專利名稱：基于上轉(zhuǎn)換材料的led及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及基于上轉(zhuǎn)換材料的LED及其封裝方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)及エ藝的飛速發(fā)展，發(fā)各種色光的LED相繼誕生。1993年，第一只藍(lán)光LED出現(xiàn)，1996年，第一只白光LED出現(xiàn)，使得LED的色彩在整個(gè)可見光的范圍內(nèi)都得以實(shí)現(xiàn)。白光LED的發(fā)光效率不斷提高，具有無污染、低功耗、高可靠、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，是ー種符合環(huán)保、節(jié)能的緑色照明光源。使白光LED的應(yīng)用領(lǐng)域，從傳統(tǒng)的指示領(lǐng)域向照明領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，將取代白熾燈(Incandescent Lamp)和突光燈(Fluorescent Lamp)成為第四代光源。正因如此，使得白光LED的研究成為熱點(diǎn)。目前，實(shí)現(xiàn)白光LED各種途徑中，使用熒光粉與LED結(jié)合產(chǎn)生白光占了相當(dāng)大的比例，其中以藍(lán)光LED芯片與黃色熒光粉()結(jié)合產(chǎn)生白光的方法已適用于產(chǎn)線進(jìn)行批量生 產(chǎn)，這些PC-LED (Phosphor Conversing LED)所用的各種熒光粉，在光致發(fā)光過程中，都是遵從stokes定律的，即熒光粉在受到短波長(zhǎng)光(高能量光)的激發(fā)，發(fā)射出長(zhǎng)波長(zhǎng)的光(低能量光)，這類材料稱為下轉(zhuǎn)換材料。上轉(zhuǎn)換材料正好與下轉(zhuǎn)換材料相反，在光致發(fā)光過程中，是遵從反stokes定律的，即熒光粉在受到長(zhǎng)波長(zhǎng)光(低能量光)的激發(fā)，發(fā)射出短波長(zhǎng)的光(高能量光)。該類上轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用涉及短波長(zhǎng)激光、紅外探測(cè)與顯示、生物標(biāo)記、光學(xué)通訊、防偽等領(lǐng)域，是ー種紅外光激發(fā)下能發(fā)出可見光的發(fā)光材料，即將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光的材料，現(xiàn)在這類熒光粉的研究較多。例如，中國(guó)專利文獻(xiàn)公開號(hào)為CN101016459，
公開日2007年8月15日的發(fā)明專利，公開了ー種白色上轉(zhuǎn)換材料及其制備方法，它含稀土摻雜NaYF4化合物的配合料，該配合料以NaF、YF3為基礎(chǔ)，加入敏化劑YbF3，共摻入激活劑ErF3、TmF3，將配合料用固相反應(yīng)制成產(chǎn)品并獲得具有組成化學(xué)式的化合物=NaY1-XjzTmxErYYbzF4其中X為0. 001至0. 005 ;Y為
0.001至0. 004 ；Z為0. 20至0. 25。它依據(jù)紅、綠、藍(lán)三基色的熒光強(qiáng)度比必須達(dá)到合適值的色度學(xué)原理，基于Er、Tm離子之間能量傳遞理論，利用NaYF4為基質(zhì)的各種稀土離子的光譜發(fā)射特性，采用單一的NaYF4基質(zhì)，通過多摻雜方式及簡(jiǎn)單而又低成本的制備エ藝，應(yīng)用紅外光激發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)了含稀土摻雜NaYF4化合物上轉(zhuǎn)換材料的白色光輸出。雖然目前這類熒光粉，但是目前沒有具體講這類熒光粉應(yīng)用于LED領(lǐng)域的具體操作應(yīng)用，采用這類上轉(zhuǎn)換熒光粉應(yīng)用于LED領(lǐng)域中，可以擴(kuò)大LED原材料的領(lǐng)域，以滿足目前社會(huì)發(fā)展對(duì)LED生產(chǎn)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種效果很好的基于上轉(zhuǎn)換材料的LED及其封裝方法，其中是通過選擇適當(dāng)紅外LED或紅光LED作為激勵(lì)源，選擇激發(fā)譜和發(fā)射譜與激勵(lì)源匹配的上轉(zhuǎn)換熒光粉，并調(diào)整熒光粉的配比，在晶片的表面上得到熒光粉層，最后灌膠成型得到白光LED器件，通過該方法制備出的白光LED器件質(zhì)量很好，使用壽命長(zhǎng)。
