专利名称：圆片级发光二级管封装结构及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种圆片级发光二级管封装结构及其制造工艺，特别是芯片表面荧光粉层的涂布结构和工艺。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode，或LED)将电能转化为光能的半导体器件， 在正向电流的作用下，其PN中的空穴和电子在扩散过程中复合，发出特定波长范围的光子。为了实现发光二极管的白光照明，需要发光二极管发出多种波长光谱的光。一类解决方法是几种颜色发光二极管的混光，例如使用红绿蓝三种芯片封装在一个器件中。另一类方法是采用一种发出特定波长范围光线的芯片，在芯片出光位置上增加一个荧光粉涂层。荧光粉改变了部分芯片出光的波长和颜色，并与芯片的本身的光混合形成白光。常用的例子有正在大规模使用的蓝光芯片加上黄色荧光粉的方案，铝酸盐类黄色荧光粉相对成熟，出光效率高，并且成本相对比较低，是目前主流的白光照明配光方法。另一个正在开发的是紫外光芯片加上红绿蓝荧光粉的方案，荧光粉激活的三种三元色红绿蓝混合形成白光。芯片表面的荧光粉涂层质量对芯片出光的颜色有直接的影响。现有荧光粉涂布工艺的一个主要问题是荧光粉涂层的厚度均勻性不高。图1是一个传统的芯片封装工艺流程，含有荧光粉的液体高分子胶通过针管滴涂或喷涂的方法叠放到芯片的中央，然后荧光粉胶流动覆盖芯片的表面和侧面。荧光粉涂层厚度与众多因素有关，如叠放胶的总体积，胶的粘滞系数，胶是不是滴放在芯片的正中央等等。针管涂布的方法不是一个重复性很好的工艺，因此涂布的荧光粉厚度不一致，导致芯片发出的光线的颜色不一致以及芯片之间的色差。对单个芯片进行荧光粉针管涂布的另一个问题是工艺时间较长，工艺效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述缺点，提供一种圆片级发光二级管封装结构及其制造工艺。为了解决以上技术问题，本发明提供的圆片级发光二级管封装结构，包括基板、通过芯片粘合剂固定在基板上的发光二级管芯片，所述发光二级管芯片由发光二级管圆片切割而获得，所述发光二级管芯片具有引线键合垫，其特征在于所述发光二级管芯片的正面涂布有一层厚薄均勻的荧光粉涂层，所述荧光粉涂层开设有使弓I线键合垫暴露在荧光粉涂层之外的窗口，键合引线的一端与基板的键合盘连接，另一端透过所述窗口后与引线键合垫连接，所述发光二级管芯片通过密封胶与基板密封为一体。本发明在发光二极管圆片上涂布一层均勻的荧光粉胶，然后荧光粉胶固化形成荧光粉涂层，提高单个芯片上荧光粉涂层厚度的均勻性，再切割圆片成多个芯片。切割后的芯片上已经覆盖有一层荧光粉涂层，免除了传统工艺中单个芯片的荧光粉胶滴涂，大大节约了工艺时间，且降低了生产成本。
此外，本发明还提供了圆片级发光二级管封装结构的制造工艺，包括如下步骤 第一步、在发光二级管圆片表面制作引线键合垫；
第二步、在发光二级管圆片的正面涂布荧光粉胶并进行固化，使发光二级管圆片的正面形成一层厚薄均勻的荧光粉涂层；
第三步、通过化学腐蚀或激光刻蚀的方法，在荧光粉涂层上开设使引线键合垫暴露在荧光粉涂层之外的窗口；
第四步、切割发光二级管圆片，获得多个发光二级管芯片；
第五步、将发光二级管芯片的背面通过芯片粘合剂固定在基板上并进行引线键合，所述引线的一端与基板的键合盘通过金属键合连接，另一端透过所述窗口与引线键合垫连接；
