CN214068749U - 半导体封装结构及发光单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种半导体封装结构及发光单元，包括：基板；紫外LED芯片，贴置于所述基板上；第一含氟材料层，位于所述基板上，且覆盖所述紫外LED芯片；透镜，位于所述第一含氟材料层上，且位于所述紫外LED芯片的正上方；以及第二含氟材料层，位于所述第一含氟材料层上且至少覆盖所述透镜的部分。上述半导体封装结构可以进一步提升半导体封装结构的亮度从而满足亮度要求；还能提升透镜与含氟材料层的结合性，并且半导体封装结构的一体性和亮度均得到进一步提升。

Description

半导体封装结构及发光单元

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种半导体封装结构及发光单元。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种固体半导体发光器件。随着技术的提升，紫外LED成本的降低和效率的提升，紫外LED运用越来越广泛。特别是传统汞灯退出市场的期限越来越近，紫外LED灯需求处于爆发前夕。

传统的半导体封装结构，主要是陶瓷碗杯和石英玻璃。但因为光先从蓝宝石衬底到空气，再到石英玻璃，所以导致封装体的出光效率低下。另外还有一些用平面陶瓷基板，模塑件(molding)硅胶的封装形式。这种封装形式主要缺点是紫外光对硅胶具有很强的破坏性，长时间照射容易胶裂，而且硅胶对紫外光透射率相对来说比较低。

为了改善传统的紫外LED封装的缺点，目前使用含氟材料直接覆盖粘结于芯片表面。该含氟材料对紫外光透射率高，可靠性好，从而可以有效保证封装体亮度。然而，含氟材料封装的亮度仍然不够，并且由于含氟材料表面能比较低，使得含氟材料和其他材料的结合性不好。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种半导体封装结构及发光单元。

一种半导体封装结构，包括：

基板；

紫外LED芯片，贴置于所述基板上；

第一含氟材料层，位于所述基板上，且覆盖所述紫外LED芯片；

透镜，位于所述第一含氟材料层上，且位于所述紫外LED芯片的正上方；以及

第二含氟材料层，位于所述第一含氟材料层上且至少覆盖所述透镜的部分。

上述半导体封装结构在基板上设置覆盖紫外芯片的第一含氟材料层，第一含氟材料层为含氟材料，使得半导体封装结构具有良好的耐UV性能；通过在第一含氟材料层上设置透镜且透镜位于紫外LED芯片的正上方，可以进一步提升半导体封装结构的亮度从而满足亮度要求；通过在第一含氟材料层上设置至少覆盖透镜的部分的第二含氟材料层，使得透镜至少有部分位于两层含氟材料层之间，提升透镜与含氟材料层的结合性，并且半导体封装结构的一体性和亮度均得到进一步提升。

在其中一个实施例中，所述透镜的上表面为弧形。

在其中一个实施例中，所述透镜为半球形透镜，且所述透镜的中心与所述紫外LED芯片的出光面中心的连线垂直于所述紫外LED芯片的出光面。

在其中一个实施例中，所述透镜的底部边缘具有延伸部，越远离所述透镜的中心所述延伸部的厚度越薄。

在其中一个实施例中，所述透镜在所述基板上表面的正投影完全覆盖所述紫外LED芯片。

在其中一个实施例中，所述透镜包括石英透镜。

在其中一个实施例中，所述透镜被完全包覆于所述第一含氟材料层和所述第二含氟材料层之间。

在其中一个实施例中，所述第二含氟材料层覆盖所述透镜的边缘。

在其中一个实施例中，所述透镜与所述第一含氟材料层及所述第二含氟材料层无空隙贴合。

在其中一个实施例中，所述第一含氟材料层和/或所述第二含氟材料层包括FEP层、PFA层或ETFE层。

一种发光单元，包括多个如上任一项所述的半导体封装结构，各所述半导体封装结构呈阵列排布。

上述发光单元在基板上设置覆盖紫外芯片的第一含氟材料层，第一含氟材料层为含氟材料，使得半导体封装结构具有良好的耐UV性能；通过在第一含氟材料层上设置透镜且透镜位于紫外LED芯片的正上方，可以进一步提升半导体封装结构的亮度从而满足亮度要求；通过在第一含氟材料层上设置至少覆盖透镜的部分的第二含氟材料层，使得透镜至少有部分位于两层含氟材料层之间，提升透镜与含氟材料层的结合性，并且半导体封装结构的一体性和亮度均得到进一步提升。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中的半导体封装结构的正视图。

