一种发光角度可控的芯片级LED封装器件及封装工艺的制作方法

本发明属于LED封装技术领域，涉及一种芯片级LED封装器件，具体地说涉及一种发光角度可控的芯片级LED封装器件及封装工艺。

背景技术：

近年来，在全球节能减排的趋势下，LED光源得到了迅猛的发展，LED光源与传统光源相比，具有寿命长、体积小、效率高、响应速度快、抗震、节能、无污染等优点，是一种“绿色光源”，LED光源势必得到大规模应用。

在LED光源的生产工艺中，封装是一个承上启下的关键环节，封装的作用在于为发光芯片提供足够的保护，防止芯片在空气中长期暴露老化或受到机械性损伤而失效，同时还应保证封装后的光源具有良好的光取出效率和良好的散热性。LED的传统封装是先将芯片固定到基板上，然后在基板上对芯片实现封装工艺，采用这种封装工艺形成的LED器件，一方面，在封装过程中，芯片可能会出现移动的现象，造成芯片封装的位置精度不高，而且还会影响到芯片与基板的导电性能，另一方面，封装胶的厚度均匀性难以控制，对出光也有一定的影响。

随着倒装芯片的出现，研发人员逐渐开发出一种芯片级尺寸封装技术(CSP LED；Chip Scale Package LED)，是在芯片底面设有电极，直接在芯片的上表面和侧面封装上封装胶体，使底面的电极外露，由于这种封装结构并无支架或基板，可降低封装成本，并且可使单个器件的封装简单化、小型化，物料成本低、产能大。

目前倒装型芯片级封装结构主要为以下结构：蓝宝石芯片具有正负电极，直接在芯片的上表面(和侧面封装荧光胶体，使芯片的电极外露。这种结构存在如下问题(1)发光角度大，不利于二次光学的设计，二次光学设计时，光的萃取率相对偏低；(2)荧光粉为不透明的微米级固体颗粒，混在胶水中，在与芯片表面接触处，荧光粉颗粒周围易形成气泡，影响胶层与芯片的粘合力,荧光粉颗粒对光会有后反射作用，影响蓝光和荧光的萃取率，降低出光效率；荧光胶中的胶水折射率一般1.4-1.54，而LED芯片蓝宝石折射率1.78，两者折射率相差较大，易造成光的全发射，从而降低了器件的发光效率。(3)由于芯片侧面和正面的出光量不一致，容易导致荧光胶层的厚度与覆晶芯片各个方向上的光能量匹配不好，容易出现空间光色不均匀现象。

另外在应用端，芯片级封装器件通常会采用一些金属焊料实现电气连通，如锡膏、银胶等。在使用锡膏时，助焊剂的残留会影响器件的光色参数及其可靠性；而使用银胶作为焊料时，器件在长时间使用中，银离子沿电流方向迁移，在电极间隙的两端产生银须，易出现器件短路，给产品的可靠性带来很大的隐患。

技术实现要素：

为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种发光角度可调、芯片处不易产生气泡、光色均匀且不易短路、可靠性优良的发光角度可控的芯片级LED封装器件及封装工艺。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种发光角度可控的芯片级LED封装器件，其包括底面设有电极的蓝宝石LED芯片，所述电极由正极和负极组成，所述正极与负极之间具有空隙，所述LED芯片的顶部和侧面设置有扩散层，所述扩散层顶部设置有荧光胶层，所述LED芯片、扩散层、荧光胶层的侧面设置有第一白墙胶层，所述LED芯片的蓝宝石折射率大于所述扩散层的折射率，所述扩散层的折射率大于所述荧光胶层的折射率。

作为优选，所述正极和负极之间的空隙中设置有第二白墙胶层，所述第二白墙胶层底部具有向远离所述电极方向延伸的延伸部，所述延伸部底面与所述第一白墙胶层底面平齐。

作为优选，所述第一白墙胶层与所述扩散层、荧光层相接触的表面形状为平面、抛物面或椭球面。

作为优选，所述延伸部的厚度为1-200μm。

作为优选，所述LED芯片为蓝宝石芯片，折射率为1.78，所述扩散层的折射率为1.3-1.7，所述荧光胶层的折射率为1.29-1.69。

作为优选，所述扩散层由扩散粉与封装胶混合制得，所述扩散层的厚度为1-1000μm。

作为优选，所述荧光胶层由稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合制得，厚度为1-1000μm。

