CN101567412B

CN101567412B - 一种蓝光led芯片的封装方法

Info

Publication number: CN101567412B
Application number: CN2009100398910A
Authority: CN
Inventors: 刘立林; 王钢; 蔡苗苗
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-06-02
Also published as: CN101567412A

Abstract

本发明公开一种蓝光LED芯片的封装方法，包括以下步骤：配制蓝光敏感的光敏树脂液体；将LED半成品在光敏树脂中预浸；然后将LED半成品倒置浸入光敏树脂液体中，芯片基板边缘浸没入光敏树脂内，通入低工作电流到LED芯片使其发光，触发光敏树脂发生初步聚合，在LED芯片的出光面上形成光敏树脂核；将LED半成品缓慢上升至脱离光敏树脂液面，在光敏树脂核和芯片基座上将附着一半球形或近半球形光敏树脂液滴；通入中工作电流到LED芯片使其发光，激发光敏树脂液滴固化；将光敏树脂液滴固化后的样品通入高工作电流使LED芯片发光，进一步固化去色，或者将样品用阳光曝晒去色，或者用紫光照射去色；最后将固化去色后的样品进行清洗。

Description

一种蓝光LED芯片的封装方法

技术领域

本发明属于发光二极管的封装技术领域，尤其涉及一种蓝光LED芯片的封装方法。

背景技术

对于发光二极管(LED)这种将电能转化为光能的发光器件的研究，人们很早就开始关注了。1993年高亮度红、黄光LED开始出现，1995年，高亮度蓝色、绿色发光二极管相继开发成功，而宽带隙GaN基的蓝光、绿光LED除了具有普通LED的性能和优点及用途外，还从根本上解决了LED三基色缺色的问题，是全彩色显示不可缺少的关键器件。另一方面，GaN基LED的出现使半导体白光固态照明成为可能，其被喻为″绿色照明光源″，为人类带来照明技术的革命。

发光二极管的封装目前世界上有很多专利，但基本上都与当前LED常用的封装过程大同小异，主要有点胶、灌封、模压三种。传统封装使用的是AB胶一类的环氧树脂，靠热固化进行封装，需要在高于100度的温度长时间(大于1小时)使环氧树脂固化和后固化，工序多，生产效率低，周期长，成本高。其具体包括以下几个缺点：1)工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点；2)实际生产中多依靠人工操作进行点胶，效率低；3)需要模具才能成型，多数需要透镜以符合光学设计；4)大规模工业化生产时对设备要求高，一般企业难以有足够资金买到好的设备；5)热固化本身可能会对芯片产生影响，导致芯片因为高温而损坏。

目前，一些研究者以光敏树脂封装发光二极管，提高封装效率，例如美国专利6958250，但是该专利中的封装过程与当前LED常用的封装过程类似，需要用到模具。中国专利200710032491.8提供了一种不需要模具的光固化封装方法，但是该方法所形成的透镜外形不理想，蘑菇形的结构易受力脱落，而且对通入电流的强度和时间敏感，不适合自动化生产。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高生产效率的蓝光LED芯片的封装方法，该方法能使蓝光LED的封装工序简化、所需封装设备简单、可实现规模化自动化生产、生产周期缩短75％以上，与同类产品相比，性能有提高。而且，常规封装企业在实施本发明方法时无需增添昂贵的设备。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种蓝光LED芯片的封装方法，其包括以下步骤：(a)配制蓝光敏感的光敏树脂液体；(b)将芯片基座、位于芯片基座上的LED芯片及位于芯片基座下的封装支架在光敏树脂中预浸；(c)然后将LED芯片、芯片基座及封装支架倒置浸入光敏树脂液体中，芯片基板边缘浸没入光敏树脂内，通入工作电流I1到LED芯片使其发光，触发光敏树脂发生初步聚合，在LED芯片的出光面上形成光敏树脂核；(d)将LED芯片、芯片基座及封装支架缓慢上升至脱离光敏树脂液面，在光敏树脂核和芯片基座上将附着一半球形或近半球形光敏树脂液滴；(e)通入工作电流I2到LED芯片使其发光，激发光敏树脂液滴固化；(f)将光敏树脂液滴固化后的样品通入工作电流I3使LED芯片发光，进一步固化去色，或者将样品用阳光曝晒去色，或者用紫光照射去色；(g)最后将固化去色后的样品进行清洗。

