CN113506846A - 一种紫外led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种紫外LED封装结构，包括紫外LED芯片、具有至少两基板电极的封装基板和将紫外LED芯片覆盖的封装胶材，所述紫外LED芯片的正负芯片电极分别与两基板电极导通，且在正负芯片电极以及两基板电极之间具有绝缘间隙，所述绝缘间隙内填充有遮蔽物，该遮蔽物为含有部分结晶物的氟树脂材料，以解决现有紫外LED封装结构可靠性较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED封装领域，具体是涉及一种紫外LED封装结构。
背景技术
现有紫外LED的封装大多数采用倒装LED芯片，常见封装结构为高紫外透射率的玻璃封装，或者耐紫外辐照的树脂材料封装。玻璃封装(如图1所示)是通过锡膏或者共晶焊的方式将倒装结构的紫外LED芯片10’固晶在封装基板20’的碗杯内，并使紫外LED芯片10’的芯片电极100’和碗杯内的基板电极200’键合固定，然后在碗杯的开口处固定一石英玻璃板30’，以使碗杯内形成密闭的腔室。
树脂材料封装(如图2所示)是通过锡膏或者共晶焊的方式将紫外LED芯片10’固晶在封装基板20’上，并使紫外LED芯片10’的芯片电极100’和碗杯内的基板电极200’键合固定，然后通过真空压模等方式将树脂材料40’覆盖于紫外LED芯片10’上，并使两者紧密贴合。
在玻璃封装中，由于石英玻璃板30’与紫外LED芯片10’之间存在空气间隙，且石英玻璃板30’、空气间隙与紫外LED芯片10’之间存在折射率差而造成光损失。相比而言，树脂材料的封装形式通过真空压模等方式将树脂材料与LED芯片紧密贴合，有效提高了光提取效率，进而能够有效提升亮度水平。但是这种采用树脂材料密封的封装结构，紫外LED芯片10’的芯片电极100’与基板电极200’键合后，正、负电极之间的阻焊区域存在绝缘间隙50’，由于封装体密封性的限制，这种树脂材料封装在高温高湿环境下有以下风险：
1、湿气易贮存在电极间的绝缘间隙内，在紫外LED芯片通电后，芯片电极的金属材料容易与水汽发生电化学反应，造成金属迁移，从而造成芯片内部结构层破坏，产生漏电流，既会造成紫外LED芯片亮度损失，也会造成其可靠性下降，甚至发生短路死灯等现象。
2、基板电极与芯片电极之间通过焊料接合，焊料中含有锡等比金或铂更容易迁移的金属，焊料中的金属原子在紫外线照射下更易发生迁移，容易导致短路。
3、此外，正、负电极的绝缘间隙之间的树脂组成物(如环氧系树脂、硅树脂、助焊剂等)被高能量紫外线照射时会发生碳化，发光元件有因碳化而造成短路的可能。
发明内容
本发明旨在提供一种紫外LED封装结构，以解决现有紫外LED封装结构可靠性较差的问题。
具体方案如下：
一种紫外LED封装结构，包括倒装结构的紫外LED芯片、具有至少两基板电极的封装基板和将紫外LED芯片覆盖的封装胶材，所述紫外LED芯片的正负芯片电极分别与两基板电极导通，且在正负芯片电极以及两基板电极之间具有绝缘间隙，所述绝缘间隙内填充有遮蔽物，该遮蔽物为含有部分结晶物的氟树脂材料，所述氟树脂材料的结晶度大于10％。
在一些实施例中，所述氟树脂材料为含氟的共聚物。
在一些实施例中，所述氟树脂材料为含氟碳的共聚物。
在一些实施例中，所述氟树脂材料为EFEP、FEP、PFA、ETFE、PCTFE、PVF和PTFE的其一或者其组合。
在一些实施例中，所述氟树脂材料的结晶度为40％～100％。
在一些实施例中，所述封装胶材为与遮蔽物材料组份相同的氟树脂材料。
在一些实施例中，所述封装胶材为氟树脂材料，其结晶度为50％以下。
在一些实施例中，所述封装胶材大致等厚地沿芯片表面和封装基板表面将紫外LED芯片完全包覆。
在一些实施例中，所述封装胶材的厚度为50～400μm。
在一些实施例中，所述封装基板与所述封装胶材接触的位置具有图案化结构。
在一些实施例中，所述图案化结构为金属层。
在一些实施例中，所述LED芯片的发光波长为200～340nm。
本发明提供的紫外LED封装结构与现有技术相比较具有以下优点：
1、本发明提供的紫外LED封装结构采用具有结晶物的氟树脂材料填充绝缘间隙，减少基板电极之间的阻焊材料或助焊剂残留所受到的紫外光照射，防止材料碳化造成器件漏电。
2、防止水汽在绝缘间隙内贮存，避免发光元件的电极结构受到湿气侵蚀而破坏，提高封装体防湿气能力，提高了可靠性。
3、减小了紫外光对基板电极和芯片电极的照射，防止基板电极和芯片电极的金属原子迁移，减少漏电风险。
4、外部封装胶材对芯片电极具有挤压应力，填充氟树脂材料可以对挤压应力形成缓冲，降低芯片电极所受的综合应力，能够提高封装结构的可靠性。
附图说明
图1示出了现有技术中采用玻璃封装的封装结构示意图。
图2示出了现有技术中采用树脂封装的封装结构示意图。
图3示出了实施例1中紫外LED封装结构的示意图。