作为优选，所述扩散粉为甲基硅烷、苯基硅烷、聚硅氧烷中的至少一种；所述封装胶为硅胶、硅树脂、环氧树脂或聚氨酯；所述第一白墙胶层、第二白墙胶层的反射率不小于95％，材质为二氧化钛或硫酸钡。

本发明还提供一种发光角度可控的芯片级LED封装器件的封装工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、固晶，将蓝宝石LED芯片通过固晶胶固定于耐高温材料表面；

S2、按照质量比0.1-1:1将稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合配制荧光胶，按照质量比0.1-1:1将扩散粉与封装胶配制扩散层原料；

S3、在所述步骤S1得到的半成品上模压扩散层、在扩散层顶部模压荧光胶层；

S4、按照预设的第一白墙胶层的形状将多余的扩散层和荧光胶层去除；

S5、将所述步骤S4所得到的半成品，转移到另一耐高温材料表面，所述耐高温材料表面对应所述蓝宝石LED芯片的电极位置设置有高度为1-200μm的凸台；

S6：在所述步骤S5得到的半成品上模压第一白胶层和第二白胶层；

S7、烘烤固化。

作为优选，所述步骤S3、S6中所述的模压工序，模压温度为80-150℃，模压压力为15-120kgf/m²，模压时间为2-10min；所述步骤S7中，所述烘烤固化的烘烤温度为100-150℃，烘烤时间为2-5h。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的发光角度可控的芯片级LED封装器件，其包括底面设有电极的蓝宝石LED芯片，所述电极由正极和负极组成，所述正极与负极之间具有空隙，所述LED芯片的顶部和侧面设置有扩散层，所述扩散层顶部设置有荧光胶层，所述LED芯片、扩散层、荧光胶层的侧面设置有第一白墙胶层，所述LED芯片的蓝宝石折射率大于所述扩散层的折射率，所述扩散层的折射率大于所述荧光胶层的折射率。所述LED封装器件在LED芯片、扩散层、荧光胶层的侧面设置第一白墙胶层作为反射面，针对不同出光角度的要求，可以设计不同形状的反射面，得到具有不同发光角度、发光角度可控的芯片级LED封装器件；另外，在LED芯片和荧光胶层之间设置扩散层，所述扩散层具有比荧光胶高的折射率，缩小了LED芯片与荧光胶层的折射率差距，三者的折射率具有一定梯度，减弱了荧光胶层对光的后反射作用，提高了LED芯片的出光效率，进而提高了器件的光通量，由于扩散层中的扩散粉和封装胶的折射率不同，对光线具有一定散射作用，可改善出光不均(芯片顶部和侧面光线发射量不同)的情况，提高器件的空间均匀性，还避免了荧光胶层直接与发光芯片接触、荧光粉周围产生气泡的问题。

(2)本发明所述的发光角度可控的芯片级LED封装器件，所述正极和负极之间的空隙中设置有第二白墙胶层，所述第二白墙胶层底部具有向远离所述电极方向延伸的延伸部，所述延伸部底面与所述第一白墙胶层底面平齐。第二白墙胶层和延伸部的设置可以有效防止银离子迁移产生的银须，杜绝了芯片正负电极之间的短路；延伸部的设置缩小了助焊剂的扩散面积，降低了助焊剂对产品性能的影响，提高了产品的可靠性；同时芯片底部反射材料的填充，还提高了芯片的机械性能，降低了因膨胀系数不同引起的芯片破裂的风险，提高了芯片与基板的匹配性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例1所述的发光角度可控的芯片级LED封装器件结构示意图；

