半导体发光器件及半导体发光器件封装结构的制作方法

1.本实用新型涉及半导体发光技术领域，尤其涉及一种半导体发光器件和一种半导体发光器件封装结构。


背景技术：

2.晶片级封装(csp，chip scale package)光源具有小尺寸、高功率密度、低成本以及应用端设计灵活、易混光混色的特点而受到市场的青睐，然而一些高效的光色转换材料却对湿气相当的敏感，所以因在实际制造过程中受到封装工艺的限制，csp光源的综合性能一直未达到预期，至今现有led(light-emitting diode，发光二极管)技术仍无良好的湿气阻隔方案可应用于csp发光装置。
3.因此，如何提升csp光源的湿气阻隔能力是目前led业界亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.因此，为克服现有技术中的至少部分缺陷，本实用新型实施例提供了一种半导体发光器件及一种半导体发光器件封装结构，具有湿气阻隔能力强、发光效率高的特点。
5.具体地，一方面，本实用新型一个实施例提供的一种半导体发光器件，包括：半导体发光二极管芯片，具有相对的第一表面和第二表面，所述第二表面上设置有电极；第一光色转换层，邻近所述半导体发光二极管芯片的第一表面设置，所述第一光色转换层内含有非湿气敏感的第一波长转换材料；第二光色转换层，设置在所述第一光色转换层和所述半导体发光二极管芯片之间，所述第二光色转换层内含有湿气敏感的第二波长转换材料；光透射层，设置在所述第一光色转换层朝向所述第二光色转换层的一侧并围绕所述第二光色转换层。
6.在本实用新型的一个实施例中，还包括反射封装层，设置在所述第一光色转换层朝向所述第二光色转换层的一侧，所述反射封装层围绕所述光透射层和所述半导体发光二极管芯片，并使得所述电极至少部分地从所述反射封装层暴露，所述光反射封装层包括光反射材料。
7.在本实用新型的一个实施例中，所述半导体发光二极管芯片还包括连接于所述第一表面和所述第二表面之间的侧面，所述半导体发光二极管芯片嵌设在所述光透射层中，且使所述第二表面从所述光透射层暴露，所述光透射层远离所述侧面的一侧形成斜面，所述斜面与所述侧面之间的距离沿所述第二表面至所述第一表面的方向逐渐增大。
8.在本实用新型的一个实施例中，所述电极凸出于所述第二表面，且所述电极具有沿所述第一表面至所述第二表面的方向的电极高度，所述电极高度为35～100μm。
9.在本实用新型的一个实施例中，所述第一光色转换层具有沿所述第一表面至所述第二表面方向的第一厚度，所述第一厚度为50～250μm，所述第二光色转换层具有沿所述第一表面至所述第二表面方向的第二厚度，所述第二厚度为20～100μm。
10.在本实用新型的一个实施例中，所述第二光色转换层具有与所述第一表面相对的
第三表面，所述第三表面的面积与所述第一表面的面积比值范围为1.5～0.6。
11.在本实用新型的一个实施例中，所述光透射层采用触变性透明胶材。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述第一波长转换材料包括黄色荧光材料和绿色荧光材料的至少之一，所述第二波长转换材料包括红色荧光材料。
13.在本实用新型的一个实施例中，还包括透光基板，设置在所述第一光色转换层远离所述第二光色转换层的一侧，所述透光基板具有沿所述第一表面至所述第二表面方向的第三厚度，所述第三厚度为50～100μm。
14.另一方面，在本实用新型的另一个实施例提供一种半导体发光器件封装结构，包括：第一光色转换膜片，含有非湿气敏感的第一波长转换材料；多个第二光色转换膜片，分别固定在所述第一光色转换膜片的一个表面上且按照预设间距排布，所述第二光色转换膜片含有湿气敏感的第二波长转换材料；多个光透射结构，设置在所述第一光色转换膜片上且一一对应覆盖所述多个第二光色转换膜片；多个半导体发光二极管芯片，与所述多个光透射结构一一对应且分别嵌设在所述多个光透射结构中，每个所述半导体发光二极管芯片远离所述第一光色转换膜片的一侧设置有电极，所述电极从所述光透射结构暴露；反射封装结构，设置在所述第一光色转换膜片朝向所述第二光色转换膜片的一侧，所述反射封装结构围绕所述多个光透射结构和所述半导体发光二极管芯片，并使得所述电极至少部分地从所述反射封装结构暴露，所述反射封装结构包括光反射材料。