图2为一实施例中的透镜的正视图。

图3为另一实施例中的透镜的正视图。

图4为另一实施例中的半导体封装结构的正视图。

图5a为一实施例中的发光单元的俯视图。

图5b为一实施例中的发光单元的正视图。

图6为一实施例中的半导体封装结构的制备方法流程图。

图7a至图7f为图6实施例中的半导体封装结构的制备方法中各步骤所得结构的正视图。

附图标记说明：11、基板；12、紫外LED芯片；13、第一含氟材料层；14、透镜；15、第二含氟材料层；141、延伸部。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

图1为一实施例中的半导体封装结构的正视图。如图1所示，半导体封装结构包括基板11、紫外LED芯片12、第一含氟材料层13、透镜14以及第二含氟材料层15。紫外LED芯片12贴置于基板11上；第一含氟材料层13位于基板11上，第一含氟材料层13覆盖紫外LED芯片12；透镜14位于第一含氟材料层13上，透镜14位于紫外LED芯片12的正上方；第二含氟材料层15位于第一含氟材料层13上且至少覆盖透镜14的部分。

示例性的，基板11可以为平板结构。在基板11上贴置紫外LED芯片12，紫外LED芯片12可以为深紫外LED芯片，其波长可以小于290nm，则半导体封装结构为深紫外(UVC，Ultraviolet C)LED封装元件。紫外LED芯片12的面积小于基板11的面积，并且紫外LED芯片12完全位于基板11上。

第一含氟材料层13为一体式结构，其紧贴紫外LED芯片12，包覆紫外LED芯片12的上表面及侧面，并且紫外LED芯片12和第一含氟材料层13配合覆盖基板11的上表面，密封性较好。譬如，第一含氟材料层13的高度可以高于紫外LED芯片12的高度并且第一含氟材料层13的上表面为平面。含氟材料耐紫外线(UV，Ultraviolet)的性能优良，第一含氟材料层13可以为透明的氟树脂材料层，譬如包括全氟乙烯丙烯共聚物(FEP，Fluorinated ethylenepropylene)层、少量全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物层(PFA，Perfluoroalkoxy)层或乙烯-四氟乙烯共聚物层(ETFE，Ethylene-tetra-fluoro-ethylene)层，其折射率n可以为1.34，紫外光透射率高、可靠性好。将第一含氟材料层13直接覆盖粘结于紫外LED芯片12的表面可以有效保证半导体封装结构的亮度。

透镜14位于第一含氟材料层13上并且位于紫外LED芯片12的正上方，透镜14能够提高半导体封装结构的发光效率。透镜14的尺寸可以大于紫外LED芯片12的尺寸，即透镜14在基板11上表面的正投影完全覆盖紫外LED芯片12，从而可以将整个紫外LED芯片12罩在内部，譬如，透镜14可以包括石英透镜。

第二含氟材料层15位于第一含氟材料层13上且至少覆盖透镜14的部分，也即透镜14至少有部分位于两层含氟材料层之间。第二含氟材料层15可以为透明的氟树脂材料层，譬如包括FEP层、PFA层或ETFE层，其折射率n可以为1.34。第二含氟材料层15的材料可以与第一含氟材料层13的材料相同，从而结合性更好。在其他实施例中，第二含氟材料层15的材料也可以与第一含氟材料层13的材料不同。

上述半导体封装结构在基板11上设置覆盖紫外芯片12的第一含氟材料层13，第一含氟材料层13为含氟材料，使得半导体封装结构具有良好的耐UV性能；通过在第一含氟材料层13上设置透镜14且透镜14位于紫外LED芯片12的正上方，可以进一步提升半导体封装结构的亮度从而满足亮度要求；通过在第一含氟材料层13上设置至少覆盖透镜14的部分的第二含氟材料层15，使得透镜14至少有部分位于两层含氟材料层之间，提升透镜14与含氟材料层的结合性，并且半导体封装结构的一体性和亮度均得到进一步提升。

