一种高功率led的封装方法及封装结构的制作方法
【专利摘要】一种高功率LED的封装方法及封装结构，属半导体器件领域。其在LED芯片的上方设置固态透光导热窗口层；在LED芯片的周围设置一个围坝；通过设置所述的围坝结构，以固态透光导热窗口层为上底边，以支架或基板为下底边，由所述的围坝充当侧边，在LED芯片的周边，构成一个导热空腔；其通过设置固态透光导热窗口层和构建导热空腔结构，在LED芯片的周边形成了良好的散热通道，降低了综合热阻，从而有助于LED芯片中心部分热量的导出，提高了出光率，能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。还可减小全反射角提高出光率，解决了原有封装模式出光较低，且色温漂移的问题。可广泛用于LED芯片及发光器件的封装领域。
【专利说明】
一种高功率LED的封装方法及封装结构
技术领域
[0001]本发明属于半导体器件领域，尤其涉及一种用于高功率LED的封装方法及封装结构。
【背景技术】
[0002]传统的LED的封装结构如图1所示，是在LED芯片2表面加上硅胶涂敷层4对LED芯片和金线5进行保护，其LED芯片通过固晶胶3固定在支架I中，此种结构业内称之为“正装”结构。
[0003]【公开日】为2015年03月25日，公开号为CN 104465966 A的中国发明专利申请中，公开了一种“白光LED封装结构及其封装方法”，其封装结构包括支架1、至少一个LED倒装芯片2-1、一个荧光粉胶片6、透明硅胶涂敷层4，其中，LED倒装芯片设置于LED支架内，LED倒装芯片的正极贴合于LED支架的正极，LED倒装芯片的负极与LED支架的负极连接，荧光粉胶片固定设置于LED倒装芯片发光层的上部且完全覆盖发光层，LED支架碗杯内灌封透明硅胶，LED倒装芯片和荧光胶片包裹于透明硅胶内，此种结构业内称之为“倒装”结构。
[0004]可见，采用上述两种技术方案封装的LED芯片，是在芯片表面加上硅胶对芯片(以及金线)进行保护。由于硅胶是热的不良导体，造成芯片表面热量无法传递出去。且由于折射率的差异造成出光率降低。
[0005]其中白光封装还需加入荧光粉，使蓝光LED芯片通过荧光粉后激发为黄光，从而形成白光。
[0006]由于荧光粉为颗粒状的，所以需通过硅胶等介质混合后涂覆与芯片表面。由于硅胶的导热系数很低(大约在lw/°C左右)，这样造成实际工作时，LED芯片温度很高，散热较为困难。其会导致两个结果:一是LED芯片温度高，造成LED芯片发光效率降低，出光减少了；二是过高的温度导致荧光粉转化效率降低，造成出光减少且光色温变化。
[0007]对于大功率的LED芯片，上述缺陷显得尤其明显，严重制约了高功率LED的使用寿命和LED芯片功率的提高。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种高功率LED的封装方法及封装结构，其通过在LED芯片发光面上方设置一个固态透光导热窗口层，在LED芯片周边设置一个导热空腔，利用气体对流或与导热窗口的接触传热，增加芯片对外的热传导能力；同时，由于增加了固态透光导热窗口层，使得用此方法可以制备大功率紫外封装器件;本技术方案采用固态透光导热窗口层的方式，由于没有采用有机物的填充，且可以保护紫外芯片，同时增加了芯片的散热能力，从而可以实现大功率紫外封装器件制备；当针对制备白光LED时，在蓝光芯片的上部增加了固态透光导热窗口层，利用气体对流或与导热窗口的接触传热，增加芯片对外的热传导能力；其在蓝光芯片的上部增加了固态透光导热窗口层，使得硅胶层以及硅胶层中的荧光粉不直接与LED芯片的发热集中区域接触，可大幅降低硅胶层及其中的荧光粉的工作温度，使荧光转换效率提高，且稳定性增加;本技术方案还可减小全反射角，提高出光率，解决了原有封装结构出光较低、且色温漂移的问题，能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。
[0009]本发明的技术方案是:提供一种高功率LED的封装方法，所述的LED至少包括设置在支架中或基板上的LED芯片，其特征是:
[0010]在LED芯片的上方，设置一个固态透光导热窗口层;在LED芯片的周围，设置一个围坝；
