CN104979432A - 直接发出白光的led芯片封装工艺 - Google Patents
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Abstract
一种直接发出白光的LED芯片封装工艺，本发明在发光二极管芯片的焊盘上制作电连接金属凸点，同时依据一定的光学热学要求制成特定形状的荧光粉膜层，并在与发光二极管芯片上的金属凸点相应位置加工出孔，在荧光粉膜层的内表面上涂覆一层透明硅胶或环氧树脂，将处理好的荧光粉膜层键合到荧光粉膜层盖芯片表面，然后打上引线完成单颗发光二极管芯片直接白光封装。本发明的优点在于通过芯片焊盘上制作电连接金属凸点，将可能干扰后续封装过程的引线键合工艺挪到最后一步，依据一定光学热学要求制成的荧光粉膜层使得封装的白光LED芯片具有优异的空间颜色均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管光源,特别涉及一种在大功率发光二极管芯片上实现直接输出白光的LED芯片封装工艺。
背景技术
LED（LightEmittingDiode）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、体积小等优点，被誉为21世纪绿色照明光源，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，并在传统照明领域引发了一场革命。LED由于其独特的优越性，已经开始在许多领域得到广泛应用，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。
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封装中荧光粉层的几何形貌，浓度和厚度等参数严重影响LED的出光效率、色温、空间颜色均匀性等重要光学性能；为了获得良好光学性能的LED产品，荧光粉层的实现工艺是非常关键的。
目前的LED封装工艺是将从LED晶圆片上切割得到的芯片固定在基板或者支架上面，先实现电连接，再将荧光粉混合环氧树脂或者荧光粉混合硅胶，其混合物涂覆到LED芯片周围，形成荧光粉层。在这种封装工艺流程中，由于荧光粉胶粘度很大，在涂覆荧光粉的过程中荧光粉胶量在不同的封装模块之间往往是不同的，这将导致封装得到的LED产品光色变化很大，影响产品的一致性，而且当色温超过一定范围时，LED产品将不能够使用，从而使得LED的成品率不 是很高，低成品率带来的直接后果是增大用户使用LED产品的成本。在封装过程中荧光粉胶一般是通过点胶法涂覆到LED周围，形成球帽状荧光粉形貌，这种形貌将导致LED产品的空间颜色不均匀，从而影响LED产品用户的照明舒适感。为此必须发展新型LED荧光粉涂覆工艺，克服目前封装工艺的低色温一致性、低成品率和空间颜色均匀性不高的缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,提供一种在大功率发光二极管芯片上实现直接发出白光的LED芯片封装工艺。
本发明的工艺方法包括以下步骤：
1)在发光二极管芯片焊盘上制作电连接金属凸点；
2)制作包裹发光二极管芯片上表面和侧面的荧光粉膜层，再在荧光粉膜层上加工与上述步骤1）金属凸点对应位置的孔；
3)通过外部装置在荧光粉膜层的内表面均匀涂覆一层透光硅胶或环氧树脂；
4)经精密定位设备将荧光粉膜层与发光二极管芯片重合就位，涂覆有粘接剂的荧光粉膜层放到发光二极管芯片上并轻微挤压并加热固化，或是通过阳极键合方式将荧光粉膜层直接键合到芯片表面；
