具有波长转换材料的密闭密封的led模块的制作方法

文档序号:9252554阅读:383来源:国知局
具有波长转换材料的密闭密封的led模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管(LED),并且具体地涉及用于密闭地密封LED管芯上方的磷光体或量子点层的技术。
【背景技术】
[0002]利用磷光体或量子点(QD)涂敷蓝色LED管芯,然后利用诸如硅树脂、环氧树脂或其它聚合物之类的透明聚合物封装物封装该结构是常见的。磷光体或QD将蓝色光转换到一个或多个其它波长,并且通过波长转换层泄漏的蓝色光与(多个)经转换的波长的组合可以创建大范围的颜色,包括白色光。
[0003]许多类型的磷光体和QD是对空气敏感的,这导致它们在被加热和暴露于空气中的湿气时降级。
[0004]当通量和温度超过2W/cm2和80°C时,通常用于封装LED管芯和波长转换材料的聚合物是不充足的。用于高亮度LED的封装物必须还具有良好的热导率以将热量从LED管芯传导到环境空气。常规的聚合物不具有用于高亮度/高温LED管芯的充足热导率。
[0005]需要密闭地密封叠覆高亮度LED管芯的磷光体或QD的新密封技术,其中该技术还提供LED管芯与环境空气之间的良好热导率。该技术应当引致相对低的成本并且应当高度可靠。优选地,对于高亮度(即高通量)LED管芯,密闭密封应当在远远大于80°C的温度下和高达20W/cm2的光通量的情况下保持可靠,并且磷光体或量子点的温度应当保持在130°C以下以避免降级。

