一种LED封装器件的制造方法及LED封装器件与流程

本发明涉及一种发光器件的制造方法，尤其涉及一种LED封装器件的制造方法及LED封装器件。

背景技术：

LED封装是指将LED发光芯片封装在一定的结构里，达到保护灯芯的效果，同时该封装结构能够透光。目前GaN基LED(GaN基LED指该发光芯片是GaN或主相是GaN晶体所做的)封装主要有正装结构、倒装结构和垂直结构三种。

正装结构LED，一般通过MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长GaN基LED结构层，P电极在上，N电极在下，光透过上面的P型区射出。由于P型GaN传导性能不佳，为获得良好的电流扩展，需要通过蒸镀技术在P型区表面形成一层Ni-Au组成的金属电极层。P型区引线通过该层金属薄膜引出。为获得好的电流扩展，Ni-Au金属电极层就不能太薄，但金属薄膜的存在，总会使透光性能变差。为此，器件的发光效率就会受到很大影响，通常要同时兼顾电流扩展与出光效率二个因素。

倒装结构LED将蓝宝石下方的P电极和N电极同时朝下与基板顶面贴合，通过基板顶面上的线路键合，光通过上方的蓝宝石射出，无需设置金属薄膜，因此发光效率提升，也可以省去焊线工序，但对固晶工艺要求较高。倒装结构LED通过倒装共晶焊接工艺可以实现无金线的LED封装，因此其器件结构能够达到CSP封装(芯片尺寸封装，即芯片面积与封装面积之比接近1:1)的要求，使LED器件实现微型化封装。

垂直结构LED采用高热导率的衬底(Si、Ge以及Cu等衬底)取代蓝宝石衬底，在很大程度上提高了散热效率。两个电极分别在LED外延层的两侧，通过电极，使得电流几乎全部垂直流过LED外延层，横向流动的电流极少，可以避免正装结构的电流拥挤问题，提高发光效率，同时也解决了P极的遮光问题，提升LED的发光面积。

在生产上经常需要只有顶面出光的LED，现有的LED封装技术具有以下缺陷：1.光线从LED发光芯片的顶面和侧面射出，而侧面出光不利于二次透镜的配光设计，特别地，对于白光LED器件，其容易产生黄圈、篮圈等不良的配光现象，影响照明及显示质量；2.侧面的荧光粉封装胶体包覆实施工艺相对困难，难以控制荧光粉涂层均匀、一致地包覆侧面。

在申请号为CN201410346105.2的中国专利文件中，公开了一种芯片级封装LED的封装结构，该技术方案是在封装胶体的底部和侧面通过电镀或者喷涂有反射面，或具有弧度的反射杯。其具有以下缺陷：一是该反射面或反射杯与LED芯片间存在一定距离，反射效果一般； 二是侧面的封装胶体实施工艺相对困难，难以控制其涂层均匀；三是通过电镀或者喷涂反射涂层，不仅工艺复杂，而且容易对芯片造成影响。

在申请号为CN201410478585.8的中国专利文件中，公开了一种芯片尺寸白光LED的封装结构及方法，其步骤3是反射胶填充：在芯片四周采用点胶方式填充上高反射硅胶，使硅胶与芯片表面水平，然后烘烤固化，最终形成一面发光型芯片尺寸封装结构。该技术方案虽然公开了在LED芯片四周覆盖反射硅胶，但其采用点胶的方式覆盖反射硅胶，有三个重大缺陷：一是其生产效率较低，二是由于硅胶胶体覆盖在LED芯片的四周上时，会产生表面张力，胶体难以形成一个平整的平面，还会有溢出到LED芯片顶面的可能，阻碍顶面的出光，也导致覆盖在LED芯片和反射硅胶上的封装胶体难以均匀平整地包覆；三是点胶方式容易在LED芯片和胶体间产生微小的气泡，影响出光质量。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种只有顶面发光、出光质量好的LED封装器件的制造方法。