[0011]通过设置所述的围坝结构，以固态透光导热窗口层为上底边，以支架或基板为下底边，由所述的围坝充当侧边，在LED芯片的周边，构成一个导热空腔；
[0012]所述的高功率LED封装方法，通过在LED芯片的上方设置固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，在LED芯片的周边形成了良好的散热通道，降低了综合热阻，从而有助于LED芯片中心部分热量的导出，提高了出光率，且能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。
[0013]具体的，所述的固态透光导热窗口层为具有透光和导热性能的透明固态材料层。
[0014]进一步的，所述的固态透光导热窗口层为蓝宝石或玻璃层。
[0015]具体的，所述的围坝采用围坝胶或支架制成，用于放置和固定所述的固态透光导热窗口层。
[0016]具体的，所述的LED芯片为蓝光芯片、紫外光芯片、红外光芯片、绿光芯片或红光芯片。
[0017]进一步的，在所述固态透光导热窗口层的上方，还可设置有硅胶层或含有荧光粉的硅胶层；
[0018]所述的高功率LED封装方法，通过在LED芯片的上方设置固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，使得硅胶层以及硅胶层中的荧光粉不直接与LED芯片的发热集中区域接触，可有效降低硅胶层及其中的荧光粉的工作温度，使荧光转换效率提高，且稳定性增加。
[0019]本发明还提供了一种高功率LED的封装结构，所述的LED至少包括设置在支架中或基板上的LED芯片，其特征是:
[0020]在LED芯片的上方，设有一个固态透光导热窗口层;在LED芯片的周围，设有一个围坝；
[0021]所述的高功率LED封装结构，通过设置所述的围坝结构，以固态透光导热窗口层为上底边，以支架或基板为下底边，由所述的围坝充当侧边，在LED芯片的周边，构成一个导热空腔；
[0022]所述的高功率LED封装结构，通过在LED芯片的上方设置固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，在LED芯片的周边形成了良好的散热通道，降低了综合热阻，从而有助于LED芯片中心部分热量的导出，提高了出光率，可克服原有封装结构出光较低，色温漂移的缺陷，且能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。
[0023]进一步的，当所述的LED芯片与支架或基板之间采用“倒装”连接结构时，所述的固态透光导热窗口层与LED芯片之间直接接触，以减小全反射角，提高出光率;通过固态透光导热窗口层帮助LED芯片导出部分热量，有助于LED芯片中心部分热量的导出和传递，从而降低高功率LED的整体综合热阻。
[0024]具体的，所述的固态透光导热窗口层由具有透光和导热性能的透明固态材料构成;所述的具有透光和导热性能的固态材料至少包括蓝宝石或玻璃。
[0025]进一步的，在所述固态透光导热窗口层中，设置有导热孔，所述的导热孔平行于LED芯片的上表面设置，在固态透光导热窗口层中构成横向导热孔结构；或者，所述的导热孔垂直于LED芯片的上表面设置，在固态透光导热窗口层中构成纵向导孔结构;所述的高功率LED的封装结构，通过在固态透光导热窗口层中设置横向或纵向导热孔结构，进一步改善LED芯片的散热能力及散热效果。
[0026]与现有技术比较，本发明的优点是:
[0027]1.当LED芯片与支架或基板之间采用“倒装”连接结构时，由于LED芯片的出光面与固态透光导热窗口层直接接触;如果采用折射率大于硅胶(折射率为1.6左右)的材料时，可以减小全反射角提高出光率；
[0028]2.当LED芯片与支架或基板之间采用“倒装”连接结构时，由于固态透光导热窗口层紧贴在芯片层表面，故而可以帮助芯片导出部分热量，从而帮助降低综合热阻。特别是采用蓝宝石等高透光、高导热的窗口材料时，效果更为显著
[0029]3.针对多芯片封装时，由于没有了硅胶的存在，芯片之间出现了良好的散热通道，从而降低了 LED芯片中心部分的热量；
[0030]4.由于增加了固态透光导热窗口层，使荧光粉层离开了LED芯片发热的集中区域，使荧光粉的工作温度大幅降低，使荧光转换效率提高，且稳定性增加。解决了原有的出光较低，且色温漂移的现象；
