沿垂直于表面的方向极化并主要传播到器件的侧面，导致深紫外LED的光提取效率极低，成为深紫外LED技术突破的主要门槛。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种LED封装结构与封装方法，使用高反射率金属蒸镀的侧壁反射透镜，可以将LED侧壁逃逸的光线反射到正向出光，从而提高了发射光的利用率，最终提高了深紫外LED的光提取效率。

本发明是这样实现的：

本发明的目的之一在于提供一种LED封装结构，包括侧壁反射透镜、密封剂、LED芯片及金属围坝支架，所述LED芯片位于金属围坝支架中心内，所述侧壁反射透镜位于所述金属围坝支架上，所述金属围坝支架通过所述密封剂与所述侧壁反射透镜相连接，所述侧壁反射透镜为一平面石英片，其四个侧壁镀有高反射金属层，所述高反射金属层包括Al金属。

优选地，所述高反射金属层为Cr/Al/Au金属体系，所述高反射金属层的每层金属厚度分别对应为

优选地，所述高反射金属层的每层金属厚度对应为

本发明的目的之二在于提供LED结构的封装方法，其包括如下步骤：

步骤1、LED芯片固晶：使用固晶机将LED芯片放置在已经清洁好的金属围坝支架内部；

步骤2、等离子体清洗：固晶完成后进行等离子体清洗；

步骤3、点涂密封剂：将密封剂均匀点涂在金属围坝支架的上表面；

步骤4、制备侧壁反射透镜：选用平面石英片作为侧壁反射透镜的底材，清洗平面石英片表面后，进行光刻工艺，再将平面石英片的四个侧壁均蒸镀高反射金属，剥离去胶，甩干，制备成侧壁反射透镜；

步骤5、烘烤固化：将侧壁反射透镜盖在金属围坝支架的上表面，烧结固化即可。

优选地，所述步骤1中采用固晶材料将LED芯片放置金属围坝支架内部，所述固晶材料为银胶、金属焊膏及固金锡膏中的一种或多种，且所述固晶材料的耐热温度不小于200℃。

优选地，所述步骤2中等离子体清洗的具体步骤为：先使用氧等离子体清洗，后用氩等离子体清洗，清洗时所述氧等离子体与所述氩等离子体的流量均大于5ml/min，清洗时间大于120秒。

优选地，所述步骤3中，使用点胶机或丝网印刷的方法将所述密封剂均匀点涂在金属围坝支架的上表面；然后真空氛围处理10min。

优选地，所述步骤4中制备侧壁反射透镜的具体步骤为：

(1)选用外型尺寸与金属围坝支架的上表面相匹配的平面石英片作为侧壁反射透镜的底材，厚度不小于0.5mm；

(2)用有机试剂深度清洗平面石英片上下表面及侧壁，去除表面残留的脏污后用氩等离子体清洗60～120s；

(3)在平面石英片上下两个表面旋涂光刻胶，所用转速为1500～3000rcp，时间为15～25s；然后进行软烘，所述软烘所用的温度为108℃，时间为80～100s；

(4)金属蒸镀：使用电子束蒸发设备，将平面石英片的四个侧壁均蒸镀高反射金属；

(5)剥离工艺：用丙酮去胶10s后，用90℃去胶液清洗10min，重复一次后用丙酮超声清洗5min，异丙醇超声清洗2min，去离子水冲洗10min，最后甩干机甩干，制备成侧壁反射透镜。

优选地，所述步骤5中烧结固化具体为采用150℃烘烤密封剂1小时。

需要说明的是，步骤4中只将平面石英片的四个侧壁均蒸镀高反射金属，其上下表面不做任何处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种LED封装结构及封装方法，使用高反射率金属蒸镀的侧壁反射透镜，可以将LED侧壁逃逸的光线反射到正向出光，从而提高了发射光的利用率，最终提高了深紫外LED的光提取效率。工艺流程简单，使用方便，适用于规模生产，在发光器件的光学设计中具有非常广阔的应用前景。

2、本发明提供的一种LED封装结构及封装方法，所使用的高反射金属层为Cr/Al/Au金属体系，其中Cr作为种子层用于增强平面石英片与金属之间的结合力，Al作为高反射层可以实现全波段的高反射率，尤其是在深紫外波段反射率大于95％，Au作为保护层放置Al被氧化。Cr/Al/Au金属体系种的Cr、Al、Au协同作用可以最大限度地将LED侧壁逃逸的光线反射到正向出光，从而最大限度地提高了发射光的利用率，最终最大限度地提高了深紫外LED的光提取效率；在提高正向出光功率的同时，抗氧化能力高、粘接力强，综合表明镀层可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的LED封装结构的结构示意图；