图2为一实施例中的透镜的正视图。如图2所示，透镜14的上表面为弧形。进一步的，透镜14为半球形透镜，且透镜14的中心与紫外LED芯片12的出光面中心的连线垂直于紫外LED芯片12的出光面，从而汇聚光线的效果较好，进一步提升半导体封装结构的亮度。在其他实施例中，透镜14也可以为其他形状，譬如，锥形等。

图3为另一实施例中的透镜的正视图。如图3所示，透镜14的底部边缘具有延伸部141，越远离透镜14的中心延伸部141的厚度越薄。由于含氟材料表面能比较低，和其他材料的结合性不好，本实施例中通过在透镜14边缘形成延伸部141，使得增加透镜14与两层含氟材料层的接触面积，提高了透镜14和两层含氟材料层的结合性。

在一实施例中，透镜14与第一含氟材料层13之间无空隙贴合。由于第一含氟材料层13紧贴紫外LED芯片12，透镜14紧贴第一含氟材料层13，使得从紫外LED芯片12射出的光在射出透镜14或第二含氟材料层15之前不经过空气传播，减小了全反射，有利于提升辐射功率。

在一实施例中，仍然参阅图1，透镜14被完全包覆于第一含氟材料层13和第二含氟材料层15之间使得透镜14稳固，透镜14与含氟材料层的结合性更好，并且，第一含氟材料层13和第二含氟材料层15配合包覆了基板11上表面、紫外芯片12的上表面及侧面、透镜14的外表面，使得密封性更好。

在一实施例中，当透镜14被完全包覆于第一含氟材料层13和第二含氟材料层15之间时，第二含氟材料层15覆盖于透镜14部分的上表面为弧形，从而更好的汇聚从透镜14射出的光线，提升半导体封装结构的亮度。譬如，可以在第一含氟材料层13上形成覆盖透镜14的第二含氟材料层15，且第二含氟材料层15各部分的厚度相同，从而第二含氟材料层15覆盖于透镜14表面的部分形状与透镜14相同，第二含氟材料层15和透镜14上表面均为弧形。

在一实施例中，透镜14与第二含氟材料层15之间无空隙贴合。由于第一含氟材料层13紧贴紫外LED芯片12，透镜14的两侧分别紧贴第一含氟材料层13和第二含氟材料层15，使得从紫外LED芯片12射出的光依次经过第一含氟材料层13、透镜14以及第二含氟材料层15后射出，光线在射出第二含氟材料层15之前没有经过空气传播，减小了全反射，有利于提升辐射功率。在其他实施例中，透镜14与第二含氟材料层15之间也可以存在空隙，紫外LED芯片12射出的光依次经过第一含氟材料层13、透镜14、空气以及第二含氟材料层15后射出。

图4为另一实施例中的半导体封装结构的正视图。如图4所示，第二含氟材料层15覆盖透镜14的边缘，譬如，第二含氟材料层15可以覆盖透镜14底部周围的面积占透镜14上表面面积的1/5至4/5，具体覆盖面积可以根据实际需求设置。具体而言，透镜14位于第一含氟材料层13上且透镜14可以不嵌入第一含氟材料层13内，第二含氟材料层15仅覆盖透镜14的边缘，譬如，第二含氟材料层15沿半球形透镜14的周向延伸。

本申请还提供一种发光单元。如图5所示，发光单元包括多个如上任一个实施例中的半导体封装结构，各半导体封装结构呈阵列排布。譬如，发光单元可以包括四个半导体封装结构，且四个半导体封装结构排成两行两列。

图6为一实施例中的半导体封装结构的制备方法流程图。如图6所示，制备方法包括以下步骤：

步骤S61，提供基板。

步骤S62，在基板上贴置紫外LED芯片。

步骤S63，在基板上形成第一含氟材料层，第一含氟材料层覆盖紫外LED芯片。

步骤S64，在第一含氟材料层上形成透镜，透镜位于紫外LED芯片的正上方。

步骤S65，在第一含氟材料层上形成第二含氟材料层，且第二含氟材料层至少覆盖透镜的部分。

上述半导体封装结构的制备方法通过在第一含氟材料层上设置透镜且透镜位于紫外LED芯片的正上方，可以进一步提升半导体封装结构的亮度从而满足亮度要求；通过在第一含氟材料层上设置至少覆盖透镜的部分的第二含氟材料层，使得透镜至少有部分位于两层含氟材料层之间，提升透镜与含氟材料层的结合性，并且半导体封装结构的一体性和亮度均得到进一步提升。

