CN101789483A - 一种led荧光粉的涂敷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种LED荧光粉的涂敷方法，LED芯片在支架上固晶、焊线之后，用带有机器臂的精密自动点胶设备在芯片周围画好胶体围坝；通过热固化或紫外固化形成成型的胶体围坝；在围坝中点上适量的荧光粉胶水；再次固化以得到荧光粉在芯片局部涂敷的LED。本发明增加白光LED的光色的均匀性；围坝的方式精确地控制了胶体在芯片周围的厚度，从而控制了各个方向上的白光混光的效果，没有黄圈和蓝圈等不均匀现象。
Description
技术领域
本发明属于LED封装技术领域，涉及一种白光LED的封装方法，尤其涉及一种功率型白光LED荧光粉的涂敷方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。白光LED是指把三基色LED通过一定光强比例混合成白光，或通过荧光粉技术把单色LED转化成白光LED，最近还有通过不同的发光有源层得到直接发白光的LED芯片。目前，市场上常用的白光LED制备方法是由LED发出的蓝光或紫光激发荧光粉混合而得到白光。通常荧光粉是通过混合环氧树脂或硅树脂，然后涂敷在芯片的表面，直至荧光粉达到芯片所在的反光碗杯一定的高度。这种荧光粉涂敷的方法容易导致荧光粉的涂敷量不准，易发生荧光粉的沉淀，杯内荧光粉分布不均。从而容易导致LED发光颜色的差异，出现黄圈，蓝圈等，同时批量化的生产导致分BIN数量的增加。过多或过少的荧光粉都会导致光效的急剧下降。碗杯内的厚度大的荧光粉胶体，增加了光线的散射几率，增加了光能的损失。另外一方面，由于荧光粉和芯片的紧密结合，导致荧光粉受热严重，大大降低了其使用寿命。
解决上述问题的方法之一是在芯片区域局部涂敷薄层荧光粉。最早发明这种白光LED涂敷工艺的是美国的Lumileds公司，目前应用于主要的白光LED产品中。其特点是在倒装焊的LED芯片上电泳镀膜技术，旋涂，喷涂，丝网印刷或荧光粉胶饼模压技术将荧光粉涂敷在芯片周围(CN200680040343.4，20068000817.3)。德国Osram公司则使用光刻的方法，在芯片制作过程中即将荧光粉涂敷在芯片非焊点区域以及芯片四周。而Cree公司利用则利用印刷电路板上制备不同的电极结构，利用胶体与电路板材料和金属的表面亲和能的不同，从而使得胶体固定于金属区域，便于形成“围坝”，进行荧光粉的涂敷(CN200580051748.3)。
Lumileds公司的技术基本上基于倒装焊芯片的技术，鉴于大功率芯片目前主要为正装或垂直结构，其应用范围有限。而Osram的技术主要是芯片技术，在封装环节实现非常困难，而且Osram采用的独有的TAG荧光粉，不同于一般的YAG荧光粉，因此也很难实施。Cree的技术针对垂直结构的芯片的“围坝”技术比较适合目前市场上的大功率LED芯片的封装，但是其非常专一的印刷电路板或管座设计，金属成分及结构的设计，以及围坝胶体的选择等对于普通的LED封装企业比较困难。本发明是采用简单的点胶工艺实现局部涂敷荧光粉的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种LED荧光粉的涂敷方法，实现荧光粉在LED芯片区域的局部涂敷，消除荧光粉引起的功率型白光LED光色不均匀及可靠性低等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种LED荧光粉的涂敷方法，LED芯片在支架上固晶、焊线之后，用带有机器臂的精密自动点胶设备在芯片周围画好胶体围坝；通过热固化或紫外固化形成成型的胶体围坝；在围坝中点上适量的荧光粉胶水；再次固化以得到荧光粉在芯片局部涂敷的LED。