第六步、灌胶，密封芯片。进一步的，所述第六步在真空箱中进行，或者所述第六步完成后将芯片放入真空箱内，以便去除灌胶中的气泡。本发明工艺与传统封装工艺相反，需要先涂布荧光粉胶，然后进行引线键合。一个挑战是涂布荧光粉胶后，芯片上的引线键合垫不能被荧光粉胶覆盖，以便金属(如金丝)引线能键合到键合垫上，为芯片提供需要的电流。为了引线键合垫不被荧光粉胶覆盖，专利 CN101290959B提出一种对贴在基板上发光二极管芯片的覆盖光刻胶，图案化芯片需要荧光粉的区域，并在该区域填入荧光粉光刻胶，键合垫上不需要荧光粉胶的区域没有填入荧光粉胶。该方法在单个芯片上处理，工艺效率低。本发明创新点在于1)荧光粉胶直接涂布在发光二极管的圆片正面，涂布效率高；2)先在圆片上涂布一层均勻的荧光粉胶，然后通过激光刻蚀打孔或光刻胶加化学腐蚀的方法去除芯片需要引线键合的键合垫区域上的荧光粉胶。与前面专利光刻胶工艺中的荧光粉胶的加法工艺(在芯片上增加所需要的荧光粉) 不同，本发明的荧光粉胶减法工艺(先涂布一层均勻材料，然后减法去除键合垫区域的荧光粉)得到的荧光粉厚度一致性较好，且激光刻蚀工艺简单。平整圆片上的光刻胶加上化学腐蚀的方法也比基板上发光二极管芯片的光刻胶工艺容易控制。为了使芯片侧面也能发光，本发明圆片级发光二级管封装结构中，发光二级管圆片的侧面也能涂布有荧光粉涂层。具体实现方法为在前述工艺基础之上的改进进行所述第二步之前，先对发光二级管圆片进行切割(利用较宽的砂轮或激光束切割)，进行所述第二步涂布荧光粉胶的同时，使发光二级管圆片的缝隙之间也填充荧光粉胶；进行所述第四步切割发光二级管圆片时，沿发光二级管圆片的缝隙中央进行切割(用较窄的砂轮或激光束)，使发光二级管圆片的侧面保留一层荧光粉涂层。通过该方法制造出的圆片级发光二级管，其芯片的侧面涂布有一层厚度均勻的荧光粉涂层，可以对芯片侧光进行激发，提高荧光粉的总体激发效率。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1为传统圆片级发光二级管芯片封装工艺流程图。图2为本发明实施例1的封装结构示意图。
图3为本发明实施例1工艺流程图。图4为本发明实施例2的封装结构示意图。图5为本发明实施例2的部分工艺流程图。
具体实施例方式实施例1
如图2所示，本发明实施例一的圆片级发光二级管封装结构，包括基板2、通过芯片粘合剂7固定在基板2上的发光二级管芯片1，，所述发光二级管芯片1由发光二级管圆片切割而获得，发光二级管芯片1具有引线键合垫5，发光二级管芯片1的正面涂布有一层厚薄均勻的荧光粉涂层3，荧光粉涂层3开设有使键合垫5暴露在荧光粉涂层3之外的窗口 4， 键合引线6的一端与基板2的键合盘连接，另一端透过窗口 4后与键合垫5连接，发光二级管芯片1通过密封胶8与基板2密封。本例中，每个发光二级管芯片有一到两个引线键合垫，以便金属键合引线，通过引线施加电流到芯片上，驱动芯片发光。垂直型发光二极管芯片的有二极管的一面只有一个正极引线的键合垫，另一个负级在芯片的另一面。本发明以芯片上有一个键合垫的情况为例进行说明。如图3所示，为本发明实施例1圆片级发光二级管封装结构的制造工艺流程图，依次具体包括如下步骤
