[發明專利]采用CSP芯片和倒裝藍光LED芯片封裝的白光LEDCOB的結構及制備方法

在審

• 申請號: 201710322332.5
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107039411A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 孫國喜;申崇渝;石建青;劉國旭
• 申請（專利權）人: 易美芯光（北京）科技有限公司
• 主分類號: H01L25/075
• 分類號: H01L25/075;H01L33/48;H01L33/62
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明屬于照明領域，具體涉及一種采用CSP芯片和倒裝藍光LED 芯片封裝的白光LED COB的結構及制備方法。

背景技術

在LED應用中，所謂CSP光源是指一類LED器件，其核心部分為藍寶石襯底的倒裝藍光芯片，除帶有正負電極的焊腳一面外，其部分表面被熒光粉膠膜覆蓋。其中，正負焊腳通過焊錫連接到應用的線路基板上。由于CSP光源只是采用熒光粉硅膠膜包覆住倒裝芯片的結構，因此免除了傳統LED光源的大部分封裝步驟和結構，使得封裝體尺寸小，達到封裝體體積不大于倒裝芯片體積的20％。當CSP光源被通電后，藍光和硅膠中熒光粉被藍光激發所發出的其他顏色的光組合作用，形成不同色溫和顯指的白光。

目前CSP光源主要有三種結構類型:如圖1a-圖1c所示，圖1a，倒裝芯片1-2四周及上表面完全被混有熒光粉的硅膠1-1所包覆，僅有倒裝芯片1-2底部電極露出，貼片時直接通過焊錫貼裝于PCB板上。圖1b，倒裝芯片1-2四周圍白墻1-3，白墻1-3高度與倒裝芯片1-1高度一致，在倒裝芯片1-2及白墻1-3上表面覆蓋一層混有熒光粉的硅膠1-1，僅有倒裝芯片1-2底部電極露出。貼裝時直接通過焊錫貼裝于PCB板上。圖1c，一層薄薄的混有熒光粉的硅膠1-1膜包裹住整個倒裝芯片1-2，在整個混有熒光粉的硅膠1-1膜表面再覆蓋一層厚的透明硅膠1-4，整個倒裝芯片 1-2僅底部電極漏出，貼片時直接通過焊錫貼裝于PCB板上。

目前常用的倒裝藍寶石襯底的GaN藍光LED如圖3所示，采用的技術是將其芯片進行倒置，P電極2-4采用覆蓋整個Mesa的高反射膜或金屬反射層2-2，從而光從藍寶石襯底2-1出射。具體包括藍寶石襯底2-1 設在PN結2-3的頂部，金屬反射層2-2設在PN結2-3的底部，在金屬反射層2-2的外表面設有P電極2-4以及n電極2-5，通過焊接材料2-6直接焊接在COB基板2-5上。

圖4所示的傳統結構為，PN結2-3頂部設有透明電極層2-9，在透明電極層2-9頂部設有P電極2-4以及n電極2-5，藍寶石襯底2-1設在 PN結2-3底部，金屬反射層2-2設在藍寶石襯底2-1的底部，最底部是 MCPCB基材2-10。

相比于如圖4所示的傳統的采用水平結構藍寶石襯底2-1的GaN藍光LED芯片，其上表面無P電極2-4金屬遮擋，出光效率提高；電流分布均勻導致電壓降低，光效提高；L-I有更好的線性關系，對比同等水平結構芯片，當應用功率增加時，光效下降速度緩慢，從而使得高功率應用中芯片的性價比高；抗靜電能力高，可靠性增加；藍寶石襯底2-1的折射率 1.7比GaN的2.4小，藍寶石和硅膠及熒光粉的組合，以及GaN和硅膠及熒光粉的組合的全反射臨界角分別為51.1-70.8度和6.7-45.1度，在封裝結構中由藍寶石表面射出的光經由硅膠和熒光粉界面層的全反射臨界角更大，光線全反射損失大大降低。從而出光效率提高；熒光粉直接接觸的藍寶石上表面溫度低，熒光粉效率提高，出光效率高，可靠性增加；芯片結點靠近封裝基板，結溫低，熱阻下降，出光效率提高，芯片可靠性增加。

LED COB是指將陣列LED芯片裝配在PCB或者陶瓷等基板上，用圍壩膠圍成一個圓形和其他形狀的發光面或稱LES，并在芯片上方覆蓋混有熒光粉的硅膠。點亮陣列LED芯片使整個LES發出白光的面光源。

已有可調色LED集成封裝形式，包括COB在內的技術特點如下：

方式一：如圖5a所示，GaN LED藍光芯片3-1陣列直接封裝在COB 基板3-5上，GaN LED藍光芯片3-1陣列外圍有圓形或者其它形狀的由圍壩膠3-4構成的圍壩，圍壩內GaN LED藍光芯片3-1陣列表面覆蓋混有熒光粉硅膠層3-2。圍壩外還設有電路層3-3和阻焊層3-6，電路層3-3包括正極和負極。

缺點：無法實現色溫可調節

方式二：如圖5b所示，采用同種GaN LED藍光芯片3-1陣列，不同色溫熒光粉硅膠層3-2，用圍壩膠3-4或者反射碗杯3-7等方式，區域分布不同色溫熒光粉硅膠層3-2，實現色溫的可調。圍壩外還設有電路層3-3 和阻焊層3-6，電路層3-3包括正極和負極。

缺點：1)混色效果不佳，特別是距離靠近LED的近場CCT分布不均勻。2)光的明暗分布不均勻，特別是在近場明顯。3)由于隔離圍壩占據面積，芯片密度無法提高，小尺寸發光面的可調色溫。