图1中，1、侧壁反射透镜；12、高反射金属层；2、密封剂；3、LED芯片，4、金属围坝支架。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供一种LED封装结构，包括侧壁反射透镜1、密封剂2、LED芯片3及金属围坝支架4，所述LED芯片3位于金属围坝支架4中心内，所述侧壁反射透镜1位于所述金属围坝支架4上，所述金属围坝支架4通过所述密封剂2与所述侧壁反射透镜1相连接，所述侧壁反射透镜1为一平面石英片，其四个侧壁镀有高反射金属层12，所述高反射金属层12为Cr/Al/Au金属体系，每层金属厚度分别对应为

所述金属围坝支架的上表面为一个平面，且所述平面作为所述金属围坝支架与所述侧壁反射透镜的粘结面，所述粘结面上设有所述密封剂。

上述LED封装结构的封装方法，包括LED芯片固晶、等离子体清洗、点涂密封剂、制备侧壁反射透镜、烘烤固化等工艺步骤，具体如下：

步骤1、LED芯片固晶：在LED芯片固晶中，使用固晶机将LED芯片放置在已经清洁好的金属围坝支架内部，其固晶材料可以使用银胶、金属焊膏及金锡共晶封装，要求耐热温度不小于200℃；

步骤2、等离子体清洗：固晶完成后进行等离子体清洗，先使用氧等离子体清洗，后用氩等离子体清洗，清洗时所述氧等离子体与所述氩等离子体的流量均大于5ml/min，清洗时间大于120秒；

步骤3、点涂密封剂：使用点胶机或丝网印刷的方法将所述密封剂均匀点涂在金属围坝支架的粘结面上；然后真空氛围(-0.1Mpa)处理10min；

步骤4、制备侧壁反射透镜：

(1)选用外型尺寸与金属围坝支架的上表面相匹配的平面石英片作为侧壁反射透镜的底材，厚度不小于0.5毫米；

(2)用有机试剂深度清洗平面石英片上下表面及侧壁，去除表面残留的脏污后用氩等离子体清洗60～120s；

(3)在平面石英片上下两个表面旋涂光刻胶(星泰克1306A)，转速为1500～3000rcp，时间为15～25s，软烘温度为108℃，时间为80～100s；

(4)金属蒸镀，使用电子束蒸发设备，蒸镀高反射金属，金属体系为Cr/Al/Au，典型的每层金属厚度为此步骤重复四次，目的是将平面石英片的四个侧壁均蒸镀上高反射金属层；

(5)剥离工艺，用丙酮去胶10s后，用90℃去胶液清洗10min，重复一次后丙酮超声清洗5min，异丙醇超声清洗2min，去离子水冲洗10min，最后甩干机甩干，制备成侧壁反射透镜。

步骤5、烘烤固化：最后将侧壁反射透镜盖在金属围坝支架上，采用150℃烘烤密封剂1小时进行固化密封。

实施例2

该实施例中所述高反射金属层12为Cr/Al/Au金属体系，且每层金属厚度对应为其余同实施例1。

实施例3

该实施例中所述高反射金属层12为Cr/Al/Au金属体系，且每层金属厚度对应为其余同实施例1。

对比例1

该对比例为传统的封装方式制备得到的LED的封装结构，透镜上未镀上高反射金属层。

对比例2

该对比例除所述高反射金属层替换为Cr金属(厚度为)外，其余与实施例1相同。

对比例3

该对比例除所述高反射金属层替换为Al金属(厚度为)外，其余与实施例1相同。

对比例4

该对比例除所述高反射金属层替换为Au金属(厚度为)外，其余与实施例1相同。

对比例5

该对比例除所述高反射金属层替换为Cr/Al金属体系(厚度为)外，其余与实施例1相同。

对比例6

该对比例除所述高反射金属层替换为Al/Au金属体系(厚度为)，其余与实施例1相同。

对比例7

该对比例除所述高反射金属层替换为Cr/Au金属体系(厚度为)外，其余与实施例1相同。

实验例

1、正面出光功率的测定：测量实施例1-3以及对比例1-7制作好的深紫外LED芯片的出光功率。在驱动电流为2A/cm²时，实施例1-3以及对比例1-7制作好的深紫外LED芯片的出光功率如下表1所示。做反射的目的是为了提高正向出光，正面出光功率反映了镀层的反射能力。