本发明所采用的技术方案是：

包括以下步骤：

S01：制作基板；

S02：将倒装的LED芯片设置在基板上表面；

S03：在LED芯片的侧面上和顶面上覆盖一反射层；

S04：对位于LED芯片顶面上的反射层进行研磨，使LED芯片露出，且反射层的顶面形成粗糙面；

S05：在LED芯片及其周围的反射层的顶面上覆盖一层封装胶体后进行固化。

本发明的LED封装器件的制造方法，比起现有技术中直接在LED芯片四周用点胶的方法包覆反射硅胶的做法，具有以下优点：一是能够确保LED芯片的顶面上没有溢出或残余的反射层，不会影响顶面出光；二是通过研磨，使反射层的顶面具有粗糙结构，该粗糙结构有利于反射层与封装胶体的紧密结合，避免产生气泡，使结构更紧凑，出光质量更高。

进一步地，步骤S04中，对位于LED芯片顶面上的反射层进行研磨，使LED芯片露出后，再对LED芯片的顶面进行研磨，使LED芯片的顶面也形成粗糙面。

上述进一步的方案，使LED芯片的顶面也具有粗糙结构，该粗糙结构有利于减少LED芯片内部的光线全反射，提高出光效率，也有利于LED芯片与封装胶体的紧密结合，避免产生气泡，使结构更紧凑，出光质量更高。

进一步地，步骤S04中，研磨使反射层的顶面和/或LED芯片的顶面的表面粗糙度大于或等于Ra1.2。

进一步地，步骤S04中，研磨使反射层的顶面和/或LED芯片的顶面的表面粗糙度为Ra1.2至Ra32。

进一步地，步骤S03中，用注塑方法在LED芯片的侧面上和顶面上覆盖一反射层。

注塑方法比起现有技术中直接在LED芯片四周用点胶的方法包覆反射硅胶的做法，生产效率高，且不会产生气泡，提高出光质量。

进一步地，步骤S03中，所述反射层由高反射材料PPA、EMC、LCP或SMC制成。

进一步地，步骤S04中，用砂轮对所述反射层进行研磨，完成后进行超声波清洗处理。

进一步地，步骤S05中，利用旋涂法或刮涂法将封装胶体覆盖在LED芯片的顶面。

进一步地，步骤S02中，将两片或以上LED芯片固定在基板上表面；还包括步骤S06：对基板进行切割，分离成单个的LED封装器件。

本发明还提供一种LED封装器件：

包括LED芯片、基板、反射层和封装胶体，所述LED芯片为倒装芯片，其固定设置在所述基板的顶面上；所述反射层覆盖在所述LED芯片的侧面上；所述反射层的顶面是经研磨后的粗糙面；所述封装胶体覆盖在所述反射层与所述LED芯片的顶面上。

本发明的LED封装器件只有顶面出光，避免了现有技术中侧面出光的不良影响；其次，无需在LED芯片的侧面涂覆封装胶体，避免涂覆不均的缺陷，出光质量高；第三，反射层顶面是经研磨后的粗糙面，增强与封装胶体的结合强度。

进一步地，所述LED芯片的顶面是经研磨后的粗糙面。

上述进一步的方案，使LED芯片的顶面也具有粗糙结构，该粗糙结构有利于减少LED芯片内部的光线全反射，提高出光效率，也有利于LED芯片与封装胶体的紧密结合，避免产生气泡，使结构更紧凑，出光质量更高。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的LED封装器件的制造方法的流程图；

图2是本发明的LED封装器件的制造方法的流程示意图；

图3是本发明的LED封装器件的结构示意图。

具体实施方式

请同时参阅图1和2，其分别为本发明的LED封装器件的制造方法的流程图和流程示意 图。本发明的LED封装器件的制造方法，包括以下步骤：

S01：制作基板1。具体地，该基板1采用热膨胀系数小的材料制成，如陶瓷或硅，本实施例优选陶瓷。该基板1的双面覆盖铜薄层，形成双面覆铜板。基板1的顶面上的铜薄层上设有用于LED芯片的P电极和N电极键合的线路，基板1的底面上的铜薄层上设有用于LED封装器件的SMT焊接的线路。另外，该基板1也可以用本领域公知的其他方法制成。

