集成光学元件的LED器件扇出封装结构及制备方法

本发明涉及半导体封装，特别涉及一种集成光学元件的led器件扇出封装结构，还涉及一种集成光学元件的led器件扇出封装结构的制备方法。

背景技术：

1、随着电子设备的集成度越来越高，小型化、可穿戴化成为电子设备发展的趋势。显示屏是最重要的人机交互设备，由密集排列的led芯片组成。mini led、micro led的出现使其在体积上、分辨率上得到了很大的提高。有效缩小led芯片之间的排列间距，减小封装尺寸成为进一步提高分辨率、减小设备体积的关键方法。其中，扇出封装具有小型化、集成度高、成本低等优点，是最具有发展前景的封装方法，可以有效减小mini led、micro led芯片的封装体积。

2、led芯片大多具有朗伯光源的特点，即光线从芯片呈发散状发出。led芯片的朗伯光源的特点决定了它一般需要配置光学元件来适应各种应用场合。对于mini led、microled芯片，尺寸上的微小和密集的排列使得在芯片阵列上单独制作适配的光学元件变得困难。在使用过程中，led芯片的发热、外力的影响都可能使光学元件损坏或从led芯片阵列上脱落，而对于需要发光一致性高的应用，这将直接导致报废，使用、维护成本居高不下。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种集成光学元件的led器件扇出封装结构，解决mini led、micro led封装尺寸大、光学元件阵列容易被剥离的问题。

2、本发明实施例还提供一种集成光学元件的led器件扇出封装结构的制备方法。

3、根据本发明第一方面的实施例，提供一种集成光学元件的led器件扇出封装结构，包括光学元件层、led芯片、封装层、线路层、线路保护层，其中，所述光学元件层包括呈阵列相连排列或不规则相连排列的多个光学元件，所述光学元件具有第一出光面和与出光相对底面，所述光学元件之间通过侧向连接薄板相连组成所述光学元件层，相邻两个所述光学元件之间设置有通孔结构以及具有凹槽区域，相邻两个所述光学元件及两者之间的所述侧向连接薄板共同围成所述凹槽区域，所述通孔结构设置在所述侧向连接薄板上，以将所述凹槽区域和所述光学元件的出光相对底面连通；所述led芯片固定在所述光学元件的出光相对底面，所述led芯片具有第二出光面以及背离所述第二出光面的电极，所述led芯片的第二出光面朝向所述光学元件的出光相对底面；所述封装层包覆所述led芯片的侧面，并覆盖所述光学元件的出光相对底面；所述封装层完全填充所述通孔结构，部分填充或完全填充所述凹槽区域，以防止所述光学元件之间的出光串扰，且使所述led芯片和所述光学元件一体封装；所述线路层位于所述led芯片的电极一侧，所述线路层贴合于所述封装层，所述线路层与所述led芯片的电极电气连接；所述线路保护层贴合于所述线路层，并暴露出特定区域作为焊盘结构。

4、上述集成光学元件的led器件扇出封装结构，至少具有以下有益效果：本发明采用扇出封装方式对led芯片进行封装，可以将led芯片的间距做到很小，减小了led芯片的封装体积，提高显示设备的分辨率。若在封装好的led芯片的阵列上再对其中每一个led芯片制作光学元件进行安装，如此则需要精密复杂的工艺技术，成本较高；本发明将光学元件层引入到led芯片的扇出封装中，光学元件层可以先用比较成熟的大规模微光学元件阵列制造技术制造，再整体安装到芯片阵列上，只需现有的led芯片摆放技术即可将led芯片的位置和光学元件位置匹配，可降低制造难度和降低制造成本。由于led芯片在使用过程中会发热导致翘曲，还可能收到外力的作用，造成与其匹配的光学元件脱落或损坏，本发明通过在光学元件层上的通孔结构使封装层在包覆led芯片的同时，也能全部包覆或部分包覆光学元件层，led芯片和光学元件层一起被封在封装层中，可靠牢固，不易被剥离。