15.由上可知，本实用新型上述实施例可以达成以下一个或多个有益效果：通过用第一光色转换层与光透射层对第二光色转换层进行包围，使湿气不易渗透至湿气敏感的第二波长转换材料，可提升半导体发光器件的湿气阻隔性能，防止在使用过程中湿气敏感荧光材料性能不稳定，同时提升半导体发光器件的亮度及使用寿命。
16.通过以下参考附图的详细说明，本实用新型的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本实用新型的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
17.下面将结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。
18.图1为本实用新型一个实施例提供的的半导体发光器件的剖视图；
19.图2为本实用新型另一个实施例提供的半导体发光器件的剖视图；
20.图3为本实用新型另一个实施例提供的半导体发光器件封装结构的剖视图。
21.【附图标记说明】
22.10：半导体发光器件；11：半导体发光二极管芯片；12：电极；13：第一光色转换层； 14：第二光色转换层；15：光透射层；16：反射封装层；17：透光基板；111：第一表面； 112：第二表面；113：侧面；131：第一波长转换材料；141：第二波长转换材料；142：第三表面；151：斜面；20：半导体发光器件封装结构；11：多个半导体发光二极管芯片；12：电极；23：第一光色转换膜片；24：多个第二光色转换膜片；25：多个光透射结构；26：反射封装结构；27：透光基板；28：围坝。
具体实施方式
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
24.为了使本领域普通技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
25.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
26.还需要说明的是，本实用新型中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。
27.如图1所示，其为本发明一个实施例提供的一种半导体发光器件10，该半导体发光器件10包括半导体发光二极管芯片11、第一光色转换层13、第二光色转换层14和光透射层15。其中半导体发光二极管芯片11具有相对的第一表面111和第二表面112，第二表面112上设置有电极12。第一光色转换层13邻近半导体发光二极管芯片11的第一表面 111设置。第一光色转换层13内含有非湿气敏感的第一波长转换材料131。第二光色转换层14设置在第一光色转换层13和半导体发光二极管芯片11之间。第二光色转换层14内含有湿气敏感的第二波长转换材料141。光透射层15，设置在第一光色转换层13朝向第二光色转换层14的一侧并围绕第二光色转换层14。
28.其中，半导体发光二极管芯片11例如为led(light emitting diode)晶片，具体地例如为蓝光led晶片。参照图1中的方位，第一表面111为下表面、第二表面112为上表面。电极12例如为焊接电极，具体的为锡合金焊料或者其它具有可焊性金属材料，电极 12例如凸出于第二表面112，并具有沿第一表面111至第二表面112的方向的电极高度。电极高度范围例如为35～100μm，防止后期因最终封胶太薄导致漏光或者封胶太厚导致产品高、对蓝光吸收过多影响出光率。
29.其中，第一光色转换层13例如为一层独立的荧光胶树脂膜，例如包括胶体和混合在胶体中的第一波长转换材料131。胶体例如为硅树脂或环氧树脂。第一波长转换材料131 例如为湿气不敏感荧光粉，具体的例如是非氟化物荧光粉，例如非氟化物黄色荧光粉或非氟化物绿色荧光粉等。举例而言，第一波长转换材料131例如包括ga-yag、lu-yag体系的荧光粉等，第一光色转换层13例如可通过在胶体中混合一种或多种颜色(例如黄色和绿色)的荧光粉后固化成型得到。当然第一光色转换层13例如还可以是由多层独立的荧光胶树脂膜堆叠形成。第一光色转换层13例如具有沿第一表面111至第二表面112方向的第一厚度，第一厚度范围为50～250μm。