5)对发光二极管芯片，使用引线键合工艺完成发光二极管芯片到基板的电互连。
所述LED芯片为水平、垂直或倒装结构。
所述发光二极管芯片焊盘上制作的电连接金属凸点为球形或圆柱形或方形，由激光植球或打线机植球或丝网印刷或电镀方法制作，金属凸点为金属铜或金和镍与铅锡焊料组成。
所述荧光粉膜层中的荧光粉为黄色荧光粉YAG荧光粉或TAG荧光粉，基体材料为玻璃或陶瓷或是硅胶。
所述荧光粉膜层的形状为厚度均匀的发光二极管芯片保形结构，或者为考虑蓝光光强空间分布的弧形结构。
所述荧光粉膜层与发光二极管芯片上金属凸点对应位置的孔由激光刻蚀或ICP（InductivelyCoupledPlasma）感应耦合离子体刻蚀或纳米压印或机械微加工完成，在荧光粉膜层与发光二极管芯片上金属凸点对应位置的孔，其直径大于金属凸点。荧光粉膜层最大厚度小于金属凸点的高度。
所述荧光粉膜层键合到发光二极管芯片表面通过在荧光粉膜层内表面均匀涂覆一层硅胶或环氧树脂，粘接到发光二极管芯片表面加热固化完成，或是通过阳极键合工艺直接将荧光粉膜层键合到发光二极管芯片表面（陶瓷或玻璃等荧光粉层）。
本发明在发光二极管芯片的焊盘上制作电连接金属凸点，同时依据光学热学要求制成特定形状的荧光粉膜层，并在与发光二极管芯片上的金属凸点相应位置加工出孔，在荧光粉膜层的内表面上涂覆一层透明硅胶或环氧树脂，将处理好的荧光粉膜层键合到荧光粉膜层盖芯片表面，然后打上引线完成单颗发光二极管芯片直接白光封装。本发明的优点是在于通过芯片焊盘上制作电连接金属凸点，将可能干扰后续封装过程的引线键合工艺挪到最后一步；依据一定光学热学要求制成的荧光粉膜层使得封装的白光发光二极管芯片具有优异的空间颜色均匀性。
附图说明
图1发光二极管芯片焊盘上制作电连接金属凸点的结构示意图；
图2具有通孔的荧光粉层盖的结构示意图；
图3在荧光粉层盖的内表面涂覆粘接剂工艺示意图；
图4涂覆粘结剂后的荧光粉层盖的结构示意图；
图5发光二极管芯片和荧光粉层盖结合后的结构示意图；
图6实施例二中涂覆粘结剂后的荧光粉层盖的结构示意图；
图7实施例二中发光二极管芯片和荧光粉层盖结合后的结构示意图；
图中：1发光二极管芯片、2金属凸点、3荧光粉膜层、4高分子粘接剂、5模 板。
具体实施方式
实施例一
下面结合附图进一步说明本发明的实施例：
在发光二极管芯片1的焊盘上制作电连接金属凸点2，制作荧光粉膜层3，并在与发光二极管芯片1上的金属凸点2相应位置加工出孔，在荧光粉膜层3的内表面上涂覆一层高分子粘接剂4，将处理好的荧光粉膜层3键合到发光二极管芯片1的表面，然后打上引线完成单颗发光二极管芯片直接白光封装，该工艺方法包括以下步骤：
1）在发光二极管芯片1焊盘上制作电连接金属凸点2；
发光二极管芯片为水平、垂直或倒装结构。本实施例采用水平结构。参见图1，在发光二极管芯片1上通过丝网印刷、电镀、光刻或激光植球在发光二极管芯片1的焊盘上制作圆柱体形铜质电连接金属凸点2，圆柱形金属凸点2底面圆直径为80μm，高100μm。本实施例采用光刻制作电连接金属凸点2。
2）制作包裹发光二极管芯片1上表面和侧面的荧光粉膜层3，并在荧光粉膜层3上加工有与发光二极管芯片1上金属凸点2对应位置的孔；参见图2，荧光粉膜层3的制作可有两种方案：一种是将基体材料材料和荧光粉均匀混合倒入模具中加温固化成型。另外一种是先由模具法做成厚度一致的荧光粉膜层，再有激光刻蚀、ICP刻蚀或是机械为加工成型。本实施例为ICP刻蚀方法加工通孔。荧光粉膜层3被制成一上表面微凸起，包覆LED芯片的发光二极管芯片1上，其上表面为厚度均匀的发光二极管芯片保形结构。
