一種芯片級LED封裝體、封裝方法及封裝模具與流程

本發明涉及半導體照明領域，具體涉及一種結構簡單、集中出光、成本低的芯片級led封裝體，以及制備該芯片級led封裝體的封裝方法及封裝模具。

背景技術：

led(lightemittingdiode)，發光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。led燈的出現，相對于普通燈(白熾燈等)具有節能、壽命長、適用性好、回應時間短、環保等優點。

csp(chipscalepackage)封裝即芯片級封裝，是下一代led封裝結構的發展趨勢。目前單面出光結構的cspled實現方式主要是使用白色的圍墻或者白色塑料反射杯將發出的側面光線進行反射，以達到單面出光的效果。但是這類方法增加了材料成本，而且整體工藝更加復雜。目前所采用的工藝主要是封模工藝(molding工藝)，需要采用白色圍壩框架，設計合適的注塑模具，將灌封膠注入其中，再加熱固化，最后還要用劃片切割機進行切割。如中國實用新型專利申請號為：201520548247.7提供的一種基于注塑件的csp封裝結構及led器件所示。該種csp封裝結構材料多樣，成本高，且工藝復雜。同時，這種工藝注入的液態灌封膠，易發生熒光粉沉降導致色溫漂移、一致性差、且存在白色圍壩材料滲入芯片電極面的風險。

技術實現要素：

為此，本發明提供一種結構簡單、集中出光、成本低的芯片級led封裝體，以及制備該芯片級led封裝體的封裝方法及封裝模具。

為達到上述目的，本發明提供的一種芯片級led封裝體，包括：封裝膠體及封裝在封裝膠體內的led芯片，所述led芯片具有出光表面、與該出光表面相對的芯片底面及連接出光表面與芯片底面之間的出光側面；所述封裝膠體具有正對led芯片的出光表面的封裝表面、平齊于芯片底面的封裝底面及連接封裝表面與封裝底面之間的封裝側面；所述封裝側面包括：從封裝底面向封裝表面依次連接的第一封裝側面、第二封裝側面及第三封裝側面；

所述led芯片的主出光角度為γ，所述封裝膠體的折射率為n1，所述空氣折射率折射率為n2，所述led芯片的出光表面與芯片底面之間的高度為t，所述led芯片的出光表面的其中一邊長為l1，所述封裝底面與led芯片的邊長l1相對應的邊長為l2；則對應該led芯片的出光表面的邊長l1及封裝底面的邊長l2的封裝側面參數如下：

所述封裝底面為第一平面，所述第一封裝側面連接封裝底面并向外延伸設置，其與第一平面的角度為β1，第一封裝側面兩端在垂直于第一平面方向的高度為h1，則：

其中，β0為加工精度誤差的角度，β0＝1°～10°；

h1＝t×(1.1～1.3)