30.其中，第二光色转换层14例如为一层独立的荧光胶树脂膜，例如包括胶体和混合在胶体中的第二波长转换材料141。胶体例如为硅树脂或环氧树脂。第二波长转换材料141 例如为湿气敏感的荧光粉，例如氟化物荧光粉，具体的例如ksf荧光粉(氟化物红色荧光粉)等。ksf荧光粉存在易受湿气潮解劣化的问题，其潮解劣化主要原因是其中所含的mn
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激活荧光粉的困扰。当然ksf荧光粉仅为第二波长转换材料141的一种举例说明，本实施例并不限制如此，其它颜色或材料的具有类似易受湿气潮解劣化而影响发光质量的湿气敏感型荧光粉(例如蓝色磷酸盐荧光粉)也在本实施例第二波长转换材料141的涵盖范围内。第二光色转换层14具有沿第一表面111至第二表面112方向的第二厚度，第二厚度范围例如为20～100μm。在一些实施例中第一厚度大于第二厚度。第二光色转换层14例如还具有与第一表面111相对的第三表面142，第三表面142的面积与第一表面111的面积比值范围例如为1.5～0.6，在一些实施例中第二光色转换层14的面积小于第一光色转换层13面积。
[0031]
其中，第一波长转换材料131例如用于将半导体发光二极管芯片11发射的光转换成具有第一波长的光。第二波长转换材料141例如用于将半导体发光二极管芯片11发射的光转换成具有第二波长的光。第一波长可以大于第二波长也可以小于第二波长。举例而言，第二波长转换材料141例如ksf红色荧光粉，第一波长转换材料131例如包括黄色荧光材料或者绿色荧光材料或者黄绿色混合的荧光材料，则第一波长比第二波长长。
[0032]
其中，光透射层15例如为高透明度的胶层，使得半导体发光二极管芯片11发射出的光能通过光透射层15。光透射层15设置在第一光色转换层13朝向第二光色转换层14的一侧并围绕第二光色转换层14。可以理解的是光透射层15和第一光色转换层13将第二光色转换层14包裹。具体地，半导体发光二极管芯片11还包括连接于第一表面111和第二表面112之间的侧面113，半导体发光二极管芯片11嵌设在光透射层15中，且使第二表面112从光透射层15暴露。可以理解的是，如图1中所示的，光透射层15设置在第一光色转换层13朝向第二光色转换层14的一侧，光透射层15围绕半导体发光二极管芯片11 的侧面113，使得第二光色转换层14被包裹在第一光色转换层13、光透射层15和半导体发光二极管芯片11之间。由于第二光色转换层14内含有湿气敏感的第二波长转换材料 141，通过上述将第二光色转换层14包裹的结构使得第二波长转换材料141不易被湿气侵蚀，且具有高效发光的效果。更具体地，光透射层15远离侧面113的一侧形成斜面151。斜面151与侧面113之间的距离沿第二表面112至第一表面111的方向逐渐增大，斜面 151可以为通过触变性透明胶材自成型形成的凸面或凹面，提高光取出效率。具体地触变性胶材例如包括硅胶和填充在硅胶中的纳米颗粒，通过调整纳米颗粒的浓度可以调整其触变性，也即形成弧形斜面的形状。触变性透明胶材中例如不含荧光材料。
[0033]
具体地，半导体发光器件10例如还包括反射封装层16，设置在第一光色转换层13朝向第二光色转换层14的一侧，反射封装层16围绕光透射层15和半导体发光二极管芯片 11，并使电极12至少部分地从反射封装层16暴露。反射封装层16包括光反射材料。举例而言，反射封装层16例如为白色胶层，例如可以为白色硅胶层或者由填充有光反射材料粉末的树脂形成。光反射材料例如可以是白色陶瓷粉末或者白色金属粉末。反射封装层 16围绕
在光透射层15外，半导体发光二极管芯片11从侧面113发出的光经光透射层15 照射至反射封装层16与光透射层15结合的界面，并被反射封装层16反射提升出光效率。并且如前述提到的，光透射层15形成凸形或者凹形的斜面151，可以防止光反射回半导体发光二极管芯片11的内部而进一步提高出光效率。同时反射封装层16也起到保护半导体发光二极管芯片11和第二光色转换层14的作用，可减缓和抵抗湿气的入侵。
[0034]
参照图2，半导体发光器件10例如还包括透光基板17。透光基板17例如设置在第一光色转换层13远离第二光色转换层14的一侧。透光基板17具有沿第一表面111至第二表面112方向的第三厚度，第三厚度范围例如为50～100μm。其中透光基板17例如为高透光率的基板，具体的例如为玻璃或者蓝宝石基板。保证透射出光的同时还起一定的支撑作用，透光基板17具有合适的厚度可以避免太厚减少出光效率或太薄起不到保护作用。透光基板17还有利于在后续贴片工艺中将该半导体发光器件10组装至电路板上时对其它胶材的反吸作用，降低半导体发光器件10的粘度。