图4示出了实施例1中封装基板上具有的金属图形结构的紫外LED封装结构的示意图。
图5示出了实施例1中封装基板上的金属图形结构的示意图。
图6示出了实施例1中封装基板上的金属图形结构的示意图。
图7示出了实施例2中紫外LED封装结构的示意图。
图8示出了实施例2中封装基板上具有的金属图形结构的紫外LED封装结构的示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1
如图3所示的，本实施例提供了一种紫外LED封装结构，该紫外LED封装结构包括倒装结构的紫外LED芯片10、封装基板20和将紫外LED芯片10覆盖的封装胶材40。LED芯片10波长可以介于200～380nm之间，发光波长可以根据实际用途的需要选择，比如用于表面杀菌、表面固化等。优选的，LED芯片10为200～340nm。
其中，紫外LED芯片10为倒装结构，其背离出光面的底面上具有作为正负极的两芯片电极100。封装基板20可以是氮化铝、氧化铝等陶瓷材料，优选导热系数更大的氮化铝陶瓷材料，封装基板20上至少具有与芯片电极100相匹配设置的两基板电极200，也可以增加其他图案化结构，以增强封装胶材与封装基板之间的结合力，增强封装结构。
参考图4-图6，在本实施例中，图案化结构为环设于基板电极200周围的图案化的金属层210，金属层210与基板电极200之间具有沟槽，以使该金属层210与基板电极200绝缘隔离，并使该金属层210形成凸出于封装基板20表面的金属凸台，从而增强封装胶材与封装基板之间的结合力。
参考图6，金属层210上还可以具有多个被刻蚀出的凹槽211，凹槽211可以进一步增强封装胶材与封装基板之间的结合力。
紫外LED芯片10的两芯片电极100通过共晶焊或者锡膏焊等方式与封装基板20上的两基板电极200分别键合导通，并且在两芯片电极100以及两基板电极200之间具有绝缘间隙50。
该绝缘间隙50内填充有抗紫外辐射的遮蔽物60，该遮蔽物60为含有部分结晶物的氟树脂材料。氟树脂材料为含氟或氟碳的共聚物，其结晶度优选不低于10％，包括并不限于EFEP(Ethylene Tetrafluoroethylene Hexafluoropropylene Fluoroterpolymer，乙烯四氟乙烯六氟丙烯含氟聚合物)、FEP(Fluorinated ethylene propylene，全氟乙烯丙烯共聚物)、PFA(Perfluoroalkoxy，全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)、ETFE(ethylene tetra fluoroethylene，乙烯-四氟乙烯共聚物)、PCTFE(Polychlorotrifluoroethene,聚三氟氯乙烯)、PVF(Polyvinyl Fluoride，聚氟乙烯)、PTFE(Poly tetra fluoro ethylene，聚四氟乙烯)等化学结构上含有碳氟键的高分子材料，其中优选FEP和PTFE材料。通过使氟树脂膜的结晶度为上述范围内，能够制造具有抗紫外辐射的氟树脂膜，作为上述结晶度，更优选为40％以上，结晶度的上限没有特别限定，可以为100％。关于上述结晶度，利用X射线衍射装置、使用峰分离法对膜进行测定。在一个具体实施样态中，遮蔽物60采用FEP,其结晶度为40～50％，在另一个具体的实施样态中，遮蔽物60采用PTFE，其结晶度为90～98％。
含有部分结晶物的氟树脂材料是指在非结晶的含氟聚合物中含有部分该含氟聚合物的结晶物，例如在非结晶的PFA中含有部分的PFA结晶物。含有部分结晶物的氟树脂材料在具备抗紫外辐射的同时，其内的结晶物使得该遮蔽物60对紫外线还具有低的透光率，从而减少基板电极之间的阻焊材料或助焊剂的残留所受到紫外光的照射，防止这些阻焊材料或者阻焊剂被紫外线照射而碳化，造成器件漏电。另外，遮蔽物60填充在绝缘间隙50内还具有以下优势：
1、防止水汽在绝缘间隙内贮存，避免发光元件的电极结构受到湿气侵蚀而破坏，提高封装体防湿气能力，提高了可靠性；
2、减小了紫外光对基板电极和芯片电极的照射，防止基板电极和芯片电极的金属原子迁移，减少漏电风险；
3、外部封装胶材对芯片电极具有挤压应力，填充氟树脂材料可以对挤压应力形成缓冲，降低芯片电极所受的综合应力，能够提高封装结构的可靠性。
在本实施例中，封装胶材40采用耐紫外辐照优良的硅树脂和氟树脂材料。
在一些实施例中，封装胶材40可以选用氟树脂材料，其晶结度优选为不超过50％，当超过50％时，将影响紫外线的透光率。更佳的，该封装胶材的结晶度为30％以下，甚至为非晶氟树脂材料，从而在保持良好的防水性能的同时，对紫外线还具有高的透光率，能够保证出光效率。在一个具体的实施样态中，所述封装胶材40为与遮蔽物材料60的组份相同的氟树脂材料，可以使封装胶材40和遮蔽物60结合成整体，以增强封装胶材与封装基板之间的结合力，增强封装结构。封装胶材40可通过真空压模等方式完整包覆发光元件，使得封装体表面基本形成平面结构。在另一实施样态中，所述封装胶材40可以选用低结晶度的氟树脂材料，而遮蔽物材料60可以选用高结晶度的氟树脂材料。