作为本发明的一种优选方案，该方法包括如下步骤：
步骤A、利用自动点胶机画线功能，设计好围坝的形状、线宽、胶量参数；在芯片周围形成Si树脂或环氧树脂围坝；
步骤B、制作混合胶体，混合胶水及填充物得到低流动性、高透明性的围坝，同时与Ag反射层不浸润；
步骤C、用自动点胶机进行围坝画线操作；
步骤D、对所述围坝进行热固化或紫外固化；
步骤E、按照色温要求决定荧光粉和混合胶体的比例，同时确认点胶的胶量，在自动点胶机软件中进行编程操作；
步骤F、用自动点胶机在围坝内对芯片进行荧光粉胶体的涂敷；
步骤G、进行荧光粉胶体的热固化，点荧光粉工序完成。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤A中，在芯片周围形成150-300微米宽、30-200微米高的Si树脂或环氧树脂围坝；围坝的宽度为高度的1-5倍；围坝与芯片的间距根据荧光粉胶体的厚度确定。优选地，所述步骤A中，围坝的宽度为高度的2倍。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤B中，胶水为环氧树脂或Si树脂，填充物为SiO2纳米材料。
作为本发明的一种优选方案，所述胶体围坝用到的胶水为可见光透明胶水，所述胶体围坝与反射碗杯的Ag反射层不浸润；用纳米SiO2材料降低其流动性。
作为本发明的一种优选方案，在功率型LED支架的热沉上镀有Ag反射镜，功率型LED芯片通过Ag胶或金属共晶焊接固定在热沉的Ag表面；胶体围坝是一个矩形环状的胶体，其内边距芯片外边为30-100微米，确保芯片四周的胶量与顶部的胶量相等。
作为本发明的一种优选方案，该方法包括如下步骤：
步骤A’、利用自动点胶机画线功能，设计好围坝的形状、线宽、胶量参数；在芯片周围形成Si树脂或环氧树脂围坝；
步骤B’、制作混合胶体，混合胶水及填充物得到低流动性、高透明性的围坝，同时与Ag反射层不浸润；
步骤C’、用自动点胶机进行围坝画线操作；
步骤D’、对所述围坝进行热固化或紫外固化；
步骤E’、在内层围坝内进行保护层的点胶；
步骤F’、对保护层胶水进行热固化；
步骤G’、按照色温要求决定荧光粉和混合胶体的比例，同时确认点胶的胶量，在自动点胶机软件中进行编程操作；
步骤H’、用自动点胶机在围坝内对芯片进行荧光粉胶体的涂敷；
步骤I’、进行荧光粉胶体的热固化，点荧光粉工序完成。
作为本发明的一种优选方案，步骤E’中，点胶用的胶水为Si树脂，胶厚度在10-50微米的范围内。
作为本发明的一种优选方案，对多芯片同时进行围坝封装，相邻芯片的围坝共用。
本发明的有益效果在于：
(1)利用自动点胶机的“画线”功能，可以对各种尺寸的芯片进行“围坝”，只要通过设备厂家的软件进行简单的编程即可。不需要制作点胶的遮蔽模板，也不需要复杂的支架的设计。
(2)利用胶水与金属层的不浸润特点以及在胶体内加入阻滞流动的纳米材料来限制胶体的流动，保证“围坝”的一定的高度/宽度比及规则的形状。
(3)“围坝”胶体及填充物透明性高，降低了光的损失，同时“围坝”与芯片的距离与顶部胶体厚度匹配，保证了光色的均匀性。
(4)本涂敷方法适用性广，可以适合于几乎所有的类型芯片，正装，倒装，垂直结构等，也适合于不同尺寸的芯片的荧光粉涂敷，同时围坝的材料可以是多种透明胶体材料，最重要的是不需要新的设备，与现有封装工艺匹配。
(5)增加白光LED的光色的均匀性。“围坝”的方式精确地控制了胶体在芯片周围的厚度，从而控制了各个方向上的白光混光的效果，没有黄圈和篮圈等不均匀现象。
(6)围坝的效果自动点胶机的精确的点胶能力，保证了每一批次的LED光色能够集中在少数的分类区间中，从而白光LED降低封装的成本。