荧光粉膜层3与发光二极管芯片1上金属凸点2对应位置的孔由激光刻蚀或ICP（InductivelyCoupledPlasma）感应耦合离子体刻蚀。在荧光粉膜层3上与发光二极管芯片上金属凸点2对应位置的孔，其直径大于金属凸点。荧光粉膜层3最大厚度小于金属凸点2的高度。
荧光粉膜层3中的荧光粉为黄色荧光粉YAG荧光粉或TAG荧光粉，基体材料为玻璃或陶瓷或是硅胶，本实施例采用陶瓷基体材料。
3）通过外部装置在荧光粉膜层3的内表面均匀涂覆一层透光硅胶或环氧树脂；参见图4，完成荧光粉层制作后，首先在荧光粉膜层3与发光二极管芯片1粘接的面点涂一定量的高分子粘接剂4，然后依靠精密设备将模具5按图3所示方式作用于粘接剂使得粘接剂能均匀分布于荧光粉膜层3的粘接面。
4）经精密定位设备将荧光粉膜层3与发光二极管芯片1重合就位，涂覆有粘接剂的荧光粉膜层3放到发光二极管芯片1上并轻微挤压并加热固化，或是通过阳极键合方式将荧光粉膜层直接键合到芯片表面；参见图5，将准备好的发光二极管芯片1和荧光粉膜层3按图5的方式装配到一起放到恒温箱中在120℃下加温固化，完成发光二极管芯片1直接发出白光封装。
5）对于垂直和水平发光二极管芯片，使用引线键合工艺完成发光二极管芯片1到基板的电互连。
实施例二
实例二与实例一基本相同，所不同的是荧光粉膜层3的形状，采用这种荧光粉膜层结构是因为传统的荧光粉保型涂覆工艺得到的荧光粉膜层和实例一相同，都是只对发光二极管芯片形状进行复制。其中高分子粘接剂4的涂覆方法与实例一相同。参见图6、图7。
Claims (7)
1.一种直接发出白光的LED芯片封装工艺,其特征在于所述包含以下步骤：
1）在发光二极管芯片焊盘上制作电连接金属凸点；
2）制作包裹发光二极管芯片上表面和侧面的荧光粉膜层，再在荧光粉膜层上加工与上述步骤1）金属凸点对应位置的孔；
3）在荧光粉膜层的内表面均匀涂覆一层透光硅胶或环氧树脂；
4）经定位设备将荧光粉膜层与发光二极管芯片重合就位，并加热固化，或是通过阳极键合方式将荧光粉膜层直接键合到发光二极管芯片表面；
5）对发光二极管芯片，使用引线键合工艺完成发光二极管芯片到基板的电互连。
2.根据权利要求1所述的在大功率发光二极管芯片上实现直接输出白光的封装工艺，其特征在于所述发光二极管芯片为水平、垂直或倒装结构。
3.根据权利要求1所述的直接发出白光的LED芯片封装工艺，其特征在于所述发光二极管芯片焊盘上制作的电连接金属凸点为球形或圆柱形或方形，由激光植球或打线机植球或丝网印刷或电镀方法制作，金属凸点为金属铜或金和镍与铅锡焊料组成。
4.根据权利要求1所述的直接发出白光的LED芯片封装工艺，其特征在于所述荧光粉膜层中的荧光粉为黄色荧光粉YAG荧光粉或TAG荧光粉，基体材料为玻璃或陶瓷或是硅胶。
5.根据权利要求1所述的直接发出白光的LED芯片封装工艺，其特征在于所述荧光粉膜层的形状为厚度均匀的发光二极管芯片保形结构，或者为弧形结构。
6.根据权利要求1所述的直接发出白光的LED芯片封装工艺，其特征在于所述荧光粉膜层与发光二极管芯片上金属凸点对应位置的孔由激光刻蚀或感应耦合离子体刻蚀或纳米压印或机械微加工完成，在荧光粉膜层与发光二极管芯片上金属凸点对应位置的孔，其直径大于金属凸点，荧光粉膜层厚度小于金属凸点的高度。
7.根据权利要求1所述的直接发出白光的LED芯片封装工艺，其特征在于所述荧光粉膜层键合到发光二极管芯片表面通过在荧光粉膜层内表面均匀涂覆一层硅胶或环氧树脂，粘接到发光二极管芯片表面加热固化完成，或是通过阳极键合工艺直接将荧光粉膜层键合到芯片表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151014 |