【发明内容】

[0006]在一个实施例中,作为晶片提供的高度导热衬底被模制成具有腔体。衬底可以是玻璃、陶瓷或其它导热材料。腔体具有反射表面或者衬底是透明的。一个或多个高亮度蓝色LED管芯可以使其电极键合到每一个腔体中的对应电极。衬底包括导体,其将腔体电极连接到合适的垫以用于在单个化之后将衬底焊接到印刷电路板或另一衬底。
[0007]然后在腔体中沉积磷光体或量子点材料以完全或部分填充腔体。磷光体或量子点材料可以通过在透明结合剂中混合磷光体粉末或量子点来形成。
[0008]然后在衬底晶片之上安装导热、透明的陶瓷或玻璃板(作为晶片提供),并且围绕每一个腔体创建导热密闭密封,诸如通过将板激光熔合到衬底、将板焊接到衬底、或者在腔体周围提供其它类型的高温密封。然后单个化经键合的顶板晶片和衬底晶片以形成单独的LED模块。
[0009]由于LED管芯不直接接触密封,因此LED管芯可以生成高热量和高通量而不会使密封降级。
[0010]在另一实施例中,在其上安装LED管芯的衬底基本上是平坦的,并且透明板具有围绕磷光体或量子点的腔体。然后将围绕每一个腔体的板的部分键合到衬底以形成高温密封。
[0011]在一个实施例中,透明板具有用于每一个LED模块的波长转换材料的多个分离的子腔体,所述多个分离的子腔体在单个化之后保留,使得用于一个腔体的密封的失效不影响其它腔体的密封。
[0012]在另一实施例中,在其上安装LED管芯的衬底基本上是平坦的,将波长转换材料模制(或以其它方式沉积)在LED管芯之上以封装LED管芯,并且透明板具有围绕每一个LED管芯的腔体。然后将围绕每一个腔体的板的部分键合到衬底以形成高温密封。
[0013]由于在晶片级过程期间形成密闭密封,并且然后单个化所得晶片以创建单独的LED模块,因此过程是低成本的。顶板的边缘在单个化之后将与衬底的边缘重合,从而导致非常紧凑的LED模块。
[0014]目前为止,结构中的最低导热材料是波长转换材料,包括其结合剂。所公开的结构允许波长转换材料具有相对大体积和低浓度的磷光体。材料的低热导率限制材料的加热,而同时大部分LED管芯热量通过衬底和透明板耗散(经由密封连接)。因此,大体积的波长转换材料经历减少的热量和通量,从而导致磷光体随时间的较少降级,如果有的话。益处同样适用于量子点被用作波长转换材料时的情况。波长转换材料甚至可以包括磷光体和量子点的组合。
[0015]该结构将波长转换材料的温度限制到低于130°C,甚至在最高亮度LED的情况下,而同时维持良好的密闭密封。
[0016]公开了其它实施例。
【附图说明】
[0017]图1是在单个化之前晶片的部分的截面视图,其中衬底具有腔体,每一个腔体包含一个或多个LED管芯。腔体填充有波长转换材料,并且腔体通过平坦透明板密闭密封。
[0018]图2是图1的晶片的部分的自顶向下视图,其示出了每一个腔体周围的密封(为了容易标识而大幅缩窄地示出密封)。
[0019]图3是在单个化之前晶片的部分的简化截面视图,其中衬底基本上是平坦的并且支撑LED管芯,其中波长材料模制在每一个LED管芯之上以封装LED管芯,其中透明板具有腔体,并且其中在每一个腔体周围形成密闭密封。
[0020]图4是图3的晶片的部分的自顶向下视图,其示出了每一个板腔体周围的密封。
[0021]图5是具有对光发射成形的光学图案的单个经单个化的LED模块的板的部分的截面视图。光学图案可以形成透镜、光散射特征、反射器、光吸收器,或形成任何其它特征。
[0022]图6是图5的板部分的自顶向下视图。
[0023]图7是用于单个经单个化的LED模块的板的部分的截面视图,其图示了在单个LED管芯区域周围形成以将光发射集中到中心区域的反射环。
[0024]图8是图7的板部分的自顶向下视图。
[0025]图9A和9B是晶片的部分的截面视图,其中LED管芯安装在衬底中的腔体中并且使用热量金属键合,诸如利用低温AuSn焊接剂,并且其中同时使用相同焊接剂形成板的密闭密封。
[0026]图1OA图示了图9B的结构中的腔体然后如何通过板中的开口而填充有波长转换材料,因此波长转换材料避免图9B的焊接剂加热步骤。
[0027]图1OB图示了板中的开口然后如何填充以完成密闭密封。
[0028]图11是具有形成垂直柱体、包含波长转换材料的多个经密封的腔体的单个经单个化的LED模块的板的部分的自顶向下视图。
[0029]图12是沿图11中的线12-12查看时使用图11的板的单个化之后的单个LED模块的截面视图,其中波长转换材料填充板中的腔体,并且其中板被可选的磷光体层覆盖以生成附加波长。
[0030]图13类似于图11,除了板中的腔体是填充有波长材料、在单个化之后密封的水平柱体。
[0031]图14是沿图13中的线14-14查看时使用图13的板的单个化之后的单个LED模块的截面视图,其中波长转换材料填充腔体,并且其中板被封装物(包含磷光体颗粒)覆盖以密封腔体的端部。
[0032]图15是由陶瓷或玻璃制成、已经通过毛细作用而填充有波长转换材料的中空条带的自顶向下视图。可替换地,子板可以包含填充有波长转换材料的水平腔体。
[0033]图16是沿图15中的线16-16查看时使用图16的条带或子板的单个化之后的单个LED模块的截面视图,其中条带或子板键合到顶板,该顶板然后键合到具有包含LED管芯的腔体的衬底。键合创建密闭密封。如果要求的话,然后利用封装物密闭地密封水平腔体的端部。
[0034]利用相同的标号标记相同或类似的元件。
【具体实施方式】
[0035]图1图示了单个化之前的晶片10的部分。晶片10包括衬底20和透明板30。衬底20由高热导率材料形成。衬底20可以例如由诸如蓝宝石、尖晶石或多晶氧化铝之类的透明陶瓷形成。衬底20还可以由任何其它透明或非透明陶瓷材料形成,包括经模制的陶瓷材料,其中陶瓷粉末在压力之下模制和烧结。在其它实施例中,衬底20可以是玻璃陶瓷。在另一实施例中,衬底20可以是封入弹性体主体中的金属引线框架。
[0036]在图1中,衬底20被模制或机械加工成具有腔体22。如果衬底20由光吸收材料形成,则腔体22壁可以涂敷有反射膜(优选地对于可见光而言至少90%反射)。衬底20甚至可以由反射材料形成,诸如白色陶瓷材料。在替换形式中,膜或衬底20的反射性可以是针对非可见光的,例如UV光。
[0037]每一个腔体22的底部具有常规电极(未示出),其电气连接到衬底20上的常规底部金属垫(未示出)以用于将经单个化的LED模块焊接到印
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