(7)发光效率的增加。因为荧光粉胶层很薄，降低了其在胶体中的散射，因此也就减少了光的损失。由于使用了高透光性的围坝胶体和填充物，其光强不会衰减。
附图说明
图1a为LED芯片局部涂敷荧光粉的截面图。
图1b为LED芯片局部涂敷荧光粉的平面图。
图2为LED荧光粉的局部涂敷方法流程图。
图3a为加荧光粉保护层的LED芯片局部涂敷的截面图。
图3b为加荧光粉保护层的LED芯片局部涂敷平面图。
图4a为多芯片LED局部涂敷荧光粉的截面图。
图4b为多芯片LED局部涂敷荧光粉的平面图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
本发明提供一种在LED芯片局部涂敷荧光粉的技术。LED芯片在功率型支架上固晶、焊线之后，用带有机器臂的精密自动点胶设备在芯片周围画好胶体“围坝”，所用胶水为可见光透明胶水，与反射碗杯的Ag反射层不浸润，同时用纳米SiO2材料降低其流动性。通过热固化或紫外固化形成成型的胶体“围坝”。然后在围坝中点上适量的荧光粉胶水。再次固化以得到荧光粉在芯片局部涂敷的LED。
图1a为LED芯片局部涂敷荧光粉截面结构图，在功率型LED支架的热沉1上镀有Ag反射镜2，热沉的基材一般为Cu。功率型LED芯片3通过Ag胶或金属共晶焊接固定在热沉的Ag表面。在芯片的周围胶体“围坝”4是由加进阻滞流动的填充物，如纳米SiO2等，并与金属Ag不浸润的胶体通过自动点胶机的“划线”功能得到。“围坝”的高度在50-200微米之间，宽度在150-300微米之间。
“围坝”4的胶体为环氧树脂或Si树脂。在“围坝”内是混有荧光粉5的胶体6，荧光粉为市售的YAG荧光粉或其他材料的白光LED用荧光粉。胶体为Si树脂。芯片3上荧光粉胶水6的厚度为30微米到200微米，主要根据荧光粉与胶水的比例确定，同时荧光粉5的最大颗粒尺寸小于10微米，以便于自动点胶机对较量的控制。
图1b为芯片局部涂敷荧光粉的平面结构，一般的热沉1的直径在2.5-3.5mm之间，芯片3的边长尺寸在1mm左右(对角线1.4mm)，若芯片尺寸或功率有所变化，热沉的尺寸须做相应的变化。本实施例中，“围坝”4是一个矩形环状的胶体，其内边距芯片3外边为30-100微米，以确保芯片四周的胶量6与顶部的胶量相等。
以上结构是针对1mm LED芯片的典型值，对任意尺寸的芯片，其围坝尺寸和荧光粉胶量可以做相应的变动。
请参阅图2，本发明方法的具体步骤如下：
步骤一、利用自动点胶机“画线”功能，设计好图1所示的围坝的形状，线宽，胶量等参数。在芯片周围形成150-300微米宽、30-200微米高的Si树脂或环氧树脂“围坝”。“围坝”的宽度为高度的1-5倍，优选地，围坝的宽度为高度的2倍。“围坝”与芯片的间距由荧光粉胶体的厚度决定。
步骤二、准备好“围坝”的胶水(如环氧树脂或Si树脂)和填充物(如SiO2纳米材料)，混合得到所要求的“围坝”低流动性，高透明性，同时与Ag层不浸润。
步骤三、用自动点胶机进行“围坝”“画线”操作。
步骤四、对所述围坝进行热固化或紫外固化；
步骤五、按照不同的色温要求决定荧光粉和混合胶体的比例，同时确认点胶的胶量，在自动点胶机软件中进行编程操作。
步骤六、用自动点胶机在围坝内对芯片进行荧光粉胶体的涂敷。
步骤七、进行荧光粉胶体的热固化，点荧光粉工序完成。
本实施例中，LED荧光粉的涂敷方法的主要优点如下：
(1)利用自动点胶机的“画线”功能，可以对各种尺寸的芯片进行“围坝”，只要通过设备厂家的软件进行简单的编程即可。不需要制作点胶的遮蔽模板，也不需要复杂的支架的设计。
(2)利用胶水与金属层的不浸润特点以及在胶体内加入阻滞流动的纳米材料来限制胶体的流动，保证“围坝”的一定的高度/宽度比及规则的形状。