图2是本发明实施例2所述的发光角度可控的芯片级LED封装器件结构示意图；

图3是本发明实施例3所述的发光角度可控的芯片级LED封装器件结构示意图。

图中附图标记表示为：1-电极；2-LED芯片；3-扩散层；4-荧光胶层；5-第一白墙胶层；6-第二白墙胶层。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种发光角度可控的芯片级LED封装器件，如图1所示，其包括底面设有电极1的蓝宝石LED芯片2，所述电极1由正极和负极组成，所述正极与负极之间具有空隙，所述LED芯片2的顶部和侧面设置有扩散层3，所述扩散层3位于所述电极1的上方，所述扩散层3顶部设置有荧光胶层4，所述LED芯片2、扩散层3、荧光胶层4的侧面设置有第一白墙胶层5，所述LED芯片2的折射率大于所述扩散层3的折射率，所述扩散层3的折射率大于所述荧光胶层4的折射率。本实施例中，所述LED芯片2为蓝宝石芯片，其折射率为1.78，所述扩散层3由扩散粉和封装胶混合制得，所述扩散粉为甲基硅烷，封装胶为硅胶，混合得到的扩散层3厚度为1μm，折射率为1.7，所述荧光胶层4由稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合制得，其中荧光粉为掺杂铒离子的硅酸盐荧光粉，封装胶为硅树脂，所述荧光胶厚度1μm，折射率为1.7。

其中，所述扩散粉比重小、润滑性好、疏水性好，材料颗粒的形状为球形，粒径为微米级，粒径的分布高度集中，材料的折射率大于1.3，且具有很好的耐热特性。在高温下，颗粒能保证本身的球度及表面规整度，不降解、黄变，对透光性及扩散效果不会产生负面影响，同时扩散粉材料还具有很高的纯度，对透光率影响很小。

所述正极和负极之间的空隙中设置有第二白墙胶层6，所述第二白墙胶层6包括正极与负极之间的白墙胶层以及向远离所述电极1方向延伸的延伸部，延伸部底面与所述第一白墙胶层5底面平齐，使得第一白墙胶层5与第二白墙胶层6之间成型有沟槽结构，本实施例中所述延伸部的厚度为1μm，在正极和负极之间设置第二白墙胶层6，且使第二白墙胶层6向电极1的底部延伸，使其突出于电极1底面，有效防止了银离子迁移产生的银须，杜绝了芯片正负电极之间的短路；延伸部的设置还缩小了助焊剂的扩散面积，降低了助焊剂对产品性能的影响，提高了产品的可靠性。

所述第一白墙胶层5、第二白墙胶层6的材质为二氧化钛，反射率为96％，所述第一白墙胶层5与LED芯片2、扩散层3、荧光胶层4相接触的表面形状为平面，所述第一白墙胶层5还与LED芯片的电极1接触，如图所示，所述第一白墙胶层5的截面图形为具有三个直角的五边形。

本实施例还提供一种发光角度可控的芯片级LED封装器件的封装工艺，其包括如下步骤：

S1、在耐高温材料表面制作制作具有一定排列规律的定位格点，所述定位格点对应于电极1的位置设置，将蓝宝石LED芯片2通过固晶胶固定于耐高温材料表面，所述耐高温材料为金属板、玻璃板或耐高温胶材，所述固晶胶为热解胶或UV胶；

S2、按照荧光粉与封装胶的质量比0.1:1的比例配制荧光胶、按照扩散粉与封装胶质量比0.1:1的比例配制扩散层原料；

S3、在步骤S1得到的半成品中LED芯片2顶部和侧面模压扩散层3、在扩散层3顶部模压荧光胶层4，其中，模压温度为80℃，模压压力为15kgf/m²，模压时间为10min；

S4、按照预设的第一白墙胶层的形状将多余的扩散层3和荧光胶层4去除；

S5、将所述步骤S4所得到的半成品，转移到另一耐高温材料表面，所述耐高温材料表面对应所述蓝宝石LED芯片的电极位置设置有高度为1μm的凸台，在LED芯片2的正负电极之间形成第二白墙胶层6及其延伸部的填充空间；

S6、在步骤S5得到的半成品中所述LED芯片2、扩散层3、荧光胶层4的侧面模压第一白墙胶层5、在正负电极及两个凸台之间模压第二白墙胶层6，其中模压温度为80℃，模压压力为120kgf/m²，模压时间为2min；