[0031]5.由于固态透光导热窗口层的存在，可以帮助荧光粉层进行一定的散热，改善了荧光粉层的工作条件。特别是针对低色温的器件，由于低色温的器件要加入大量的红光荧光粉，而红光荧光粉的耐温性能较差。通过该方法封装后，可以有效降低荧光粉层的温度，从而大幅提升低色温器件的工作寿命。
【附图说明】
[0032]图1是现有LED芯片的“正装”封装结构；
[0033]图2是现有LED芯片的“倒装”封装结构；
[0034]图3是本发明对“倒装”LED芯片的封装结构；
[0035]图4是本发明对“正装”LED芯片的封装结构；
[0036]图5是固态透光导热窗口层中横向导热结构的结构示意图；
[0037]图6是固态透光导热窗口层中纵向导热结构的结构示意图。
[0038]图中I为支架，2为LED芯片，3为固晶胶，4为硅胶涂敷层，5为金线，6为荧光粉胶片，7为固态透光导热窗口层，8为围坝，9为导热空腔，10为横向导热孔，11为纵向导热孔。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0040]本发明的技术方案提供了一种高功率LED的封装方法，所述的LED至少包括设置在支架中或基板上(以下简称为支架)的LED芯片(为了简洁，以下将图3中的LED倒装芯片和图4中的正装LED芯片均简称为LED芯片)，其发明点在于:
[0041 ] 在LED芯片2的上方，设置一个固态透光导热窗口层7 ；
[0042]在LED芯片的周围，设置一个围坝8;
[0043]通过设置所述的围坝结构，以固态透光导热窗口层为上底边，以支架I为下底边，由所述的围坝充当侧边，在LED芯片的周边，构成一个导热空腔9;
[0044]所述的高功率LED封装方法，通过在LED芯片的上方设置固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，在LED芯片的周边形成了良好的散热通道，降低了综合热阻，从而有助于LED芯片中心部分热量的导出，提高了出光率，且能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。
[0045]其固态透光导热窗口层由具有透光和导热性能的固态材料构成，可采用蓝宝石或玻璃层等高透光率且耐温的固态材料。
[0046]其所述的围坝采用围坝胶或支架制成，用于放置和固定固态透光导热窗口层。
[0047]进一步的，在所述固态透光导热窗口层的上方，设置有硅胶层或含有荧光粉的硅胶层4(见图3、图4中所示)。
[0048]图3给出的是对于“倒装”结构的LED芯片，本技术方案的一个封装结构实施例。
[0049]图4给出的是对于“正装”结构的LED芯片，本技术方案的一个封装结构实施例。
[0050]本技术方案所述的高功率LED封装方法，通过在LED芯片的上方增加设置了固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，使得硅胶层以及硅胶层中的荧光粉不直接与LED芯片的发热集中区域接触，可有效降低硅胶层及其中的荧光粉的工作温度，使荧光转换效率提高，且稳定性增加。
[0051]如果是制备白光LED，则在固态透光导热窗口层上方加入/覆盖荧光粉层即可(见图3、图4中的标记4所示)。其所述的荧光粉层可以采用荧光粉加硅胶的混合材料，也可以采用荧光粉喷涂等工艺附着在固态透光导热窗口层上。
[0052]本技术方案通过在LED芯片发光面上方设置一个固态透光导热窗口层，在LED芯片周边设置一个导热空腔，利用气体对流或与导热窗口的接触传热，增加芯片对外的热传导能力。
[0053]此外由于本技术方案增加了固态透光导热窗口层，使得用此方法可以制备大功率紫外封装器件。因为紫外器件对于有机物寿命影响较大，故而在原有的封装方式均很难实现大功率紫外模块的封装。采用固态透光导热窗口层的方式，由于没有采用有机物的填充，且可以保护紫外芯片，同时增加了芯片的散热能力，从而可以实现大功率紫外封装器件制备。