所述第二封裝側面連接第一封裝側面并向外延伸設置并與封裝底面的角度為β2，第二封裝側面的兩端在垂直于第一平面方向的高度為h2，則：

所述第三封裝側面連接第二封裝側面并向內延伸設置，其與封裝底面的角度為β3，第三封裝側面的兩端在垂直于第一平面方向的高度為h3，則：

本發明的一種優選方案，加工精度誤差角度β0＝2°～5°。

本發明的另一種優選方案，所述封裝膠體為熒光膠體。

進一步的，所述熒光膠體為熒光粉與透明膠體以1：0.3～1：20的重量比配比而成。

本發明還提供一種封裝方法，包括如下步驟：

s1，提供led芯片、封裝膠及封裝模具，所述封裝模具上設有與如上所述的芯片級led封裝體的封裝膠體的外形相匹配的容置槽；

s2，將led芯片固晶在容置槽的槽底，將封裝膠置于該容置槽內；

s3，將封裝膠固化成與容置槽形狀一致的膠體，進而形成封裝膠體；

s4，離模，得到如上所述的芯片級led封裝體。

本發明的一種優選方案，在步驟s2之前，還包括步驟s2’，將封裝膠制成半固化熒光膠膜片。

進一步的，步驟s2中，將半固化熒光膠膜片通過真空熱壓的方式置于該容置槽內。

本發明還提供一種封裝模具，包括：底板及隔板，所述隔板具有相對的第一表面及第二表面，所述隔板設有從第一表面貫穿至第二表面的槽孔，所述槽孔的槽壁自第一表面至第二表面方向上分別形成與如上所述的芯片級led封裝體的第一封裝側面、第二封裝側面及第三封裝側面相匹配的第一側壁面、第二側壁面及第三側壁面，所述隔板的第一表面貼設于底板上，底板的表面與隔板的槽孔共同圍合成一容置槽。

本發明的一種優選方案，還包括一耐溫膠帶，所述耐溫膠帶設置在隔板的第一表面與底板之間。

本發明的另一種優選方案，所述底板與隔板上均設有定位孔，底板與隔板的定位孔向對應并通過穿設定位銷進行定位。

通過本發明提供的技術方案，具有如下有益效果：

該結構針對芯片三個出光段(正面主出光段、側面水平出光段、大角度出光段)，分別在封裝膠體的封裝側面上設計不同斜率、不同尺寸的第一封裝側面、第二封裝側面及第三封裝側面，使得led芯片的側面水平出光段、大角度出光段出射的光在封裝膠體的封裝側面盡可能發生全發射，最終使得光線主要從封裝膠體的正面發出，光線集中。該結構簡單，無白色圍壩或塑料碗杯等材料，即可實現高光效、高品質、低成本的cspled光源。本發明同時設計了相應的制造方法及封裝模具，工藝步驟簡單。

附圖說明

圖1所示為led芯片的出光示意圖；

圖2所示為實施例中芯片級led封裝體的俯視圖；

圖3所示為實施例中芯片級led封裝體的正視圖；

圖4所示為圖2中芯片級led封裝體a1-a2線的截面示意圖；

圖5所示為圖4中的部分放大示意圖一；

圖6所示為圖4中的部分放大示意圖二；

圖7所示為圖4中的部分放大示意圖三；

圖8所示為實施例中芯片級led封裝體的出光示意圖二；

圖9所示為實施例中封裝模具的結構示意圖；

圖10所示為實施例中封裝過程中的切割示意圖；

圖11所示為實施例中切割刀組件的外觀示意圖。

具體實施方式

為進一步說明各實施例，本發明提供有附圖。這些附圖為本發明揭露內容的一部分，其主要用以說明實施例，并可配合說明書的相關描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內容，本領域普通技術人員應能理解其他可能的實施方式以及本發明的優點。圖中的組件并未按比例繪制，而類似的組件符號通常用來表示類似的組件。

現結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。

本實施例附圖中，圖1中的虛線為輔助線，圖2、圖3中的虛線為不可見的內部結構線。

參照圖1所示，led芯片12的出光主要包括由出光表面出光的正面主出光段x1、由出光表面或出光側面傾斜出光的大角度出光段x2及由出光側面平行出光的側面水平出光段x3。

參照圖2至圖8所示，本發明提供的一種芯片級led封裝體1，包括：封裝膠體11及封裝在封裝膠體11內的led芯片12，所述led芯片12具有出光表面(圖示中led芯片12的上表面)、與該出光表面相對的芯片底面(圖示中led芯片12的下表面)及連接出光表面與芯片底面之間的出光側面；所述封裝膠體11具有正對led芯片12的出光表面的封裝表面(封裝膠體11的上表面)、平齊于芯片底面的封裝底面(封裝膠體11的下表面)及連接封裝表面與封裝底面之間的封裝側面；所述封裝側面包括：從封裝底面向封裝表面依次連接的第一封裝側面111(即圖示中的a-b所在的側面)、第二封裝側面112(即圖示中的b-c所在的側面)及第三封裝側面113(即圖示中的c-d所在的側面)。