3a——首先在圆片上制作引线键合垫。3b——在发光二级管圆片的正面(具有PN结和引线键合垫的一面)涂布荧光粉胶并进行固化，使发光二级管圆片的正面形成一层厚薄均勻的荧光粉涂层。荧光粉的材料有YAG铝酸盐，硅酸盐、氮化物以及氮氧化物等荧光材料。白光照明市场上用得比较多的是YAG铝酸盐荧光粉，配上蓝光的芯片。荧光粉可以是颗粒状或片状， 尺寸约在一微米到十几微米之间。荧光粉均勻分布在高分子胶中，胶的材料是硅胶、环氧树脂等。荧光粉在圆片上的涂布方法与高分子胶的状态有关，液态和胶状的高分子胶通过旋转涂布、溅射或模板印刷的方法涂布到圆片上。高分子胶也可以是固态的薄膜，通过真空压印的方法将荧光粉胶的薄膜压在稍稍加热的圆片上。根据荧光粉的涂布要求，荧光粉层的厚度可以约在10微米到100微米左右。圆片上涂布荧光粉胶后，还需要全部或部分固化， 使它能在后面圆片切割时保持形状。根据荧光粉胶的成分，固化方法包括加热，紫外线照射等方法。3c——通过化学腐蚀或激光刻蚀的方法，在荧光粉涂层上开设使键合垫暴露在荧光粉涂层之外的窗口。该步骤是本发明的主要创新工艺之一。暴露引线键合垫的方法有两种1)激光刻蚀。通过激光束去除引线键合垫上固化的荧光粉胶，激光束与键合垫的直径相近。激光通过加热气化或者在较低的能量下使荧光粉高分子胶的分子键断裂，从而分解高分子胶。荧光粉颗粒不一定能被激光气化，但会随着作为荧光粉基底的高分子胶一块儿被去除；2)化学腐蚀。在具有一层荧光粉涂层的圆片上覆盖光刻胶，图案化引线键合垫区域上的光刻胶， 然后用化学溶剂腐蚀引线键合垫上的荧光粉胶。化学溶剂的选择与荧光粉基底的高分子材料有关，例如对环氧树脂类高分子，可采用硫酸等溶剂腐蚀。3d——切割发光二级管圆片，获得多个发光二级管芯片。
与传统圆片切割不同的是圆片上有一层荧光粉高分子胶涂层。使用金刚砂轮切割时，考虑到该涂层对砂轮的粘滞阻力，应适当提高砂轮的旋转速度，并降低砂轮在圆片上横向移动的速度。切割完毕后，荧光粉胶在芯片边缘应保持切口整齐均勻，避免毛边和胶体随砂轮的滑移。另一种方法是激光切割，同样由于荧光粉涂层的影响，需要改变一些参数，例如要提高激光的功率，以便在同样的时间内切割带有荧光粉涂层的圆片。该切割工艺，本领域技术人员通过有限次的试验便可掌握，因此本例中不再详细描述。3e——将发光二级管芯片的背面通过芯片粘合剂固定在基板上并进行引线键合， 所述引线的一端与基板的键合盘通过金属键合连接，另一端透过所述窗口与引线键合垫连接。圆片切割后的下一步是将单个具有荧光粉涂层的芯片封装。首先将芯片通过银浆或键合金属粘结到基板上，然后将金属引线(如金丝)通过超声波键合的方法连接芯片键合垫和基板上的键合盘。3f——灌胶，密封芯片。与传统的工艺一样，密封材料是硅胶、环氧树脂等高分子材料。不同的是密封前芯片键合区域上的键合金属点不能完全填充荧光粉涂层的间隙，灌胶时气泡容易留在键合区域上。本发明推荐灌封在真空环境中进行，或在大气环境下灌封后将发光二极管器件移到真空箱中去除灌胶中的气泡。实施例2
为了使芯片侧面也涂布荧光粉胶层，转化部分从芯片侧面发出的光。如图4所示，本实施例圆片级发光二级管封装结构中，发光二级管圆片的侧面也涂布有荧光粉涂层。图4中标号示意参见图2。芯片从侧面发出的光的比例与芯片种类和尺寸有关。对1毫米左右的垂直芯片，约有15%的侧光。对同样尺寸的水平芯片，侧光约有30%。对几个毫米大小的芯片，侧光可能会降低到总光通量的10%以下。此结构的实现方法系在实施例1工艺基础之上的改进。如图5所示，包括如下步骤