[0054]当针对制备白光LED时，本技术方案在蓝光芯片的上部增加了固态透光导热窗口层，使得硅胶层以及硅胶层中的荧光粉不直接与LED芯片的发热集中区域接触，可大幅降低硅胶层及其中的荧光粉的工作温度，使荧光转换效率提高，且稳定性增加；可减小全反射角，提高出光率，解决了原有封装结构出光较低、且色温漂移的问题，能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。
[0055]本发明的技术方案，还提供了一种高功率LED的封装结构，所述的LED至少包括设置在支架中或基板上的LED芯片，其发明点在于:
[0056]在LED芯片2的上方，设有一个固态透光导热窗口层7 ；
[0057]在LED芯片的周围，设有一个围坝8;
[0058]所述的高功率LED封装结构，通过设置所述的围坝结构，以固态透光导热窗口层为上底边，以支架或基板为下底边，由所述的围坝充当侧边，在LED芯片的周边，构成一个导热空腔9;
[0059]所述的高功率LED封装结构，通过在LED芯片的上方设置固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，在LED芯片的周边形成了良好的散热通道，降低了综合热阻，从而有助于LED芯片中心部分热量的导出，提高了出光率，可克服原有封装结构出光较低，色温漂移的缺陷，且能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。
[0060]进一步的，如图4中所示，当所述的LED芯片与支架或基板之间采用“倒装”连接结构时，所述的固态透光导热窗口层与LED芯片之间直接接触，以减小全反射角，提高出光率；通过固态透光导热窗口层帮助LED芯片导出部分热量，有助于LED芯片中心部分热量的导出和传递，从而降低高功率LED的整体综合热阻。
[0061 ]此时，由于LED芯片的出光面与固态透光导热窗口层直接接触。若采用折射率大于硅胶(其折射率为1.6左右)的材料时，可以减小全反射角，提高出光率。
[0062]其所述的固态透光导热窗口层由具有透光和导热性能的固态材料构成;所述的具有透光和导热性能的固态材料至少包括蓝宝石或玻璃。
[0063]由于固态透光导热窗口层紧贴在LED芯片层表面，故而可以帮助LED芯片导出部分热量，从而帮助降低整个LED的综合热阻。特别是采用蓝宝石等高透光、高导热的材料作为固态透光导热窗口层时，其散热效果更为显著。
[0064]更进一步的，如图5、图6中所示，在所述固态透光导热窗口层7中，设置有导热孔，对于采用“正装”结构的LED芯片，所述的导热孔可以平行于LED芯片的上表面设置，在固态透光导热窗口层中构成横向导热结构10。
[0065]或者，对于采用“倒装”结构的LED芯片，所述的导热孔可以垂直于LED芯片的上表面设置，在固态透光导热窗口层中构成纵向导热结构11。
[0066]本技术方案所述的高功率LED的封装结构，通过在固态透光导热窗口层中设置横向或纵向导热结构，进一步改善LED芯片的散热能力及散热效果。
[0067]当采用蓝光LED芯片，且LED芯片上方无硅胶层或含有荧光粉的硅胶层时，上述纵向或横向导热结构的设置，可明显改善LED芯片的散热能力及散热效果。
[0068]本技术方案中的围坝，可以采用围坝胶(即常规的粘结胶料或环氧胶均可)制成，目的是为了放置固态透光导热窗口层，亦可采用类似的支架方式将固态透光导热窗口层进行相应的固定。
[0069]由于本发明的技术方案，通过设置固态透光导热窗口层以及在LED芯片周边设置导热空腔，有效地降低了 LED芯片的温度，提高了 LED芯片的发光效率;换句话说，在同样散热条件和环境温度下，采用本技术方案，可以使用功率更大的LED芯片，从而提高了 LED灯具的可照明功率和发光量，能为用户提供更高的照度和光流量。
[0070]同时，通过设置固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，有助于LED芯片中心部分热量的导出，可提高LED芯片的出光率，克服原有封装结构出光较低，色温漂移的缺陷，且能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。
[0071 ]本发明的技术方案，通过设置固态透光导热窗口层，还可有效帮助荧光粉层进行一定的散热，改善荧光粉层的工作条件(特别是针对低色温的LED芯片或照明灯具)，由于低色温LED芯片的荧光粉层中需要加入大量的红光荧光粉，而红光荧光粉的耐温性能较差。采用本技术方案所述的方法进行封装后，可以有效降低荧光粉层的温度，从而大幅提升低色温器件寿命。