2、抗氧化能力测定：我们将抗氧化能力依次分为高、较高、低三个等级，统计测试结果如下表1所示。

3、粘结力测定：我们将粘结力依次分为强、较强、较差、差三个等级，统计测试结果如下表1所示。

表1深紫外LED芯片的镀层可靠性(正向出光功率、抗氧化能力、粘接力)

所述镀层可靠性特指正向出光功率，抗氧化能力高以及粘接力三者的综合结果。实验结果表明，Cr/Al/Au金属体系种的Cr、Al、Au协同作用可以最大限度地将LED侧壁逃逸的光线反射到正向出光，从而最大限度地提高了发射光的利用率，最终最大限度地提高了深紫外LED的光提取效率。本发明实施例1-3提供一种LED封装结构在提高正向出光功率的同时，抗氧化能力高、粘接力强，综合表明本发明实施例1-3提供一种LED封装结构的镀层可靠性高。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种LED封装结构，其特征在于，包括侧壁反射透镜、密封剂、LED芯片及金属围坝支架，所述LED芯片位于金属围坝支架中心内，所述侧壁反射透镜位于所述金属围坝支架上，所述金属围坝支架通过所述密封剂与所述侧壁反射透镜相连接，所述侧壁反射透镜为一平面石英片，其四个侧壁镀有高反射金属层，所述高反射金属层包括Al金属。

2.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述高反射金属层为Cr/Al/Au金属体系，所述高反射金属层的每层金属厚度分别对应为

3.如权利要求2所述的LED封装结构，其特征在于，所述高反射金属层的每层金属厚度对应为

4.一种如权利要求1-3任一所述的LED封装结构的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、LED芯片固晶：使用固晶机将LED芯片放置在已经清洁好的金属围坝支架内部；

步骤2、等离子体清洗：固晶完成后进行等离子体清洗；

步骤3、点涂密封剂：将密封剂均匀点涂在金属围坝支架的上表面；

步骤4、制备侧壁反射透镜：选用外型尺寸与金属围坝支架的上表面相匹配的平面石英片作为侧壁反射透镜的底材，清洗平面石英片表面后，进行光刻工艺，再将平面石英片的四个侧壁均蒸镀高反射金属，剥离去胶，甩干，制备成侧壁反射透镜；

步骤5、烘烤固化：将侧壁反射透镜盖在金属围坝支架的上表面，烧结固化即可。

5.如权利要求4所述的封装方法，其特征在于，所述步骤1中采用固晶材料将LED芯片放置金属围坝支架内部，所述固晶材料为银胶、金属焊膏及固金锡膏中的一种或多种，且所述固晶材料的耐热温度不小于200℃。

6.如权利要求4所述的封装方法，其特征在于，所述步骤2中等离子体清洗的具体步骤为：先使用氧等离子体清洗，后用氩等离子体清洗，清洗时所述氧等离子体与所述氩等离子体的流量均大于5ml/min，清洗时间大于120秒。

7.如权利要求4所述的封装方法，其特征在于，所述步骤3中，使用点胶机或丝网印刷的方法将所述密封剂均匀点涂在金属围坝支架的上表面；然后真空氛围处理10min。

8.如权利要求4所述的封装方法，其特征在于，所述步骤4中制备侧壁反射透镜的具体步骤为：

(1)选用平面石英片作为侧壁反射透镜的底材，厚度不小于0.5mm；

(2)用有机试剂深度清洗平面石英片上下表面及侧壁，去除表面残留的脏污后用氩等离子体清洗60～120s；

(3)在平面石英片上下两个表面旋涂光刻胶，转速为1500～3000rcp，时间为15～25s；然后进行软烘，所述软烘所用的温度为108℃，时间为80～100s；

(4)金属蒸镀：使用电子束蒸发设备，将平面石英片的四个侧壁均蒸镀高反射金属；

(5)剥离工艺：用丙酮去胶10s后，用90℃去胶液清洗10min，重复一次后用丙酮超声清洗5min，异丙醇超声清洗2min，去离子水冲洗10min，最后甩干机甩干，制备成侧壁反射透镜。

9.如权利要求4所述的封装方法，其特征在于，所述步骤5中烧结固化具体为采用150℃烘烤密封剂1小时。