S7、烘烤固化，将步骤5得到的产品置于100℃的烘箱中烘烤5h，即得所述芯片级LED器件。

实施例2

本实施例提供一种发光角度可控的芯片级LED封装器件，如图2所示，其包括底面设有电极1的蓝宝石LED芯片2，所述电极1由正极和负极组成，所述正极与负极之间具有空隙，所述LED芯片2的顶部和侧面设置有扩散层3，所述扩散层3位于所述电极1的上方，所述扩散层3顶部设置有荧光胶层4，所述LED芯片2、扩散层3、荧光胶层4的侧面设置有第一白墙胶层5，所述LED芯片2的折射率大于所述扩散层3的折射率，所述扩散层3的折射率大于所述荧光胶层4的折射率。本实施例中，所述LED芯片2为蓝宝石芯片，其折射率为1.78，所述扩散层3由扩散粉和封装胶混合制得，所述扩散粉为甲基硅烷，封装胶为硅胶，混合得到的扩散层3厚度为1000μm，折射率为1.3，所述荧光胶层4由稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合制得，其中荧光粉为掺杂铒离子的硅酸盐荧光粉，封装胶为硅树脂，所述荧光胶厚度1000μm，折射率为1.3。

其中，所述扩散粉比重小、润滑性好、疏水性好，材料颗粒的形状为球形，粒径为微米级，粒径的分布高度集中，材料的折射率大于1.3，且具有很好的耐热特性。在高温下，颗粒能保证本身的球度及表面规整度，不降解、黄变，对透光性及扩散效果不会产生负面影响，同时扩散粉材料还具有很高的纯度，对透光率影响很小。

所述正极和负极之间的空隙中设置有第二白墙胶层6，所述第二白墙胶层6包括正极与负极之间的白墙胶层以及向远离所述电极1方向延伸的延伸部，延伸部底面与所述第一白墙胶层5底面平齐，使得第一白墙胶层5与第二白墙胶层6之间成型有沟槽结构，本实施例中所述延伸部的厚度为200μm，在正极和负极之间设置第二白墙胶层6，且使第二白墙胶层6向电极1的底部延伸，使其突出于电极1底面，有效防止了银离子迁移产生的银须，杜绝了芯片正负电极之间的短路；延伸部的设置还缩小了助焊剂的扩散面积，降低了助焊剂对产品性能的影响，提高了产品的可靠性。

所述第一白墙胶层5、第二白墙胶层6的材质为二氧化钛，反射率为96％，所述第一白墙胶层5与LED芯片2、扩散层3、荧光胶层4相接触的表面形状为抛物面，所述第一白墙胶层5还与LED芯片的电极1接触。

本实施例还提供一种发光角度可控的芯片级LED封装器件的封装工艺，其包括如下步骤：

S1、在耐高温材料表面制作制作具有一定排列规律的定位格点，所述定位格点对应于电极1的位置设置，将蓝宝石LED芯片2通过固晶胶固定于耐高温材料表面，所述耐高温材料为金属板、玻璃板或耐高温胶材，所述固晶胶为热解胶或UV胶；

S2、按照荧光粉与封装胶的质量比1:1的比例配制荧光胶、按照扩散粉与封装胶质量比1:1的比例配制扩散层原料；

S3、在步骤S1得到的半成品中LED芯片2顶部和侧面模压扩散层3、在扩散层3顶部模压荧光胶层4，其中，模压温度为150℃，模压压力为120kgf/m²，模压时间为2min；

S4、按照预设的第一白墙胶层的形状将多余的扩散层3和荧光胶层4去除；

S5、将所述步骤S4所得到的半成品，转移到另一耐高温材料表面，所述耐高温材料表面对应所述蓝宝石LED芯片2的电极位置设置有高度为200μm的凸台，在LED芯片2的正负电极之间形成第二白墙胶层6及其延伸部的填充空间；

S6、在步骤S5得到的半成品中所述LED芯片2、扩散层3、荧光胶层4的侧面模压第一白墙胶层5、在正负电极及两个凸台之间模压第二白墙胶层6，其中模压温度为150℃，模压压力为15kgf/m²，模压时间为10min；

