CN203205458U - 一种led封装基板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种LED封装基板，属于LED封装技术，可以实现高光色品质的和色温稳定性的LED荧光粉保形涂覆，特别适用于大规模LED封装生产中。基板结构为：基板表面为反光层在基板固定芯片位置设有凸台，凸台上表面设有用于实现LED封装中LED芯片固晶时与基板对准的凹槽，凸台上除去芯片固晶位置之外区域，涂有一层亲荧光粉胶的化学涂层，使荧光粉胶能够在该凸台上快速铺展。凸台高度优选为0.01mm-3mm。凸台优选为长方体、圆台、四棱台或五棱台。化学涂层的材料优选为二氧化钛，十六硫醇或金。化学涂层的厚度优选小于1微米。该荧光粉保形涂覆能与当前采用的荧光粉自由点胶涂覆工艺设备相兼容，具有工艺简单优点。
Description
技术领域
本发明属于LED封装技术，涉及一种LED封装基板，可以实现高光色品质的和色温稳定性的LED荧光粉保形涂覆，特别适用于大规模LED封装生产中。
背景技术
LEDs(Light Emitting Diodes)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、环保节能和体积小等优点，被誉为21世纪绿色照明光源，如能应用于传统照明领域将得到十分显著的节能效果，这在全球能源日趋紧张的当今意义重大。随着以氮化物为代表的第三代半导体材料技术的突破，基于大功率高亮度发光二极管(LED)的半导体照明产业在全球迅速兴起，正成为半导体光电子产业新的经济增长点，并在传统照明领域引发了一场革命。由于LED独特的优越性，已经开始在许多领域得到广泛应用，如景观照明、汽车大灯、路灯和背光等，被业界认为是未来照明技术的主要发展方向，具有巨大的市场潜力。
当前LED光色品质越来越受到大家的重视，具体可以包括LED光色一致性和LED空间颜色均匀性两方面，例如美国能源部将提高LED光色一致性、减少分Bin数量作为LED照明发展的主要五大挑战之一，同时美国能源之星(Energy Star)于2008年已经将LED封装及灯具的空间颜色均匀性列为LED照明质量评估指标之一。随着LED在室内照明领域的迅速推广(如商业照明、家居照明、办公室照明等)，人们对LED照明的要求已经从“照亮”逐步转变为“照舒服”，因此LED封装时通过准确控制的封装工艺，提高LED光色一致性和空间颜色均匀性，已成为拓宽LED照明领域，加速LED取代传统照明的一个重要的技术目标。
大功率白光LED通常是由两波长光(蓝色光+黄色光)或者三波长光(蓝色光+绿色光+红色光)混合而成。目前广泛采用的白光LED是通过蓝色LED芯片(GaN)和黄色荧光粉(YAG或TAG)组成。在LED封装中荧光粉层参数严重影响LED的出光效率、色温、空间颜色均匀性等重要光学性能。当前，在LED封装中最普遍采用的一种荧光粉涂覆方式为荧光粉自由点胶涂覆，该种荧光粉涂覆方式拥有工艺简单和低成本等优点；然而该种荧光粉涂覆方式常常导致最终LED封装产品色温空间分布存在较大的差异，严重影响着LED产品的照明质量。国内外的研究者开展了许多研究工作，发现LED荧光粉保形涂覆的方法，即荧光粉层均匀厚度涂覆于LED芯片表面。保形涂覆方式要求能够控制荧光粉几何形状和厚度等参数，从而提高LED封装产品的光色一致性和空间颜色均匀性；同时荧光粉保形涂覆实现的超薄的荧光粉层能够有效解决荧光粉发热带来的色温温度性和可靠性问题。为了实现荧光粉的保形涂覆，全球著名LED封装企业先后开发的电泳法(U.S.patent6,576,488)，溶液蒸发法(U.S.patent7,217,583)，圆片级封装(B.Brauneet al.，Proc.SPIE6486，64860X，2007)以及目前相关文献描述的脉冲喷涂的工艺方法(H.T.Huang et al.，OPTICS EXPRESS，18，A201，2010)。其中电泳法和溶液蒸发法实现保形涂覆较为复杂，成本较高；圆片级封装和脉冲喷涂的工艺方法对封装设备要求较高，工艺必须精确控制，且不能实现LED水平芯片的保形涂覆。为此发展一种工艺简单、低成本且适用于所有LED芯片类型的荧光粉保形涂覆对封装高光学质量的LED光学产品至关重要。
