白光LED封裝中熒光粉直涂工藝研究.pdf

1、人類對光明的追求從未停止。從愛迪生的白熾燈到后來的熒光燈再到20世紀發(fā)光二級管(LED)的出現(xiàn)，隨著技術(shù)的進步，照明光源的電光轉(zhuǎn)換效率不斷提高。與熒光燈、白熾燈不同，發(fā)光二極管具有體積小、抗震性好、安全穩(wěn)定和環(huán)保節(jié)能等方面的性能特點，故一經(jīng)發(fā)明就廣受關注，并逐漸成為了具有重大社會和經(jīng)濟意義的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。隨著其制造成本的降低和產(chǎn)業(yè)化的高速發(fā)展，半導體照明終將進入千家萬戶，成為優(yōu)秀的照明光源。
　　 LED通過電子空穴對復合發(fā)光，

2、受其發(fā)光原理所限，其發(fā)出的光并不是適用于照明的寬光譜，而是某種單色光。為此一般通過藍光LED激發(fā)黃色YAG熒光粉獲得白光LED。目前國內(nèi)的白光封裝主要采用的是熒光粉和硅膠或環(huán)氧樹脂混合后的點膠工藝，該工藝所需設備簡單，封裝流程簡便，但所封裝白光LED單顆器件色度參數(shù)離散性較大，同一批次器件之間亦存在較大差異。并由于硅膠粘度的變化，該工藝也難于控制不同批次器件之間的性能。封裝成本在單位瓦數(shù)的燈具總成本中占有相當比重，如何有效降低封裝成本已

3、成為LED封裝行業(yè)的熱點問題。
　　 為提高封裝效率，降低封裝成本，提高器件性能一致性，本文基于硅襯底薄膜型芯片研究了三種熒光粉直涂封裝技術(shù)。薄膜型芯片相對藍寶石及碳化硅非襯底去除LED芯片來講，一個很大優(yōu)勢就是熒光粉能直涂于芯片表面，直接得到一個白光點光源，這種點光源應用時所需光學設計簡單，光源出光更類似于朗伯分布(Lambert Distribution)，故無需大型透鏡也可獲得良好的平行光，光源照射范圍外雜散光較少，適合需

4、要控制光照范圍的照明場合，這是本技術(shù)的獨特優(yōu)勢。此外，在別的襯底不剝離技術(shù)路線的LED白光封裝希望避免熒光粉沉淀之時，本文封裝方式卻希望熒光粉充分沉淀，這一方面提高了LED光效與壽命，另一方面也大大提高了產(chǎn)品的可控性。因此，充分發(fā)揮這方面的技術(shù)優(yōu)勢，是提高本技術(shù)路線競爭力的關鍵。本文中晶圓級熒光粉直涂和研磨熒光粉直涂技術(shù)是直接在圓片上涂覆YAG熒光層，避免了單顆芯片涂覆熒光粉的復雜工序，可以顯著降低成本，也可以更好地控制產(chǎn)品的一致性及白

5、光光斑的質(zhì)量。最后，由于這種芯片可以方便地直接固晶在散熱基板上，能省去很多封裝環(huán)節(jié)，更重要的是可以大大降低熱阻、提高產(chǎn)品可靠性與光效。該技術(shù)除了將在性能上具有一定優(yōu)勢外，還有望打破國外高端半導體照明產(chǎn)品的專利封鎖，大大提高我國半導體照明產(chǎn)品的國際競爭力。
　　 本文的主要工作和相關結(jié)論如下:
　　 其一，針對點膠工藝的局限性，開展了用于遠程熒光粉涂覆工藝研究。通過自行研制的熒光粉直涂裝置采用水玻璃作為熒光粉粘結(jié)劑，讓熒光

6、粉沉積在玻璃圓片表面，制備出了厚度均勻、形狀可控和成分一致的熒光粉薄片并封裝成了遠程熒光粉涂覆器件。通過本文自行研制的測試裝置測試了該方法制成的熒光粉層在圓片上的色溫分布均勻性，并評估了采用該方法制成的LED白光芯片的光學性能及這種白光轉(zhuǎn)換方式的利弊。測試結(jié)果表明，本方法在2英寸圓片上制作出的熒光粉層分布極為均勻，色溫分布方差僅為3×102(熒光粉點膠法同一批次器件之間色溫差異時常高達的800 K)，說明其能夠有效的控制熒光粉層厚度和形

7、狀，制作出色度參數(shù)集中的器件。
　　 其二，為提高封裝效率降低封裝成本，開展了基于垂直結(jié)構(gòu)芯片的晶圓級熒光粉直涂工藝研究。采用本文自行研制的涂覆裝置在2英寸芯片晶圓上沉積水玻璃和熒光粉，烘烤成膜后進行光刻剝離暴露焊盤，最后晶圓切割制作出了各自獨立的平面熒光粉直涂(conformal coating)白光LED芯片，并測試了該熒光粉直涂技術(shù)LED芯片的光色性能。
　　 其三，通過對芯片晶圓上熒光粉層的研磨，成功控制了熒光粉