所述第一封裝側面111對應圖1中led芯片12的側面水平出光段x3，第二封裝側面112對應圖1中led芯片12的大角度出光段x2，第三封裝側面113對應圖1中led芯片12的正面主出光段x1較外圍出光區域，防止該區域在封裝表面上發生全反射。

所述led芯片12的出光表面的邊長長度為l1，封裝膠體11的封裝底面的邊長長度為l2，封裝膠體11的折射率為n1，空氣的折射率為n2。所述封裝底面設為第一平面(本實施例中即為水平面)。對應該led芯片的出光表面的邊長l1及封裝底面的邊長l2的封裝側面參數如下：

參照圖4所示，所述發生全反射角的臨界角：

由此，得出第一封裝側面111與第一平面的最小角度：

在實際運用中，為保證發生全反射，考慮加工精度及加工成本問題，其增大角度β1至一定范圍，該增大的范圍在β0＝1°～10°，其最佳的范圍為β0＝2°～5°。

該第一封裝側面111垂直于第一平面的高度最好高于led芯片12的高度1.1-1.3倍，即：

h1＝t×(1.1～1.3)。

繼續參照圖5、圖6所示，b1-b線為第二封裝側面112過b點的法線，由led芯片12的邊緣的e點發出的光線至b點中，其發生全反射角的角度：

該光線(e-b線)投影至第一平面的長度：

l'＝ctan(180°-β1)×h1+(l2-l1)/2；

其光線(e-b線)與第一平面的角度：

γ’＝arctan[(h1-t)/l']；

光線(e-c線)與第一平面的角度：

其中γ為正面主出光段x1的角度。

所述e-b線的長度：

l"＝[l'/cosγ’]×sin(γ"-γ')/sin(90°-α2-γ"+γ')；

從而得出：

第二封裝側面112與第一平面的角度為：

β2＝α2+90°-γ’+β0

為保證光線發生全反射，考慮加工精度及加工成本問題，其增大角度β2至一定范圍，該增大的范圍在β0＝(1°～10°)，其最佳的范圍為β0＝(2°～5°)。將α2與γ’的公式帶入，得出：

其第二封裝側面112的兩端在垂直于第一平面方向的高度：

h2＝sin(180°-β2)×l"；

將l"公式帶入，得出：

繼續參照圖7所示，所述第三封裝側面113連接第二封裝側面112并向內延伸設置，所述c1-c線為第三封裝側面113過c點的法線，d1-d線為封裝表面過d點的法線。

所述第三封裝側面113的目的在于防止在正面主出光段x1較外圍出光區域的光線在封裝表面上發生全反射。將封裝表面的外圍傾斜形成第三封裝側面113。

光線在c-d線的臨界角α3＝arcsin(n2/n1)；

光線在封裝表面的臨界角α4＝arcsin(n2/n1)；

β3＝90°-α3-γ"

因在實際運用中，為保證光線能夠射出，需減去一定的角度，該減小的范圍在β0＝(1°～10°)，其最佳的范圍為β0＝(2°～5°)。

帶入得出：

其第三封裝側面113中c-d線的長度l3為：

l3＝[(h2+h1-t)/sinγ"]/sin(90-β3+α4)×sin(90-α4-γ")

其第三封裝側面113中c-d線垂直高度h3為：

如圖8所示，通過本發明提供的芯片級led封裝體1，led芯片發出的光線在第一封裝側面、第二封裝側面上形成全反射，增加在正面的出光效率；在第三封裝側面上全部射出，防止封裝表面外圍區域因光線入射角度較大而造成全反射現象，進一步增加正面出光量。

現有的led芯片只有長方體或正方體結構，如圖2所示為一長方體的led芯片，而上述只給出led芯片的較長一邊的方向的截面示意圖進行說明(即a1-a2線的截面)，同樣的，在圖2中以led芯片的較短一邊(即b1-b2線的截面)來說明，只是對應的l1及l2不同(即長方體的長、寬不同)，以上公式同樣適用。