发明内容
本发明提供了一种LED封装基板，旨在具有良好的可操作性，同时能够有效提升LED产品的封装性能。
本发明提供的一种LED封装基板，其特征在于，基板表面为反光层在基板固定芯片位置设有凸台，凸台上表面设有用于实现LED封装中LED芯片固晶时与基板对准的凹槽，凸台上除去芯片固晶位置之外区域，涂有一层亲荧光粉胶的化学涂层，使荧光粉胶能够在该凸台上快速铺展。
本发明采用的荧光粉保形涂覆技术原理为：通过基板结构设计，对点胶涂覆后芯片周围的荧光粉胶几何形貌进行控制，使得荧光粉几何形貌非常紧凑；然后利用荧光粉颗粒的沉淀效应，获得分布在芯片周围的荧光粉薄层；最终实现具有良好光学和可靠性的荧光粉保形涂覆。本发明的LED封装的荧光粉保形涂覆方法，可以与当前广泛采用的荧光粉自由点涂装置兼容，具有良好的可操作性和迅速广泛应用的优点。同时能够有效提升LED产品的封装性能，如光学性能和可靠性等。
附图说明
图1为含控制荧光粉涂覆流动的凸台的引线框架基板的示意图；
图2为在基板凸台上点涂荧光粉胶的示意图；
图3是完成荧光粉颗粒沉淀后，达到荧光粉保形涂覆效果的示意图；
图4为含控制荧光粉涂覆流动的凸台的陶瓷基板的示意图；
图5为在基板凸台上点涂荧光粉胶的示意图；
图6完成荧光粉颗粒沉淀后，达到荧光粉保形涂覆效果的示意图；
图中符号说明：1001引线框架模板，1002热沉，1003模塑料，1004支架引脚，1005LED芯片，1006硅胶，1007荧光粉胶，1008荧光粉层，1009荧光粉点涂装置，1010引线框架凸台，1011凹槽，1012化学涂层，2001陶瓷基板，2002引线键合点，2003陶瓷层，2004陶瓷基板凸台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提出的一种应用于LED封装的荧光粉保形涂覆方法，该荧光粉保形涂覆方法具体实施需要一种实现荧光粉涂覆中流动控制的含凸台的基板。
基板的表面为反光层，反光层的材料可以为银或其它的反光材料。在基板固定芯片位置增加一凸台，凸台可以是垂直或者倾斜结构等，凸台高度为0.01mm-3mm之间。凸台的几何结构可以为长方体、圆台、四棱台或五棱台等。凸台的上表面有凹槽，用于实现LED封装中LED芯片固晶时与基板对准。凸台上除去芯片固晶位置之外区域，涂有一层亲荧光粉胶的化学涂层(如二氧化钛，十六硫醇和金层等，化学涂层的厚度一般要求小于1微米)；即荧光粉胶在凸台上的接触角非常小，从而实现荧光粉胶在凸台上快速铺展。
基板的材料可以是铜、铝等金属基板材料，硅，陶瓷和PCB板、玻璃等非金属基板材料；
基板结构可以通过数控铣床，线切割、锻压、注塑和刻蚀等加工工艺实现。
具体的荧光粉胶涂覆方法：
(1)在完成固定LED芯片和电路连接工序后，将荧光粉胶沿着基板凸台中心涂覆，由于凸台边缘的滞止效应，荧光粉胶停留在凸台的上顶面；
用于封装的LED芯片可以是GaN等二元材料或者AlGaNP等四元材料组成和其它芯片。