(3)“围坝”胶体及填充物透明性高，降低了光的损失，同时“围坝”与芯片的距离与顶部胶体厚度匹配，保证了光色的均匀性。
(4)本涂敷方法适用性广，可以适合于几乎所有的类型芯片，正装，倒装，垂直结构等，也适合于不同尺寸的芯片的荧光粉涂敷，同时围坝的材料可以是多种透明胶体材料，最重要的是不需要新的设备，与现有封装工艺匹配。
(5)增加白光LED的光色的均匀性。“围坝”的方式精确地控制了胶体在芯片周围的厚度，从而控制了各个方向上的白光混光的效果，没有黄圈和篮圈等不均匀现象。
(6)围坝的效果自动点胶机的精确的点胶能力，保证了每一批次的LED光色能够集中在少数的分类区间中，从而白光LED降低封装的成本。
(7)发光效率的增加。因为荧光粉胶层很薄，降低了其在胶体中的散射，因此也就减少了光的损失。由于使用了高透光性的围坝胶体和填充物，其光强不会衰减。
实施例二
实施例一说明了本发明典型的实现方法。但是在某些特殊情况下，对涂敷的荧光粉的可靠性提出较高的要求。因此给出第二实施例。如图3a，3b所示，其区别于实施例一之处即在芯片3和荧光粉胶层5，6之间增加了一层Si树脂6’，为了保证保护层Si树脂6’的厚度的均匀性，我们另外加了一道围坝4’。
本实施例中，LED荧光粉的涂敷方法的具体制备步骤如下：
(1)利用自动点胶机“画线”功能，设计好图3所示的围坝的形状，线宽，胶量等参数。在芯片周围形成2道围坝，靠近芯片的围坝高度和宽度小于外层的“围坝”。内层“围坝”的高度在30-50微米为宜，外层围坝的高度和宽度高于内层围坝，上限同实施例一。
(2)准备好“围坝”的胶水(如环氧树脂或Si树脂)和填充物(如SiO2纳米材料)，混合得到所要求的“围坝”低流动性，高透明性，同时与Ag层不浸润。
(3)用自动点胶机进行“围坝”“画线”操作。
(4)对所述围坝进行热固化或紫外固化；
(5)在内层围坝内进行保护层6’的点胶，其胶水为Si树脂。胶厚度在10-50微米范围内。
(6)对保护层胶水进行热固化。
(7)按照不同的色温要求决定荧光粉和混合胶体的比例，同时确认点胶的胶量，在自动点胶机软件中进行编程操作。
(8)用自动点胶机在围坝内对芯片进行荧光粉胶体的涂敷。
(9)进行荧光粉胶体的热固化，点荧光粉工序完成。
本实施例特点是实现了双层“围坝”技术，其不仅具备实施例1的所有优点外，因为隔离了荧光粉层和芯片的接触，大大地降低了荧光粉受热而引起的老化。从而大大地改善了LED可靠性。
实施例三
随着LED芯片制造和封装水平的提高，多芯片集成成了封装应用的一个重要方向。因此我们给出基于多芯片局部点荧光粉胶的第三实施例。如图4a、4b所示，其区别于实施例一之处即实现了多芯片的“围坝”。具体制备步骤可参考实施例一。
对于多芯片的封装，由于芯片之间激发光和荧光的相互的混合，普通的点胶方式所测量到的黄圈并不明显，这对普通的照明是符合要求的。但是对液晶显示对背光源厚度要求比较苛刻时，其局部的颜色差异还是会影响显示的质量。因此可以通过多芯片围坝封装的形式解决这个问题，对于多芯片的围坝，由于相邻的芯片围坝可以共用，所以其“画线”的数量还是经济的，对成本的压力并不大。因此本实施例的优点是：
可以改进多芯片封装的光色的均匀性，以适宜特殊的应用。
相比于单芯片的围坝，其工作效率更高，材料也更节省。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (10)
1.一种LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：
LED芯片在支架上固晶、焊线之后，用带有机器臂的精密自动点胶设备在芯片周围画好胶体围坝；
通过热固化或紫外固化形成成型的胶体围坝；