在步骤(c)中，在LED芯片出光面上形成的光敏树脂核的形状由通电电流I 1和通电时间大小控制；上述工作电流I1小于20mA。

在步骤(e)中，工作电流I2大于或等于20mA。

在步骤(f)中，工作电流I3大于100mA。

在步骤(d)中，将装有光敏树脂的容器缓慢下降，使LED芯片、芯片基座及封装支架脱离光敏树脂液面。

该光敏树脂包括紫光或近紫外光敏引发剂，还包括树脂单体、预聚物、助剂及用于树脂改性的纳米颗粒中的任意一种或几种的组合，光敏引发剂含量小于5％。

该光敏树脂为同一种或不同种类的材料组成，从而分别进行单层封装或多层封装。

所述工作电流为直流电。

该LED芯片与芯片基座之间设有一能将LED芯片发出的光线反射的反射杯或反射面。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的封装方法集芯片预老化、塑封和透镜形成于一身，所需时间短，封装效率高，性能优于同类产品，可实现自动化封装。本发明整个生产过程大约15分钟，生产时间较短，工艺重复性极高。

附图说明

图1为本发明的工序流程示意图；

图2为本发明LED半成品的结构示意图；

图3为本发明实验装置示意图；

图4a、4b、4c为LED芯片封胶前的光强分布图；

图5a、5b、5c为LED芯片封胶后的光强分布图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述，其中，实施例中所出现的百分数和份数均基于重量。

如图1所示，一种蓝光LED芯片的封装方法，其包括以下步骤：

(a)配制蓝光敏感的光敏树脂液体；工作环境为常温，无阳光照射，室内照明采用红光；

(b)如图2所示，将芯片基座3、位于芯片基座3上的LED芯片1及位于芯片基座3下的封装支架4安置在实验板6上，两端电极连上电源，保持LED芯片1表面与光敏树脂5液体水平面平行，将LED芯片1、芯片基座3及封装支架4在光敏树脂5中预浸，能有效驱除芯片基座及LED芯片塑封区域表面的气泡，使最终形成的透镜与LED芯片和芯片基座间结合紧密；

(c)然后将LED芯片1、芯片基座3及封装支架4倒置浸入光敏树脂5液体中，芯片基板3边缘浸没入光敏树脂5内，通入低工作电流I1到LED芯片1使其发光，触发光敏树脂5发生初步聚合，在LED芯片1的出光面上形成光敏树脂核，如图3所示；

(d)将LED芯片、芯片基座及封装支架缓慢上升至脱离光敏树脂液面，由于表面张力，在光敏树脂核和芯片基座上将附着一半球形或近半球形光敏树脂液滴；

(e)通入中工作电流I2到LED芯片使其发光，激发光敏树脂液滴固化，形成最终的透镜，透镜形状由光敏树脂表面的张力、重力、光敏树脂核形状控制；

(f)将光敏树脂液滴固化后的样品通入高工作电流I3使LED芯片发光，进一步固化去色，或者将样品用阳光曝晒去色，或者用紫光照射去色；

(g)最后将固化去色后的样品进行清洗，本实施例利用丙酮进行清洗。

其中，LED芯片、芯片基座及封装支架为LED半成品，所谓的半成品是指仅完成固晶和金线键合，而无荧光粉涂敷、无封胶、无透镜。

所用LED半成品的基本性能参数如表1所示：

参数名称	数值	单位
			Power Dissipation功耗	1100	Mw
Peak Forward Current(1/10Duty Cycle 0.1msPulse Width)瞬间脉冲电流	500	mA
			Continuous Forward Current正向电流	350	mA
Reverse Voltage反向电压	5	V

表1

所用LED芯片的详细参数如下表2所示：(25℃)

参数名称

符号

最小

标准

最大

单位

测试条件

发光亮度

Flux

10

25

lm

IF＝350mA

主波长

λd

455

475

nm

IF＝350mA

正向电压

VF

3.0

3.6

V

IF＝350mA

反向漏电流

IR

50

μ A

IF＝350mA

50％ Power Angle

2θ1/2

140

deg

IF＝350mA

表2

在步骤(c)中，在LED芯片出光面上形成的光敏树脂核的形状由通电电流I1和通电时间大小控制；上述工作电流I1小于20mA。本实例选择通入工作电流5mA时间为2s的脉冲矩形波电流，使LED芯片发光，引发光敏树脂聚合，在LED芯片出光面上形成一近半球形的核，LED芯片位于半球形中心。