5a——在圆片上制作键合垫；
5b——对发光二级管圆片进行切割(利用较宽的砂轮或激光束切割)； 5c——在发光二级管圆片正面涂布荧光粉胶的同时，使发光二级管圆片的缝隙之间也填充荧光粉胶，并固化荧光粉；
5d——通过化学腐蚀或激光刻蚀的方法，在荧光粉涂层上开设使键合垫暴露在荧光粉涂层之外的窗口；
5e——(用较窄的砂轮或激光束)在发光二级管圆片的缝隙中央进行切割，使发光二级管圆片的侧面保留一层荧光粉涂层；
接着从实施例1中的:3e步骤往下进行，此处不再赘述。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.圆片级发光二级管封装结构，包括基板、通过芯片粘合剂固定在基板上的发光二级管芯片，所述发光二级管芯片由发光二级管圆片切割而获得，所述发光二级管芯片具有引线键合垫，其特征在于所述发光二级管芯片的正面涂布有一层厚薄均勻的荧光粉涂层，所述荧光粉涂层开设有使弓I线键合垫暴露在荧光粉涂层之外的窗口，键合引线的一端与基板的键合盘连接，另一端透过所述窗口后与引线键合垫连接，所述发光二级管芯片通过密封胶与基板密封为一体。
2.根据权利要求1所述的圆片级发光二级管封装结构，其特征在于所述发光二级管圆片的侧面也涂布有荧光粉涂层。
3.根据权利要求1或2所述的圆片级发光二级管封装结构，其特征在于所述键合引线为金属引线。
4.圆片级发光二级管封装结构的制造工艺，包括如下步骤第一步、在发光二级管圆片表面制作引线键合垫；第二步、在发光二级管圆片的正面涂布荧光粉胶并进行固化，使发光二级管圆片的正面形成一层厚薄均勻的荧光粉涂层；第三步、通过化学腐蚀或激光刻蚀的方法，在荧光粉涂层上开设使引线键合垫暴露在荧光粉涂层之外的窗口；第四步、切割发光二级管圆片，获得多个发光二级管芯片；第五步、将发光二级管芯片的背面通过芯片粘合剂固定在基板上并进行引线键合，所述引线的一端与基板的键合盘通过金属键合连接，另一端透过所述窗口与引线键合垫连接；第六步、灌胶，密封芯片。
5.根据权利要求4所述的圆片级发光二级管封装结构的制造工艺，其特征在于所述第六步在真空箱中进行，或者所述第六步完成后将芯片放入真空箱内，以便去除灌胶中的气泡。
6.根据权利要求5所述的圆片级发光二级管封装结构的制造工艺，其特征在于进行所述第二步之前，先对发光二级管圆片进行切割，进行所述第二步涂布荧光粉胶的同时，使发光二级管圆片的缝隙之间也填充荧光粉胶；进行所述第四步切割发光二级管圆片时，沿发光二级管圆片的缝隙中央进行切割，使发光二级管圆片的侧面保留一层荧光粉涂层。
全文摘要
本发明公开了一种圆片级发光二级管封装结构及其制造工艺，其将带有荧光粉的高分子材料涂布在圆片的正面上，再通过激光或化学腐蚀等方法去除引线键合垫上的荧光粉层，然后将具有荧光粉涂层的圆片切割成单个的芯片，最后将芯片进行引线键合和高分子密封。实施本发明的优势在于多个芯片的荧光粉涂布一次完成，工艺效率高；同时圆片级芯片涂层厚度均匀，芯片出光的颜色和色温的一致性好。
文档编号H01L33/62GK102544329SQ201210066548
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者宋永江, 赵一凡, 陆振刚, 陈荣高 申请人:连云港陆亿建材有限公司, 陈荣高