在围坝中点上适量的荧光粉胶水；
再次固化以得到荧光粉在芯片局部涂敷的LED。
2.根据权利要求1所述的LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤A、利用自动点胶机画线功能，设计好围坝的形状、线宽、胶量参数；在芯片周围形成Si树脂或环氧树脂围坝；
步骤B、制作混合胶体，混合胶水及填充物得到低流动性、高透明性的围坝，同时与Ag反射层不浸润；
步骤C、用自动点胶机进行围坝画线操作；
步骤D、对所述围坝进行热固化或紫外固化；
步骤E、按照色温要求决定荧光粉和混合胶体的比例，同时确认点胶的胶量，在自动点胶机软件中进行编程操作；
步骤F、用自动点胶机在围坝内对芯片进行荧光粉胶体的涂敷；
步骤G、进行荧光粉胶体的热固化，点荧光粉工序完成。
3.根据权利要求2所述的LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：
所述步骤A中，在芯片周围形成150-300微米宽、30-200微米高的Si树脂或环氧树脂围坝；围坝的宽度为高度的1-5倍；围坝与芯片的间距根据荧光粉胶体的厚度确定。
4.根据权利要求3所述的LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：
所述步骤A中，围坝的宽度为高度的2倍。
5.根据权利要求2所述的LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：
所述步骤B中，胶水为环氧树脂或Si树脂，填充物为SiO2纳米材料。
6.根据权利要求1所述的LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：
所述胶体围坝用到的胶水为可见光透明胶水，所述胶体围坝与反射碗杯的Ag反射层不浸润；用纳米SiO2材料降低其流动性。
7.根据权利要求1所述的LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：
在功率型LED支架的热沉上镀有Ag反射镜，功率型LED芯片通过Ag胶或金属共晶焊接固定在热沉的Ag表面；
胶体围坝是一个矩形环状的胶体，其内边距芯片外边为30-100微米，确保芯片四周的胶量与顶部的胶量相等。
8.根据权利要求1所述的LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：
该方法包括如下步骤：
步骤A’、利用自动点胶机画线功能，设计好围坝的形状、线宽、胶量参数；在芯片周围形成Si树脂或环氧树脂围坝；
步骤B’、制作混合胶体，混合胶水及填充物得到低流动性、高透明性的围坝，同时与Ag反射层不浸润；
步骤C’、用自动点胶机进行围坝画线操作；
步骤D’、对所述围坝进行热固化或紫外固化；
步骤E’、在内层围坝内进行保护层的点胶；
步骤F’、对保护层胶水进行热固化；
步骤G’、按照色温要求决定荧光粉和混合胶体的比例，同时确认点胶的胶量，在自动点胶机软件中进行编程操作；
步骤H’、用自动点胶机在围坝内对芯片进行荧光粉胶体的涂敷；
步骤I’、进行荧光粉胶体的热固化，点荧光粉工序完成。
9.根据权利要求8所述的LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：
步骤E’中，点胶用的胶水为Si树脂，胶厚度在10-50微米的范围内。
10.根据权利要求1所述的LED荧光粉的涂敷方法，其特征在于：
对多芯片同时进行围坝封装，相邻芯片的围坝共用。
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