在步骤(e)中，工作电流I2大于或等于20mA。

在步骤(f)中，工作电流I3大于100mA。本实施例加300mA电流持续通电20min，加散热片进行散热，为提高光线利用效率，该LED芯片与芯片基座之间设有一能将LED芯片发出的光线反射的反射杯或反射面，使光敏树脂充分反应固化形成透镜而使其黄色褪去。

该光敏树脂包括紫光或近紫外光敏引发剂，还包括树脂单体、预聚物、助剂及用于树脂改性的纳米颗粒中的任意一种或几种的组合，光敏引发剂含量小于5％，其中，光敏树脂在蓝光或紫外线照射下借助光敏剂的作用而使树脂发生聚合，并交联固化成膜，配置的光敏树脂能够被高强度的蓝光引发聚合，在室内无阳光照射下，可放置一周以上。表3为光敏树脂各成分的含量。

试剂	含量(％)
		光引发剂	2
助剂	25.5
		树脂单体	72.5

表3

所述工作电流可以是直流、脉冲电流或任意曲线的直流电。

实施例产品测试报告

对比封装前后的光色参数：

光通量从封装前的7.51lm提高到封装后的9.21lm；

光效从封装前的6.99lm/w提高到封装后的8.82lm/w；

光辐射功率从封装前的169.09mW提高到封装后的208.54mW；

显色性指数、主波长、色纯度、峰值波长、平均波长的数据均保持不变。

由此可见，这种封装方法能有效的提高光通量、光效、光辐射功率各指数20％以上。且能保持不改变芯片发出光的显色性、主波长、色纯度、峰值波长、平均波长。这说明这种活性封装方法能有效地提高蓝光LED芯片的性能。

以上测量均是在未加散热片的情况下测得的，由于温度的影响，LED芯片性能有变化。曾有一个芯片的测试结果表明，不加散热片光通量为9.71ml，而加了散热片之后其光通量提升为14.21lm。

光强分布和透镜的形状有关，这种活性封装的形状在一定程度上是可控的，即在不同的电流和形核时间下，其形状可以是多种不同类型的半个椭球形，可以获得良好的透镜形状而使得光强在空间分布更加均匀。因此应根据应用的需要，调节透镜形状，光强分布的改变最好配合光学设计进行。

如图4a、4b、4c及5a、5b、5c所示分别为LED芯片封胶前后的光强分布图(在0.32A的电流下测试)。其中，图4a、5a均为直角坐标系中的光强分布曲线，纵向均代表LED芯片光强相对值，横向代表LED芯片光线角度。图4b、5b为极坐标系中的光强分布曲线，图4c、5c为立体坐标系中的光强分布曲线。

Claims

1.一种蓝光LED芯片的封装方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)配制蓝光敏感的光敏树脂液体；

(b)将芯片基座、位于芯片基座上的LED芯片及位于芯片基座下的封装支架在光敏树脂中预浸；

(c)然后将LED芯片、芯片基座及封装支架倒置浸入光敏树脂液体中，芯片基板边缘浸没入光敏树脂内，通入工作电流I1到LED芯片使其发光，触发光敏树脂发生初步聚合，在LED芯片的出光面上形成光敏树脂核，其中光敏树脂核的形状由通电电流I1和通电时间大小控制，I1小于20mA；

(d)将LED芯片、芯片基座及封装支架缓慢上升至脱离光敏树脂液面，在光敏树脂核和芯片基座上将附着一半球形或近半球形光敏树脂液滴；

(e)通入工作电流I2到LED芯片使其发光，激发光敏树脂液滴固化，其中I2大于或等于20mA；

(f)将光敏树脂液滴固化后的样品通入工作电流I3使LED芯片发光，进一步固化去色，或者将样品用阳光曝晒去色，或者用紫光照射去色，其中I3大于100mA；

(g)最后将固化去色后的样品进行清洗。

2.根据权利要求1所述的蓝光LED芯片的封装方法，其特征在于：在步骤(d)中，将装有光敏树脂的容器缓慢下降，使LED芯片、芯片基座及封装支架脱离光敏树脂液面。

3.根据权利要求1或2所述的蓝光LED芯片的封装方法，其特征在于：该光敏树脂包括紫光或近紫外光敏引发剂，还包括树脂单体、预聚物、助剂及用于树脂改性的纳米颗粒中的任意一种或几种的组合，光敏引发剂含量小于5％。

4.根据权利要求1或2所述的蓝光LED芯片的封装方法，其特征在于：所述工作电流为直流电。

5.根据权利要求1所述的蓝光LED芯片的封装方法，其特征在于：该LED芯片与芯片基座之间设有一能将LED芯片发出的光线反射的反射杯或反射面。