[0072]本发明可广泛用于LED芯片及发光器件的封装领域。
【主权项】
1.一种高功率LED的封装方法，所述的LED至少包括设置在支架中或基板上的LED芯片，其特征是: 在LED芯片的上方，设置一个固态透光导热窗口层； 在LED芯片的周围，设置一个围坝； 通过设置所述的围坝结构，以固态透光导热窗口层为上底边，以支架或基板为下底边，由所述的围坝充当侧边，在LED芯片的周边，构成一个导热空腔； 所述的高功率LED封装方法，通过在LED芯片的上方设置固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，在LED芯片的周边形成了良好的散热通道，降低了综合热阻，从而有助于LED芯片中心部分热量的导出，提高了出光率，且能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。2.按照权利要求1所述的高功率LED的封装方法，其特征是所述的固态透光导热窗口层为具有透光和导热性能的透明固态材料层。3.按照权利要求2所述的高功率LED的封装方法，其特征是所述的固态透光导热窗口层为蓝宝石或玻璃层。4.按照权利要求1所述的高功率LED的封装方法，其特征是所述的围坝采用围坝胶或支架制成，用于放置和固定所述的固态透光导热窗口层。5.按照权利要求1所述的高功率LED的封装方法，其特征是所述的LED芯片为蓝光芯片、紫外光芯片、红外光芯片、绿光芯片或红光芯片。6.按照权利要求1所述的高功率LED的封装方法，其特征是在所述固态透光导热窗口层的上方，还可设置有硅胶层或含有荧光粉的硅胶层； 所述的高功率LED封装方法，通过在LED芯片的上方设置固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，使得硅胶层以及硅胶层中的荧光粉不直接与LED芯片的发热集中区域接触，可有效降低硅胶层及其中的荧光粉的工作温度，使荧光转换效率提高，且稳定性增加。7.—种高功率LED的封装结构，所述的LED至少包括设置在支架中或基板上的LED芯片，其特征是: 在LED芯片的上方，设有一个固态透光导热窗口层； 在LED芯片的周围，设有一个围坝； 所述的高功率LED封装结构，通过设置所述的围坝结构，以固态透光导热窗口层为上底边，以支架或基板为下底边，由所述的围坝充当侧边，在LED芯片的周边，构成一个导热空腔； 所述的高功率LED封装结构，通过在LED芯片的上方设置固态透光导热窗口层和在LED芯片周边构建导热空腔结构，在LED芯片的周边形成了良好的散热通道，降低了综合热阻，从而有助于LED芯片中心部分热量的导出，提高了出光率，可克服原有封装结构出光较低，色温漂移的缺陷，且能大幅提升低色温LED发光器件的使用寿命。8.按照权利要求7所述的高功率LED的封装结构，其特征是当所述的LED芯片与支架或基板之间采用“倒装”连接结构时，所述的固态透光导热窗口层与LED芯片之间直接接触，以减小全反射角，提高出光率;通过固态透光导热窗口层帮助LED芯片导出部分热量，有助于LED芯片中心部分热量的导出和传递，从而降低高功率LED的整体综合热阻。9.按照权利要求7所述的高功率LED的封装结构，其特征是所述的固态透光导热窗口层由具有透光和导热性能的透明固态材料构成;所述的具有透光和导热性能的固态材料至少包括蓝宝石或玻璃。10.按照权利要求7所述的高功率LED的封装结构，其特征是在所述固态透光导热窗口层中，设置有导热孔，所述的导热孔平行于LED芯片的上表面设置，在固态透光导热窗口层中构成横向导热孔结构；或者，所述的导热孔垂直于LED芯片的上表面设置，在固态透光导热窗口层中构成纵向导孔结构;所述的高功率LED的封装结构，通过在固态透光导热窗口层中设置横向或纵向导热孔结构，进一步改善LED芯片的散热能力及散热效果。
【文档编号】H01L33/58GK105870294SQ201610292889
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】李抒智
【申请人】上海国熠光电科技有限公司