荧光粉胶的配制过程为：将荧光粉加入胶材中，并混合均匀，其中胶材包括常用封装胶如硅胶、环氧树脂，或者是在常用封装胶如硅胶、环氧树脂中再加入用于减少封装胶粘度的有机稀释溶剂，如乙醇等；为防止荧光粉颗粒在涂覆过程的沉淀现象，在混合好的荧光粉胶中加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)颗粒，颗粒直径为10-50微米；调节荧光粉和胶材之间的比例，配比浓度为0.01g/ml～5.0g/ml的荧光粉胶，有机稀释溶剂的加入量为荧光粉胶总体积的0-10％，优选的范围为2-10％，聚甲基丙烯酸甲酯颗粒浓度为0.01g/ml～1.0g/ml。荧光粉胶中的荧光粉可以是YAG和TAG等所有LED封装采用的荧光粉。配置荧光粉胶使用胶材可以是硅胶、环氧树脂和液态玻璃等材料。
荧光粉胶转移到基板上的途径可通过注射器滴涂，喷涂等途径。
(2)将步骤(1)得到的LED模块被放入高于室温和低于固化温度的环境中使有机溶剂挥发(通常是在45℃-65℃的环境中放置0.5小时-2小时)在45℃-65℃温度范围中，同时荧光粉胶的粘度变小，从而荧光粉颗粒在荧光粉胶中快速沉淀，直至荧光粉颗粒紧密分布在芯片周围，并形成一层非常薄的荧光粉层，从而实现荧光粉保形涂覆。
该方法可以适用于支架式、板上芯片、阵列式和系统封装等LED封装形式。
实施例1
参见图1，为含凸台1010结构的用于LED封装的引线框架结构1001，凸台1010为一矩形结构。如图2所示，在LED芯片1005键合在凸台1010顶面正中心后，完成金线1004引线键合工艺之后，浓度为0.5g/cm3荧光粉胶1007通过荧光粉点涂装置1009点涂在引线框架凸台1010顶面，荧光粉胶体积为0.2μL，并能包覆LED芯片1005。涂覆荧光粉胶后，LED模块被放入45℃的腔体中1小时，实现荧光粉颗粒的沉淀。如图3表示荧光粉沉淀后，荧光粉颗粒紧密分布在芯片周围，上层为纯硅胶。完成上述工艺的LED模块被转移到温度为150℃的烘烤箱中1小时进行荧光粉胶固化，实现LED封装中的荧光粉保形涂覆。
图1-3显示了本发明荧光粉保形涂覆技术方案在引线框架结构上的应用。
实施例2
参见图4，为凸台结构的用于LED封装的陶瓷基板2001，凸台2004为一圆形结构。如图5所示，在LED芯片1005键合在凸台1010顶面正中心后，完成金线1004引线键合工艺之后，配比荧光粉浓度为0.8g/cm3的荧光粉胶1007，其中荧光粉胶中含有稀释剂乙醇1.8％，PMMA颗粒浓度为0.1g/cm3，；通过荧光粉点涂装置1009将荧光粉胶点涂在凸台2004顶面，体积为0.16μl，并能包覆LED芯片1005。如图6表示荧光粉沉淀后，荧光粉颗粒紧密分布在芯片周围，上层为纯硅胶。涂覆荧光粉胶后，LED模块被放入55℃的腔体中1小时，乙醇开始挥发，荧光粉颗粒沉淀。完成上述工艺的LED模块被转移到温度为150℃的烘烤箱中1小时进行荧光粉胶固化，实现LED封装中的荧光粉保形涂覆。
图4-6显示了本发明荧光粉保形涂覆技术方案在陶瓷基板上的应用。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种LED封装基板，其特征在于，基板表面为反光层在基板固定芯片位置设有凸台，凸台上表面设有用于实现LED封装中LED芯片固晶时与基板对准的凹槽，凸台上除去芯片固晶位置之外区域，涂有一层亲荧光粉胶的化学涂层，使荧光粉胶能够在该凸台上快速铺展。
2.根据权利要求1所述的LED封装基板，其特征在于，所述凸台高度为0.01mm-3mm。
3.根据权利要求1所述的LED封装基板，其特征在于，所述凸台为长方体、圆台、四棱台或五棱台。
4.根据权利要求1至3中任一所述的LED封装基板，其特征在于，所述化学涂层的材料为二氧化钛，十六硫醇或金。
5.根据权利要求1至3中任一所述的LED封装基板，其特征在于，所述化学涂层的厚度小于1微米。
6.根据权利要求1至3中任一所述的LED封装基板，其特征在于，所述凸台是垂直或者倾斜结构。
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