S02：将倒装的LED芯片2设置在基板上表面。优选同时在一基板上固定两片或以上LED芯片2，以批量生产。由于倒装LED芯片可以实现无金线的LED封装，达到CSP封装的要求，使LED封装器件微型化，因此本实施例中优选倒装LED芯片。具体地，利用共晶固晶或锡膏固晶的方法将至少一片LED芯片2固定在基板1上。LED芯片2可选用紫外光芯片、蓝光芯片、绿光芯片或红光芯片中的一种，优选为氮化镓基蓝光芯片。

S03：在LED芯片2的侧面上和顶面上覆盖一反射层3。具体地，通过注塑方法将反射层3注塑在LED芯片2的侧面和顶面上，形成一个包覆层。为了令LED芯片发出的光全部从顶部射出，反射层3的顶面的高度需高于或等于LED芯片2的顶面的高度。本实施例中，注塑后所得的反射层顶面与LED芯片的顶面在同一水平面上。该反射层3采用不透光的高反射材料制成，如PPA(聚邻苯二酰胺树脂)、EMC(环氧树脂模塑料)、LCP(液晶聚合物)、SMC(SMC复合材料，即Sheet molding compound)，上述材料同时具有热固性的特性，可以利用注塑方式制备。

S04：对位于LED芯片顶面上的反射层进行研磨，使LED芯片露出，使反射层的顶面与LED芯片的顶面位于同一平面上。具体地，对反射层3的顶面进行研磨减薄，磨去LED芯片2顶面上的反射层，直到LED芯片露出即停止研磨。研磨后，反射层3的顶面具有粗糙的结构。

由于倒装LED芯片的顶面为蓝宝石，而蓝宝石可以被研磨。因此，作为进一步的方案，当把LED芯片顶面上的反射层磨去，LED芯片的顶面露出后，此时再继续进行微量的研磨，使LED芯片顶面处的蓝宝石也被研磨。研磨后，反射层3的顶面和LED芯片2的顶面均具有粗糙的结构。具体地，反射层3的顶面和/或LED芯片2的顶面的表面粗糙度大于或等于Ra1.2，优选为Ra1.2至Ra32。进一步地，该研磨工序是利用砂轮进行，优选金刚石砂轮，金刚石砂轮的颗粒度200目-300目之间，砂轮转速范围为1000rpm-5000rpm，进给速度范围0.1mm/min-0.5mm/min，研磨减薄完成后利用清水进行超声波清洗处理，并在70℃-90℃的烘箱中烘干水平，优选温度为80℃。

本发明的步骤S03和S04，首先在LED芯片2的侧面和顶面上都注塑有反射层3，然后用研磨的方法将LED芯片2顶面上的反射层3磨去，比起现有技术中直接在LED芯片四周用点胶的方法包覆反射硅胶的做法，具有以下优点：一是注塑的生产效率高；二是能够确保LED 芯片2的顶面上没有溢出或残余的反射层3，不会影响顶面出光；三是保证LED芯片2和反射层3的顶面形成一个平整的平面，有利于后续步骤中在顶面上均匀地涂覆封装胶体4；四是通过选择砂轮的颗粒度，可以控制反射层3的顶面和LED芯片顶面的粗糙度，其中，LED芯片顶面的粗糙结构有利于减少光线在LED芯片内部的全反射，提高出光效率；反射层3的顶面和LED芯片顶面的粗糙度则均有利于反射层3和LED芯片2与封装胶体4的紧密结合，避免产生气泡，使结构更紧凑，出光质量更高。

S05：在LED芯片2的顶面覆盖一层封装胶体4后进行固化。具体地，利用旋涂法或刮涂法在LED芯片2和反射层3的顶面均匀覆盖一层封装胶体4，再将完成交替封装的基板1放入100℃的烘箱中进行固化1小时，150℃的烘箱中固化2-3小时。封装胶体4的制作材料为环氧树脂或硅胶，其中混有散射颗粒、红色荧光粉、黄色荧光粉、绿色荧光粉中的一种或几种，本实施例中，优选为混有黄色荧光粉和散射颗粒的有机硅胶，以配合氮化镓基蓝光芯片形成白光出光。

S06：对基板1进行划片切割，分离成单个的LED封装器件。

通过上述LED封装器件的制造方法，可得到下述的LED封装器件。

请参阅图3，其为本发明的LED封装器件的结构示意图。本发明的LED封装器件包括基板1、LED芯片2、反射层3和封装胶体4。其中，LED芯片2固定在基板1上，反射层3覆盖在LED芯片的侧面上，使LED封装器件只有顶面出光。封装胶体4覆盖在LED芯片2和反射层3上。

