[發明專利]一種用于板上芯片LED封裝結構及其熒光粉涂覆方法

有效

• 申請號: 201310244275.5
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103325926A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 羅小兵;鄭懷;李嵐;王依蔓
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L33/48
• 分類號: H01L33/48;H01L33/50;H01L33/54;H01L21/50;H01L27/102
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于LED封裝技術，涉及一種新型的板上芯片LED封裝結構及其熒光粉涂覆方法，本發明可以用于提高板上芯片結構的LED照明產品空間光色空間顏色均勻性，節省封裝材料成本和提高可靠性，將特別應用于大規模LED封裝生產中。

背景技術

LEDs(Light?Emitting?Diodes)是一種基于P-N結電致發光原理制成的半導體發光器件，具有電光轉換效率高、使用壽命長、環保節能和體積小等優點，被譽為21世紀綠色照明光源，如能應用于傳統照明領域將得到十分顯著的節能效果，這在全球能源日趨緊張的當今意義重大。隨著以氮化物為代表的第三代半導體材料技術的突破，基于大功率高亮度發光二極管(LED)的半導體照明產業在全球迅速興起，正成為半導體光電子產業新的經濟增長點，并在傳統照明領域引發了一場革命。LED由于其獨特的優越性，已經開始在許多領域得到廣泛應用，如景觀照明、汽車大燈、路燈和背光等，被業界認為是未來照明技術的主要發展方向，具有巨大的市場潛力。

LED取代傳統照明方式的首要任務是提高其出光效率和可靠性，通過多年的研究和技術發展，目前商用LED產品的出光效率已經達到100-150lm/W，而實驗室水平更是達到了280lm/W，遠高于傳統光源的光效；同時，隨著封裝工藝的改進、散熱結構的優化以及驅動可靠性的提高，LED的可靠性也得到了大幅的提高。為了進一步提高LED產品的照明質量，LED光色品質越來越受到大家的重視，具體可以包括LED空間顏色均勻性兩方面，例如美國能源部將提高LED光色一致性、減少分Bin數量作為LED照明發展的主要五大挑戰之一，同時美國能源之星(Energy?Star)于2008年已經將LED封裝及燈具的空間顏色均勻性列為LED照明質量評估指標之一。隨著LED在室內照明領域的迅速推廣(如商業照明、家居照明、辦公室照明等)，人們對LED照明的要求已經從“照亮”逐步轉變為“照舒服”，因此LED封裝時通過準確控制的封裝工藝，提高LED光色一致性和空間顏色均勻性，已成為拓寬LED照明領域，加速LED取代傳統照明的一個重要的技術目標。

大功率白光LED通常是由兩波長光(藍色光+黃色光)或者三波長光(藍色光+綠色光+紅色光)混合而成。目前廣泛采用的白光LED是通過藍色LED芯片(GaN)和黃色熒光粉(YAG或TAG)組成。在LED封裝中熒光粉層參數，特別是熒光粉層的幾何形貌嚴重影響LED的出光效率、色溫、空間顏色均勻性等重要光學性能；因此實現LED產品照明的高空間顏色均勻性的關鍵在于實現理想的熒光粉涂覆(Zheng?et?al.OPTICS?EXPRESS，vol.20，pp.5092-5098，2012)。

當前一種集成多顆LED芯片封裝的結構，板上芯片(chip?on?board)封裝結構廣泛用于各類的LED照明領域中。板上芯片的LED封裝主要優點在于芯片基板上的封裝層非常少，從而很大程度上降低了LED封裝結構的熱阻；然而由于多顆LED芯片集成在一塊基板上，相對于單顆LED而言，理想光學性能實現對熒光粉涂覆提出了很高的要求。如圖1-3所示，當前在板上芯片結構的LED封裝中通常使用圍膠圈包圍所有LED芯片，同時在圍膠圈中心填滿熒光粉膠(中國專利CN?102361058A)，這種熒光粉涂覆方法將嚴重影響LED封裝的光色空間均勻性；此外芯片之間的大部分熒光粉沒有參與藍光到黃光的轉化，因此造成熒光粉材料的大幅浪費，增加LED封裝制造成本。同時，由于熒光粉在實現藍光到黃光的轉化的過程中將會產生熱量，板上芯片封裝結構中集成多顆LED芯片，因此單位體積內熒光粉吸收的藍光增加，進而產生更多的熱量；當前采用的這種熒光粉涂覆方法還將導致熒光粉層的傳熱能力有限，使得熒光粉的溫度升高，最終導致熒光粉層的可靠性降低，甚至引起熒光粉層燒毀(Luo?et?al.International?Journal?of?Heat?and?Mass?Transfer，Vol.58，pp：276-281，2013)。綜合上述分析，板上芯片結構LED封裝迫切需要尋找到一種新的熒光粉涂覆方法，從而實現低成本、高光品質和高可靠性。

發明內容

本發明針對板上芯片結構的LED封裝提出一種用于板上芯片結構LED熒光粉涂覆結構及其熒光粉涂覆方法，其目的在于提升板上芯片LED封裝的空間顏色均勻性，節省封裝用熒光粉材料，同時有效降低熒光粉層溫度，提高熒光粉層的可靠性。