S7、烘烤固化，将步骤5得到的产品置于150℃的烘箱中烘烤2h，即得所述芯片级LED器件。

实施例3

本实施例提供一种发光角度可控的芯片级LED封装器件，如图3所示，其包括底面设有电极1的蓝宝石LED芯片2，所述电极1由正极和负极组成，所述正极与负极之间具有空隙，所述LED芯片2的顶部和侧面设置有扩散层3，所述扩散层3位于所述电极1的上方，所述扩散层3顶部设置有荧光胶层4，所述LED芯片2、扩散层3、荧光胶层4的侧面设置有第一白墙胶层5，所述LED芯片2的折射率大于所述扩散层3的折射率，所述扩散层3的折射率大于所述荧光胶层4的折射率。本实施例中，所述LED芯片2为蓝宝石芯片，其折射率为1.78，所述扩散层3由扩散粉和封装胶混合制得，所述扩散粉为甲基硅烷，封装胶为硅胶，混合得到的扩散层3厚度为450μm，折射率为1.55，所述荧光胶层4由稀土掺杂的无机荧光粉与封装胶混合制得，其中荧光粉为掺杂铒离子的硅酸盐荧光粉，封装胶为硅树脂，所述荧光胶厚度500μm，折射率为1.48。

其中，所述扩散粉比重小、润滑性好、疏水性好，材料颗粒的形状为球形，粒径为微米级，粒径的分布高度集中，材料的折射率大于1.3，且具有很好的耐热特性。在高温下，颗粒能保证本身的球度及表面规整度，不降解、黄变，对透光性及扩散效果不会产生负面影响，同时扩散粉材料还具有很高的纯度，对透光率影响很小。

所述正极和负极之间的空隙中设置有第二白墙胶层6，所述第二白墙胶层6包括正极与负极之间的白墙胶层以及向远离所述电极1方向延伸的延伸部，延伸部底面与所述第一白墙胶层5底面平齐，使得第一白墙胶层5与第二白墙胶层6之间成型有沟槽结构，本实施例中所述延伸部的厚度为50μm，在正极和负极之间设置第二白墙胶层6，且使第二白墙胶层6向电极1的底部延伸，使其突出于电极1底面，有效防止了银离子迁移产生的银须，杜绝了芯片正负电极之间的短路；延伸部的设置还缩小了助焊剂的扩散面积，降低了助焊剂对产品性能的影响，提高了产品的可靠性。

所述第一白墙胶层5、第二白墙胶层6的材质为二氧化钛，反射率为96％，所述第一白墙胶层5与LED芯片2、扩散层3、荧光胶层4相接触的表面形状为椭球面，所述第一白墙胶层5还与LED芯片的电极1接触。

本实施例还提供一种发光角度可控的芯片级LED封装器件的封装工艺，其包括如下步骤：

S1、在耐高温材料表面制作制作具有一定排列规律的定位格点，所述定位格点对应于电极1的位置设置，将蓝宝石LED芯片2通过固晶胶固定于耐高温材料表面，所述耐高温材料为金属板、玻璃板或耐高温胶材，所述固晶胶为热解胶或UV胶；

S2、按照荧光粉与封装胶的质量比0.5:1的比例配制荧光胶、按照扩散粉与封装胶质量比0.6:1的比例配制扩散层原料；

S3、在步骤S1得到的半成品中LED芯片2顶部和侧面模压扩散层3、在扩散层3顶部模压荧光胶层4，其中，模压温度为120℃，模压压力为75kgf/m²，模压时间为5min；

S4、按照预设的第一白墙胶层的形状将多余的扩散层3和荧光胶层4去除；

S5、将所述步骤S4所得到的半成品，转移到另一耐高温材料表面，所述耐高温材料表面对应所述蓝宝石LED芯片的电极位置设置有高度为50μm的凸台，在LED芯片2的正负电极之间形成第二白墙胶层6及其延伸部的填充空间；

S6、在步骤S5得到的半成品中所述LED芯片2、扩散层3、荧光胶层4的侧面模压第一白墙胶层5，其中模压温度为110℃，压力为80kgf/m²，模压时间为6min；

S7、烘烤固化，将步骤5得到的产品置于120℃的烘箱中烘烤3h，即得所述芯片级LED器件。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。