该基板1采用热膨胀系数小的材料制成，如陶瓷或硅，本实施例优选陶瓷。基板1的双面覆盖铜薄层，形成双面覆铜板。基板1的顶面上的铜薄层上设有用于LED芯片的P电极和N电极键合的线路，基板1的底面上的铜薄层上设有用于LED封装器件的SMT焊接的线路。另外，该基板1也可以用本领域公知的其他方法制成。

该LED芯片2为倒装芯片，其固定在基板1的上表面。由于倒装LED芯片可以实现无金线的LED封装，达到CSP封装的要求，使LED封装器件微型化，因此本实施例中优选倒装LED芯片。LED芯片2可选用紫外光芯片、蓝光芯片、绿光芯片或红光芯片中的一种，优选为氮化镓基蓝光芯片。

该反射层3覆盖在LED芯片2的所有侧面上。在其它实施方式中，反射层3也可以仅覆盖在LED芯片2的至少一个侧面上。由于该反射层3具有一定厚度，因此其会形成一顶面。为了使LED芯片发出的光仅通过顶面射出，该反射层3的顶面高度需等于或高于LED芯片2的顶面高度。本实施例中，优选反射层的顶面与LED芯片的顶面在同一水平面上，有利于封装胶体4均匀地涂覆在反射层的顶面与LED芯片的顶面上。该反射层3采用不透光的高反射 材料制成，如PPA(聚邻苯二酰胺树脂)、EMC(环氧树脂模塑料)、LCP(液晶聚合物)、SMC(SMC复合材料，即Sheet molding compound)，上述材料同时具有热固性的特性，可以利用注塑方式制备。

该反射层3的顶面是经研磨后的粗糙面，进一步地，LED芯片的顶面也是经研磨后的粗糙面。具体地，反射层3的顶面和/或LED芯片2的顶面的表面粗糙度大于或等于Ra1.2，优选为Ra1.2至Ra32。该粗糙面结构具有两点优势，一是LED芯片的顶面具有粗糙面有利于减少光线在LED芯片内部的全反射，使光线从LED芯片的顶面发射出去，提高出光效率；二是粗糙的结构有利于提高反射层3以及LED芯片2与封装胶体4的结合强度。

该封装胶体4覆盖在LED芯片2和反射层3上。封装胶体4的制作材料为环氧树脂或硅胶，其中混有散射颗粒、红色荧光粉、黄色荧光粉、绿色荧光粉中的一种或几种，本实施例中，优选为混有黄色荧光粉和散射颗粒的有机硅胶，以配合氮化镓基蓝光芯片形成白光出光。

进一步地，LED芯片2的芯片面积和封装后的封装面积(即封装胶体4的面积)之比大于80％，以符合CSP封装的要求。

本发明的LED封装器件的制造方法及LED封装器件，通过在LED芯片的侧面包覆有反射层，减少LED芯片侧面发光对出光质量的影响，例如采用蓝光芯片和黄色荧光粉制备白光LED器件时，减少其侧面发出的蓝光对白光出光质量的影响，实现均匀的出光，同时有利于二次透镜的设计；其次，本发明的制造方法可以实现封装胶体的精确控制，使其均匀、一致地涂覆在LED芯片顶面上，而无需涂覆在侧面上，大大增加器件颜色的一致性，提高入档率；再次，本方法简单，封装胶体利用率高，有效降低制造成本；此外，本发明提供的LED封装器件结构不仅适用于小功率器件，也适合大功率器件的封装，应用范围广泛，可适用在闪光灯、背光源等场合。

最后，相对于采用点胶方式制备反射硅胶的现有技术，本发明的方法生产效率高，结构紧凑，出光质量好。经研磨后的LED芯片顶面和反射层顶面具有粗糙结构，其中，LED芯片顶面的粗糙结构有利于减少光线在LED芯片内部的全反射，提高出光效率；反射层的顶面和LED芯片顶面的粗糙度则均有利于反射层和LED芯片与封装胶体的紧密结合。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。