[0035]
本实用新型上述实施例的半导体发光器件10例如可以通过先制备整个的封装结构再切割形成，如图3所示，本实施例提供一种半导体发光器件封装结构20。半导体发光器件封装结构20例如包括第一光色转换膜片23、多个第二光色转换膜片24、多个光透射结构 25、多个半导体发光二极管芯片11以及反射封装结构26。
[0036]
其中，第一光色转换膜片23含有非湿气敏感的第一波长转换材料。多个第二光色转换膜片24分别固定在第一光色转换膜片23的一个表面上且按照预设间距排布。第二光色转换膜片24含有湿气敏感的第二波长转换材料。多个光透射结构25设置在第一光色转换膜片23上且一一对应覆盖多个第二光色转换膜片24。多个半导体发光二极管芯片11与多个光透射结构25一一对应且分别嵌设在多个光透射结构25中。其中每个半导体发光二极管芯片11远离第一光色转换膜片23的一侧设置有电极12，电极12从光透射结构25暴露。反射封装结构26设置在第一光色转换膜片23朝向第二光色转换膜片24的一侧。反射封装结构26围绕多个光透射结构25和半导体发光二极管芯片11，并使得电极12至少部分地从反射封装结构26暴露。反射封装结构26包括光反射材料。
[0037]
举例而言该半导体发光器件封装结构20例如可以通过以下方法步骤制得。
[0038]
步骤s1：在每个半导体发光二极管芯片11对应的表面上制备电极12。其中，半导体发光二极管芯片11例如为led晶片。半导体发光二极管芯片11例如具有相对的第一表面和第二表面。电极12例如形成在第二表面上。电极12例如为焊接电极，具体的为锡合金焊料或者其它具有可焊性金属材料。电极12具体的为厚度35-100μm的金属凸点。
[0039]
步骤s2：将第一光色转换膜片23固定在中间承载体上。具体的例如采用树脂材料将第一光色转换膜片23固定在中间承载体上。其中，树脂材料为高气密性低湿气渗透高透光率材料，中间承载体例如为热离型分解膜或者uv膜等。第一光色转换膜片23例如包括胶体和混合在胶体中的第一波长转换材料。胶体例如为硅树脂或环氧树脂。第一波长转换材料例如为湿气不敏感荧光粉，具体的例如是非氟化物荧光粉，例如非氟化物黄色荧光粉或非氟化物绿色荧光粉等。举例而言，第一波长转换材料例如包括ga-yag、lu-yag体系的荧光粉等，第一光色转换层13例如可通过在胶体中混合由多种颜色(例如黄色和绿色)的荧光粉后并固化成型。步骤s2中可以采用已经固化成型并按照需求尺寸裁剪好的第一光色转化膜片23。
[0040]
步骤s3：在第一光色转换膜片23上按照预设间距固定多个第二光色转换膜片24。其中多个第二光色转换膜片24例如等间距布置。第二光色转换膜片24例如包括胶体和混合在胶体中的第二波长转换材料。胶体例如硅树脂或环氧树脂。第二波长转换材料例如为湿气敏感的荧光粉，例如氟化物荧光粉，具体的例如ksf荧光粉(氟化物红色荧光粉)等。 ksf荧光粉存在易受湿气潮解劣化的问题，其潮解劣化主要原因是其中所含的mn
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价态的变化，如潮解形成含mn
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h2o和k2mnf5·
h2o，而在双85高温高湿环境下 (85℃和85％相对湿度)荧光粉表面的[mnf6]2–
可快速水解为mno2而变黑。杂质锰离子价态存在会影响mn
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的吸收/辐射跃迁，其多价态共存问题成为研发新型高效mn
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激活荧光粉的困扰。当然ksf荧光粉仅为第二波长转换材料的一种举例说明，本实施例并不限制如此，其它颜色或材料的具有类似易受湿气潮解劣化而影响发光质量的湿气敏感型荧光粉 (例如蓝色磷酸盐荧光粉)也在本实施例第二波长转换材料的涵盖范围内。其中步骤s3中例如采用已经固化成型并按照需求尺寸裁剪好的第二光色转换膜片24。第二光色转换膜片 24的面积小于第一光色转换膜片23的面积。每个第二光色转换膜片24的面积例如与步骤 s1中的半导体发光二极管芯片11的面积比为1.5～0.6。