如圖9所示，本發明提供一種封裝模具，包括：下載板21、底板22、隔板23及上壓板25，所述隔板23具有相對的第一表面及第二表面，所述隔板上陣列排設有從第一表面貫穿至第二表面的槽孔231，所述槽孔231的槽壁自第一表面至第二表面方向上分別形成與如上述所述所述的芯片級led封裝體1的第一封裝側面111、第二封裝側面112及第三封裝側面113相匹配的第一側壁面(未示出)、第二側壁面(未示出)及第三側壁面(未示出)。

所述下載板21設有二個定位銷31，所述底板22、隔板23及上壓板25上均設有對應的定位孔32，所述底板22、隔板23及上壓板25依次穿設定位在下載板21上。所述隔板23的第一表面貼設于底板22上，底板22的表面與隔板23的槽孔231共同圍合成一容置槽，上壓板25蓋合在隔板23的第二表面上。

本實施例中，還包括一耐溫膠帶26，耐溫膠帶26設置在底板22的表面上，隔板23的第一表面通過耐溫膠帶26貼設在底板22的表面。

其工作原理如下，將底板22固定在下載板21上，將led芯片12均勻固晶在耐溫膠帶26上(在無耐溫膠帶26的情況下，也可以直接固晶在底板22的表面上)，再將隔板23固定貼設在耐溫膠帶26上，其led芯片12正好位于槽孔231內，再將半固化的熒光膠膜片24放置在隔板23的第二表面上，在將上壓板25蓋合，并通過外力壓合將半固化的熒光膠膜片24的熒光膠壓入容置槽內，進而在進行后續烘烤固定及離模。得到如上述提供的芯片級led封裝體1。

本實施例中，為保證方便離模，隔板可采用具有彈性的材質制成，其隔板也可以采用多塊拼接而成，需要離模時，只要將拼接成的隔板拆除即可，不會磨損芯片級led封裝體的外形。

本實施例中，熒光膠采用半固化的熒光膠膜片24，在其他實施例中，若采用液態熒光膠，則只要將其灌膠至容置槽內即可，無需上壓板25蓋合。只是，若直接將液態膠進行灌封，易發生熒光粉沉降導致色溫漂移、一致性差，采用半固化的熒光膠膜片24進行灌封，可避免熒光粉沉降的問題。

本實施例中，多個槽孔231之間在隔板23的第二表面上具有相通的導流槽(未示出)，在熒光膠膜片24進行壓合或利用液態熒光膠進行灌膠的作業中，溢出的熒光膠可在多個槽孔231形成的容置槽內進行流通。防止溢出，浪費材料。在烘烤完成后，其導流槽上的熒光膠可通過刀片組件60進行切割，如圖10、圖11所示。

本發明還提供一種封裝方法，包括如下步驟：

s1，提供led芯片、封裝膠及封裝模具，所述封裝模具上設有與上述提供的芯片級led封裝體1的封裝膠體11的外形相匹配的容置槽，本實施例中，為圖9提供的封裝模具；

s2，將led芯片固晶在容置槽的槽底，將封裝膠置于該容置槽內；

本實施例中，在步驟s2之前，還包括步驟s2’，將封裝膠制成半固化熒光膠膜片。其制備方法如下：

熒光膠為熒光粉和透明膠的混合物。熒光粉可以是鋁酸鹽黃粉、硅酸鹽綠粉和氮化物紅粉等的其中一種或多種的混合，膠體可以是硅膠、環氧樹脂等。熒光粉與膠體的重量比為1:0.3～1：20。配好的熒光膠液體在塑料膜上采用流延法形成8mm×8mm的熒光膜片，再進行預固化，形成有一定固化度的膜片。流延法為現有技術，是本領域內的技術人員早已掌握并加以實施的技術。