在步骤S61中，请参阅图6的S61步骤及图7a，提供基板11，基板11可以为平板结构，基板11的材料可以包括陶瓷，利用一块基板11可以形成多个半导体封装结构，各半导体封装结构可以呈阵列排布，例如排成一行或者排成多行，每行最终形成多个半导体封装结构，基板11的面积可以根据每次形成的半导体封装结构数量进行设置，基板11的厚度可以根据实际需求设置。在基板11上可以划分多个区域，每个区域的大小可以相同并且分别用于形成一个半导体封装结构，所划分的每个区域边缘可以设置标记从而便于最终切割以形成多个独立的半导体封装结构。

在一实施例中，在步骤S61，提供基板11的步骤中还可以包括对基板11的表面进行预处理的步骤，譬如，预处理可以包括在基板11表面增加图案化的结构以提高基板11和第一含氟材料层的结合性。

在步骤S62中，请参阅图6的S62步骤及图7b，在基板11上贴置紫外LED芯片12。紫外LED芯片12的数量可以为多个，各紫外LED芯片12间隔排布，紫外LED芯片12可以为深紫外LED芯片12，其波长可以小于290nm，则半导体封装结构为UVCLED封装元件。每个紫外LED芯片12的面积小于基板11的面积，紫外LED芯片12完全位于基板11上并且每个紫外LED芯片12分别位于基板11上所划分的一个区域内，譬如可以位于划分区域的中心位置。

在一实施例中，可以采用回流焊(reflow)利用助焊剂(flux)将多个紫外LED芯片12分别贴置在基板11上的对应区域上。

在步骤S63中，请参阅图6的S63步骤及图7c，在基板11上形成第一含氟材料层13，第一含氟材料层13覆盖紫外LED芯片12。譬如，第一含氟材料层13为一体式结构，其紧贴紫外LED芯片12，包覆紫外LED芯片12的上表面及侧面，并且紫外LED芯片12和第一含氟材料层13配合覆盖基板11的上表面，密封性较好。第一含氟材料层13的高度可以高于紫外LED芯片12的高度并且第一含氟材料层13的上表面平齐。含氟材料耐紫外线的性能优良，第一含氟材料层13可以为透明的氟树脂材料层，譬如包括FEP层、PFA层或ETFE层，其折射率n可以为1.34，紫外光透射率高、可靠性好，将第一含氟材料层13直接覆盖粘结于紫外LED芯片12的表面可以有效保证半导体封装结构的亮度，并且由于含氟材料的耐UV性能优良，使得半导体封装结构也具有较好的耐UV性能。

在一实施例中，可以采用热压或者点胶的方式在紫外LED芯片12和基板11的表面覆盖一层含氟材料即第一含氟材料层13，第一含氟材料层13的上表面可以为平面，其高度略高于紫外LED芯片12。

在步骤S64中，请参阅图6的S64步骤及图7d，在第一含氟材料层13上形成透镜14，透镜14位于紫外LED芯片12的正上方。透镜14的尺寸可以大于紫外LED芯片12的尺寸，透镜14在基板11上的正投影可以完全覆盖紫外LED芯片12，从而可以将整个紫外LED芯片12罩在内部。当紫外LED芯片12的数量为多个时，透镜14的数量可以与紫外LED芯片12的数量相同并且一一对应设置。每个透镜14在基板11上投影的面积都应该小于基板11上划分的对应区域的面积，从而使得透镜14位于该对应区域内部。譬如，透镜14可以包括石英透镜14。透镜14能够有效提升半导体封装结构的发光效率。

在一实施例中，可以采用热压其他方式在第一含氟材料层13表面粘结透镜14，每个透镜14分别位于一个紫外LED芯片12的正上方。

在步骤S65中，请参阅图6的S65步骤及图7e，在第一含氟材料层13上形成第二含氟材料层15，第二含氟材料层15至少覆盖透镜14的部分。第二含氟材料层15可以为透明的氟树脂材料层，譬如包括FEP层、PFA层或ETFE层，其折射率n可以为1.34。

