晶片级荧光粉涂覆技术简介.PDF

晶片级荧光粉涂覆技术简介 技术背景 随着市场需求对大功率LED 封装技术不断提高，对器件的出光均性也提出 了更高的要求，特别是便携式照明和室内照明，传统的点胶方式制得的器件的一 致性很控制，在分光时，器件间的色坐标点的分布较散，BINBCODE 较多，对 产品入库和销售都带来很大的困难，器件会出现蓝心，有黄圈的现象，影响了器 件的出光质量，降低了器件的整体性能，对整个LED 器件的结构和工序而言， 封装工艺是一个非常重要的环节，否则，LED 器件难以散热、光损失严重、光 通量及光效率低、光色不均匀、光衰严重、使用寿命短，封装工艺已成为制约功 率 LED 器件使用及性能好坏的关键因素。当前国内 PCLED 产业采用的传统灌 封工艺已经难以满足作为照明光源的功率型LED 技术和性能增长的要求。 荧光粉涂覆技术的发展 目前国内PCLED 产业主要采用的是传统的灌封工艺，直接在芯片表面点涂 荧光粉胶，即将荧光粉粉末与胶体（如硅胶或环氧树脂等）按一定配比混合，制 成粉浆，搅拌均匀，然后用细针头类工具将其涂覆于芯片表面，理想情况下形成 类似球冠状的涂层（参见图一 a ）。但这种方法及涂层存在明显的结构缺陷，这 种荧光粉涂层，除中心到边缘的结构性非均匀外，在实际操作中，无论手动或机 器操作，同一批次的LED 管之间，荧光粉层在形状上都会有一定的差异，很难 控制均匀性和一致性，是必带来器件间较大的色度差异；同时，由于涂层胶滴实 际微观表面的凹凸不平，当光线出射时，就会形成白光颜色的不均匀，导致局部 偏黄或偏蓝的不均匀性光斑出现。 图一 传统灌封工艺与平面工艺的对比 基于此，Lumileds 公司首先开发了一种以平面荧光粉涂覆工艺，这种工艺技 术改善了功率白光LED 的光斑空间分布均匀性以及管间色度、亮度的均匀一致 性，改变了现有荧光粉涂层的形状和工艺，使芯片表面的荧光粉层厚度均匀化， 得到均匀一致的出射白光，即实现荧光粉涂层的浓度、厚度和形状的可控性，荧 光粉层的平面结构应该是一种有效的解决途经。具有平面结构的荧光粉涂层如图 一b 所示意。 韩国人Jun-Ho Yum 等人在关于白光LED 荧光粉涂覆工艺改进方面所做的工 作也较引人注目，Jun-Ho Yum 等人就粉浆法（slurry method ），沉积法（Settling method ），电泳法（Electrophoretic deposition ，EPD ）这些传统粉层涂覆工艺在 LED 中的应用进行了介绍、讨论，论证了相关技术在非功率型白光LED （0.5W ） 生产中应用的可行性，但在功率型白光LED 封装上的应用及技术细节均未见提 及。 当今以Lumileds 公司上述技术为基础提出的平面涂层（conformal coating ） 概念已经成为了现在功率型白光LED 封装技术的一个重要发展方向，目前，国 际上先进的白光LED 生产厂家（Cree 、Philips （即Luminleds ）、Osram ）已经有 平面涂层结构的产品开始出售，说明国外先进生产厂家都已经完成了各自的平面 涂层技术的开发并在部分产品上得到成功运用。但国内尚未见相关产品的报道。 该技术描述 在这种背景下，我们成功地开发了一种荧光粉平面涂覆技术，晶片级荧光粉 涂覆着重解决传统封装过程中器件出光不均匀、蓝心或黄圈等问题，同时降低器 件单位生产成本。克服白光LED 传统封装技术中主流灌封工艺在粉层结构和形 状上的弊端，实现涂层形状、及均匀性的可控一致性，采用该技术得到的荧光粉 平面涂层结构照片如图二所示，可见规则、均匀的荧光粉层平面图案。 图二 荧光粉平面涂层及封装结构整体照片 该技术实现指标 采用该技术的平面涂层新技术的器件相关技术性能指标： 1）光斑9 点测试色度差≤5% ； 2 ）单管间色度差范围（X±6% ，Y±6% ）； 3 ）显色指数达到70 以上，色温2500K-8000K 可控(需配合适当的荧光粉) ； 4 ）光通量与传统点胶方式的相同物料和制程得到的器件基本一致； 5 ）荧光粉的利用率提高50% 以上。（具体以封装形式而定） 技术特点 晶片级荧光粉涂覆技术改善了传统点胶方式下难以解决的功率型 LED 出 光不均匀、有光斑以及荧光粉浪费严重等问题，提高了器件的整体性