本實施例中，步驟s2中，將半固化熒光膠膜片通過真空熱壓的方式置于該容置槽內。真空熱壓為現有技術，是本領域內的技術人員早已掌握并加以實施的技術。

s3，將封裝膠固化成與容置槽形狀一致的膠體，進而形成封裝膠體；

s4，離模，得到芯片級led封裝體1。

以下，就分別補充實施例來進行說明：

實施例一

選擇20x20mil的正方體的led芯片，其邊長l1為20mil(1mil＝25.4μm)，其出光表面與芯片底面之間的高度t為150μm，所述led芯片的主出光角度γ為120°，后續進行封裝的封裝膠體的膠體采用為硅膠，熒光粉采用硅酸鹽黃粉，熒光粉與膠體的重量比為1:4，混合后通過流延法制作成熒光膜片，該封裝膠體的折射率n2為1.41，將需要封裝體的封裝底面為正方形，其邊長l2預設為0.55mm，其誤差角度β0設為2°。根據上述算式進行計算，得到該封裝體的第一封裝側面的垂直高度h1＝0.165mm，其與封裝底面的角度β1為137.17°；第二封裝側面的垂直高度h2＝0.193mm，其與封裝底面的角度β2為132.86°；第三封裝側面的垂直高度h3＝0.028mm，其與封裝底面的角度β3為12.83°。根據上述條件，制作封裝模具。

將led芯片按照行列間距1.6mm×1.6mm，5×5顆陣列固定在底板22上的耐溫膠帶26上，將隔板23固定貼設在耐溫膠帶26上，其led芯片12正好位于槽孔231內，再將半固化的熒光膠膜片24放置在隔板23的第二表面上，在將上壓板25蓋合，并通過外力壓合將半固化的熒光膠膜片24的熒光膠壓入容置槽內，進而在進行后續烘烤固定及離模。得到如上述提供的芯片級led封裝體1。

實施例二

選擇35x35mil的led芯片，其邊長l1為35mil(1mil＝25.4μm)，其出光表面與芯片底面之間的高度t為120μm，所述led芯片的主出光角度γ為130°，后續進行封裝的封裝膠體的膠體采用為硅膠，熒光粉采用硅酸鹽黃粉，熒光粉與膠體的重量比為1:15，混合后通過流延法制作成熒光膜片，該封裝膠體的折射率n2為1.5，將需要封裝體的封裝底面為正方形，其邊長l2預設為0.9mm，其誤差角度β0設為3°。根據上述算式進行計算，得到該封裝體的第一封裝側面的垂直高度h1＝0.144mm，其與封裝底面的角度β1為134.81°；第二封裝側面的垂直高度h2＝0.062mm，其與封裝底面的角度β2為125.63°；第三封裝側面的垂直高度h3＝0.030mm，其與封裝底面的角度β3為20.19°。根據上述條件，制作封裝模具。再以實施例一的步驟，得到本實施例中的芯片級led封裝體1。

需要說明的是，led芯片的尺寸在市場上有固定性，只要分別制作出適用于現有尺寸的模具即可，可長期使用。

通過本發明提供的技術方案，該結構針對芯片三個出光段(正面主出光段、側面水平出光段、大角度出光段)，分別在封裝膠體的封裝側面上設計不同斜率、不同尺寸的第一封裝側面、第二封裝側面及第三封裝側面，使得led芯片的側面水平出光段、大角度出光段出射的光在封裝膠體的封裝側面盡可能發生全發射，最終使得光線主要從封裝膠體的正面發出，光線集中。該結構簡單，無白色圍壩或塑料碗杯等材料，即可實現高光效、高品質、低成本的cspled光源。本發明同時設計了相應的制造方法及封裝模具，工藝步驟簡單。

盡管結合優選實施方案具體展示和介紹了本發明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的精神和范圍內，在形式上和細節上可以對本發明做出各種變化，均為本發明的保護范圍。