5、根据本发明第一方面的实施例，所述光学元件层上的通孔结构设置至少一个，所述通孔结构的截面形状为圆形或方形。

6、根据本发明第一方面的实施例，所述光学元件层设置至少两层，前一级所述光学元件层的第一出光面朝向后一级所述光学元件层的出光相对底面。

7、根据本发明第一方面的实施例，所述光学元件包括光栅、透镜、反射镜、增透膜、滤光片、荧光转换层中的其中一种或几种；所述光学元件具有光学透过性、光学散射、衍射、波导、光谱转换、水氧隔离的其中一种或几种功能。

8、根据本发明第一方面的实施例，位于在所述光学元件的出光相对底面的所述led芯片设置至少一个，所述led芯片的发光颜色为红光、蓝光、绿光的其中一种，所述led芯片的芯片结构为倒装芯片或正装芯片。

9、根据本发明第二方面的实施例，提供一种集成光学元件的led器件扇出封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10、s1，提供一层光学元件层，所述光学元件层具有多个光学元件，相邻两个所述光学元件之间设置有通孔结构以及具有凹槽区域；

11、s2，将led芯片固定于所述光学元件，使用封装材料对所述光学元件层和所述led芯片一体封装形成封装层，所述封装层包覆所述led芯片的侧面，所述封装层完全填充所述通孔结构，部分填充或完全填充所述凹槽区域；

12、s3，通过机加工或特种加工方法中的一种或两种，对所述封装层进行加工，使所述led芯片的电极从所述封装层的表面暴露出来；

13、s4，在暴露出电极的所述封装层表面和所述led芯片的电极表面制作线路层，形成电极表面引出线路；

14、s5，在所述线路层表面的非焊盘区域制备线路保护层，暴露出部分线路层以作焊盘结构，从而将所述led芯片的电性引出。

15、上述集成光学元件的led器件扇出封装结构的制备方法，至少具有以下有益效果：本发明将光学元件层引入扇出封装工艺步骤，光学元件层可以先用比较成熟的大规模微光学元件阵列制造技术制造，再整体安装到芯片阵列上，只需现有的led芯片摆放技术即可将led芯片的位置和光学元件位置匹配，可降低制造难度和降低制造成本。使用封装材料对光学元件层和led芯片一体封装形成封装层，在光学元件层上的通孔结构使封装层在包覆led芯片的同时，也能全部包覆或部分包覆光学元件层，led芯片和光学元件层一起被封在封装层中，保证光学元件层可靠牢固，不易被剥离。

16、根据本发明第二方面的实施例，所述步骤s2中，所述封装层采用的封装材料为环氧塑封料、有机硅、聚酰亚胺、陶瓷、金属材料中的其中一种或几种；所述封装层的封装方法包括传递模塑成型、真空膜压、注塑成型、刮涂中的其中一种或几种。

17、根据本发明第二方面的实施例，所述步骤s4中，所述线路层的制备方法包括以下步骤：

18、s4-1，在暴露出电极的所述封装层表面和所述led芯片的电极表面上覆盖一层光刻胶层，采用掩膜板曝光或无掩膜板曝光的方法在光刻胶层形成线路图案，线路图案包括固定焊盘和固定线路；

19、s4-2，对线路图案进行金属化，形成线路层；金属化的制备方法包括磁控溅射、蒸镀、电镀、化学镀、印刷、刻蚀中的其中一种或几种；所述线路层的成分包括金属和/或导电聚合物。

20、根据本发明第二方面的实施例，在所述步骤s5中，所述线路保护层的制备方法包括以下步骤：

21、s5-1，采用包括电镀、化学镀至少一种镀膜工艺在所述线路层镀上镍、钯、金、银中的其中一种或几种，以形成所述线路保护层；或者，采用喷涂、旋涂、刮涂、3d打印、印刷的其中一种或几种方法在所述线路层覆盖聚合物薄膜，以形成所述线路保护层；

22、s5-2，在所述线路保护层开窗，露出部分线路层，以作焊盘结构。

23、根据本发明第二方面的实施例，通过所述步骤s1至s5，制作出集成光学元件的led器件扇出封装结构，将其进行切割成独立的器件单元，一个所述器件单元包括至少一个led芯片和至少一个光学元件。