实施例2
如图7和图8所示的，本实施例也提供了一种紫外LED封装结构，该紫外LED封装结构与实施例1中的紫外LED封装结构大致相同，其差别在于，本实施例中紫外LED封装结构的封装胶材40的封装方式不同。
本实施例中的紫外LED封装结构的封装胶材40通过真空贴膜的方式，沿芯片表面和陶瓷基板表面完整包覆在封装体表面，由于陶瓷基板与氟树脂接触的表面本身有金属凸块，并固有LED芯片或者其他元器件，表面凹凸不平，因此真空贴覆薄膜后的封装结构形成凹凸的曲面结构。这种结构的氟树脂膜的厚度应小于LED芯片的厚度，优选地，膜厚为50-400μm。这种结构由于封装胶材的厚度较薄，可降低了封装胶材40对倒装LED芯片的挤压应力，能够提高封装结构的可靠性。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种紫外LED封装结构，包括紫外LED芯片、具有至少两基板电极的封装基板和将紫外LED芯片覆盖的封装胶材，所述紫外LED芯片的正负芯片电极分别与两基板电极导通，且在正负芯片电极以及两基板电极之间具有绝缘间隙，其特征在于：所述绝缘间隙内填充有遮蔽物，该遮蔽物为含有部分结晶物的氟树脂材料，所述氟树脂材料的结晶度大于10％。
2.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述氟树脂材料为含氟的共聚物。
3.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述氟树脂材料为含氟碳的共聚物。
4.根据权利要求3所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述氟树脂材料为EFEP、FEP、PFA、ETFE、PCTFE、PVF和PTFE的其一或者其组合。
5.根据权利要求4所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述氟树脂材料的结晶度为40％～100％。
6.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装胶材为与遮蔽物材料组份相同的氟树脂材料。
7.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装胶材为氟树脂材料，其结晶度为50％以下。
8.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装胶材等厚地沿芯片表面和封装基板表面将紫外LED芯片完全包覆。
9.根据权利要求8所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装胶材的厚度为50～400μm。
10.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装基板与所述封装胶材接触的位置上具有图案化结构。
11.根据权利要求10所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述图案化结构为金属层。
12.根据权利要求11所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述金属层具有多个凹槽。
13.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装结构的表面基本形成平面结构。
14.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装胶材采用氟树脂材料，其结晶度小于所述遮蔽物的结晶度。
15.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述LED芯片的发光波长为200～340nm。
16.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装结构形成凹凸的曲面结构。
17.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装胶材的厚度小于所述紫外LED芯片的厚度。
18.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其特征在于：所述封装胶材的厚度为50-400μm。
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