在一实施例中，请参阅图1，透镜14被完全包覆于第一含氟材料层13和第二含氟材料层15之间。本实施例中，第二含氟材料层15覆盖于透镜14部分的上表面可以为弧形，从而更好的汇聚从透镜14射出的光线，提升半导体封装结构的亮度。譬如，可以在第一含氟材料层13上形成覆盖透镜14且各部分的厚度相同的第二含氟材料层15，从而第二含氟材料层15覆盖于透镜14表面的部分形状与透镜14相同，第二含氟材料层15和透镜14外表面均为弧形。

在一实施例中，透镜14与第一含氟材料层13及第二含氟材料层15之间无空隙贴合。由于第一含氟材料层13紧贴紫外LED芯片12，透镜14的两侧分别紧贴第一含氟材料层13和第二含氟材料层15，使得从紫外LED芯片12射出的光依次经过第一含氟材料层13、透镜14以及第二含氟材料层15后射出，光线在射出第二含氟材料层15之前没有经过空气传播，减小了全反射，有利于提升辐射功率。在其他实施例中，透镜14与第一含氟材料层13和第二含氟材料层15之间也可以存在空隙。

在另一实施例中，请参阅图4，第二含氟材料层15覆盖透镜14的边缘，譬如，第二含氟材料层15可以覆盖透镜14底部周围的面积占透镜14上表面面积的1/5至4/5，具体覆盖面积可以根据实际需求设置。

在一实施例中，可以采用热压或点胶的方式在第一含氟材料层13表面和透镜14至少部分上表面形成第二含氟材料层15。

在一实施例中，半导体封装结构的制备方法形成所述透镜14之后还包括步骤S66，将所得结构进行切割，以得到多个分离的均包括基板、紫外LED芯片、第一含氟材料层、透镜及第二含氟材料层的半导体封装结构。

在步骤S66中，请参阅图6的S66步骤及图7f，将所得结构进行切割，以得到多个分离的均包括基板11、紫外LED芯片12、第一含氟材料层13、透镜14及第二含氟材料层15的半导体封装结构。

在一实施例中，在基板11上划分的每个区域进行切割，即在各透镜14之间进行切割从而形成多个独立的半导体封装结构。每个半导体封装结构均包括依次设置的基板11、紫外LED芯片12、第一含氟材料层13、透镜14以及第二含氟材料层15。具体的，可以采用机械切割或激光切割等工艺进行切割。

在另一实施例中，也可以对所得结构进行切割以得到多个发光单元，每个发光单元可以包括多个半导体封装结构，譬如，每个发光单元均包括四个结构相同的半导体封装结构，每个半导体封装结构均包括基板11、紫外LED芯片12、第一含氟材料层13、透镜14及第二含氟材料层15。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种半导体封装结构，其特征在于，包括：

基板；

紫外LED芯片，贴置于所述基板上；

第一含氟材料层，位于所述基板上，且覆盖所述紫外LED芯片；

透镜，位于所述第一含氟材料层上，且位于所述紫外LED芯片的正上方；以及

第二含氟材料层，位于所述第一含氟材料层上且至少覆盖所述透镜的部分。

2.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述透镜的上表面为弧面。

3.根据权利要求2所述的半导体封装结构，其特征在于，所述透镜为半球形透镜，且所述透镜的中心与所述紫外LED芯片的出光面中心的连线垂直于所述紫外LED芯片的出光面。

4.根据权利要求2所述的半导体封装结构，其特征在于，所述透镜的底部边缘具有延伸部，越远离所述透镜的中心所述延伸部的厚度越薄。

5.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述透镜在所述基板上表面的正投影完全覆盖所述紫外LED芯片。

6.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述透镜包括石英透镜。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体封装结构，其特征在于，所述透镜被完全包覆于所述第一含氟材料层和所述第二含氟材料层之间。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体封装结构，其特征在于，所述第二含氟材料层覆盖所述透镜的边缘。

9.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述透镜与所述第一含氟材料层及所述第二含氟材料层无空隙贴合。

10.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述第一含氟材料层和/或所述第二含氟材料层包括FEP层、PFA层或ETFE层。

11.一种发光单元，其特征在于，包括多个如权利要求1至10任一项所述的半导体封装结构，各所述半导体封装结构呈阵列排布。

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