[0041]
步骤s4：将触变性透明胶材对应涂敷在每个第二光色转换膜片24上。其中触变性透明胶材可自成型为弧形斜面。具体地触变性胶材例如包括硅胶和填充在硅胶中的纳米颗粒，通过调整纳米颗粒的浓度可以调整其触变性，也即形成弧形斜面的形状。触变性透明胶材中例如不含荧光材料。
[0042]
步骤s5：将制备了金属凸点的半导体发光二极管芯片11一一对应转移至触变性透明胶材中。并使得电极12朝向远离第一光色转换膜片23的一侧。触变性透明胶材分别在各自对应的半导体发光二极管芯片11和第二光色转换膜片24的四周自成型成弧形斜面的结构。在步骤s5中，由于触变性透明胶材的触变特性，使得触变性透明胶材可以延伸至半导体发光二极管芯片11的侧面，并形成弧形斜面的结构。
[0043]
步骤s6：固化触变性透明胶材形成光透射结构25。其中每个光透射结构25例如围绕各自对应的半导体发光二极管芯片11，并且使得半导体发光二极管芯片11的第一表面露出。每个光透射结构25分别和与其对应的一个半导体发光二极管芯片11，以及第二光色转换膜片24将第一光色转换膜片23包裹。具有弧形斜面的光透射结构25可减少半导体发光二极管芯片11发出的光被反射回半导体发光二极管芯片11内部，同时该结构还可以起到保护第二光色转换膜片24免受湿气入侵的作用。
[0044]
步骤s7：在第一光色转换膜片23的外边缘成型成一定高度的围坝28。围坝28例如通过围坝胶固化形成，围坝胶例如可以采用乳白色硅胶等有机材料，本实施例并不限制。
[0045]
步骤s8：在围坝28内填充反射封装胶材，以使反射封装材料填充于多个光透射结构 25之间以及多个半导体发光二极管芯片11之间，对该反射封装胶材进行固化处理以形成反射封装结构26。反射封装胶材例如为白色胶层，例如可以为白色硅胶层或者由填充有光反射材料粉末的树脂形成。光反射材料例如可以是白色陶瓷粉末或者白色金属粉末。
[0046]
步骤s9：将反射封装结构26进行磨平抛光处理，使芯片11上的金属电极12至少部分的从反射封装结构26暴露。并保证金属电极12之间有反射封装结构26分隔包覆。
[0047]
其中步骤s9完成之后即制得前述半导体发光器件封装结构20。步骤s9之后例如还执行步骤s10：按设计尺寸切割半导体发光器件封装结构20。以得到前述实施例所述的半导
体发光器件10。可以理解的是最终制得的半导体发光器件10是不包括中间承载体的，也即步骤s10中例如还包括将中间承载体剥离的步骤。可以将步骤s10制得的半导体发光器件10转移到灯板上直接使用。
[0048]
其中，前述步骤s1可以与步骤s2～s4同步执行，本实施例并不限制其执行顺序。其中，在另一种制备方法中，例如可以将第一光色转换膜片23的固定置后执行，具体的例如将步骤s2和步骤s3例如可以替换成步骤s11：将第二光色转换膜片24按照预设间距排布在第一中间承载体上。即在执行步骤s4之前先执行步骤s11。步骤s8得到过渡封装结构，并且在步骤s8之后增加步骤s12：将步骤s8得到的过渡封装结构翻转至第二中间承载体上，并将原来的第一中间承载体剥离。步骤s13：在第二中间承载体上形成与围坝 28对齐的第二围坝。步骤s14：在翻转后的过渡中间结构上形成第一光色转换膜片23。在步骤s14之后跳过步骤s9再执行步骤s10，也可得到如图1所示的半导体发光器件10。
[0049]
在另一种实施方式中，例如还可以在步骤s2替换为步骤s15：将第一光色转换膜片 23固定在一透光基板27上，并将透光基板27转移至中间承载体上。使得第一光色转换膜片23位于中间承载体远离透光基板27的一侧。其余步骤保持不变，可以得到如图2所示的半导体发光器件10。
[0050]
上述实施例提供的半导体发光器件封装结构20中多个第二光色转换膜片24分别被第一光色转换膜片23和对应的光透射结构25、半导体发光二极管芯片11包裹，因此在步骤 s10执行时，切割所产生的水汽不会侵蚀第二光色转换膜片24，有效的保护了第二光色转换膜片24内的湿气敏感的第二波长转换材料。并且制得的半导体发光器件10同样具有抗湿气能力强的特点。
[0051]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。