本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的
基于上轉(zhuǎn)換材料的LED，其特征在于包括紅光LED或紅外LED晶片，紅光LED或紅外LED晶片連接有金線或者鋁線，所述紅光LED或紅外LED晶片外部封裝有上轉(zhuǎn)換熒光粉層；所述紅光LED晶片采用發(fā)射峰波為600-650nm的紅光LED晶片，或紅外LED晶片采用發(fā)射峰波為920-1040nm的紅外LED晶片；所述上轉(zhuǎn)換熒光粉層是由紅色熒光粉、綠色熒光粉、藍(lán)色熒光粉中的ー種或者按照一定配比混合形成的多種熒光粉層，所述一定配比是按重量比為:0. 05 I: 0. 05 I: 0. 05 I?；谏鲜鯨ED的封裝方法，其特征在于包括以下步驟 ①選用發(fā)射峰波為600-650nm的紅光LED晶片或發(fā)射峰波為920_1040nm的紅外LED晶片，并在相應(yīng)的支架上完成固晶焊線；
②選用激發(fā)譜和發(fā)射譜與步驟①中所述LED晶片匹配的上轉(zhuǎn)換熒光粉，上轉(zhuǎn)換熒光粉將LED晶片的紅光或紅外線吸收后轉(zhuǎn)化為可見光，所述的上轉(zhuǎn)換熒光粉按重量比廣4:5 7:廣4的配比混合成白光；
③將步驟②中配比混合得到的上轉(zhuǎn)換熒光粉與膠體按重量比為0.05、. 3 1的比例混合，并攪拌8 15分鐘，使得上轉(zhuǎn)換熒光粉與膠材混合均勻形成混合液，通過真空箱對(duì)混合液進(jìn)行抽真空，抽真空后的混合液再進(jìn)行脫泡形成熒光膠；
④根據(jù)步驟①中支架上的碗杯大小取適量步驟③得到熒光膠沉積到碗杯內(nèi)，然后固化或光刻；
⑤灌膠固化成型。按照上述提供的封裝方法，步驟①中選擇的紅光LED或紅外LED晶片，其發(fā)射峰波分別為600-650nm，和920_1040nm，可以是功率型的晶片，也可以是小功率的半導(dǎo)體發(fā)光晶片。并且，步驟①中選擇的支架可以是適合于大功率LED封裝的銅柱的、陶瓷的等材質(zhì)的支架，或者是適合中小功率封裝的SMD結(jié)構(gòu)、TOP結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的支架。按照上述提供的封裝方法，步驟①中固晶焊線時(shí)選用的固晶膠為大小功率LED各型號(hào)固晶專用的銀漿或絕緣膠，也可以是共晶焊接或COB結(jié)構(gòu)，選用金線(大功率用)或鋁線(小功率用)完成焊線。按照上述提供的封裝方法，步驟②中選用的上轉(zhuǎn)換熒光粉能將吸收的紅光或紅外線轉(zhuǎn)化為可見光，可以是具有上轉(zhuǎn)換特性的紅色熒光粉、綠色熒光粉、藍(lán)色熒光粉中的ー種或多種，按照一定的配比可以使發(fā)射的可見光能混合成白光。所述上轉(zhuǎn)換熒光粉可以采用稀土無機(jī)物制成的上轉(zhuǎn)換熒光粉，稀土無機(jī)物可以是以NaF、YF3為基礎(chǔ)，加入敏化劑YbF3,共摻入激活劑ErF3、TmF3的稀土無機(jī)物。按照上述提供的封裝方法，步驟③中所述的膠材，可以是硅膠類膠體或環(huán)氧類膠體，也可以是具有曝光特性的光刻膠。按照上述提供的封裝方法，步驟④中，將已完全脫泡的混有上轉(zhuǎn)換熒光粉的熒光膠取適量沉積在支架的碗杯內(nèi)，井覆蓋晶片，沉積的方式可以是傳統(tǒng)的點(diǎn)膠方式進(jìn)行直接固化，也可以通過光刻エ藝形成平面的具有保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光粉層。按照上述提供的封裝方法，步驟⑤中所述的灌膠成型，可以是用PC透鏡、硅膠透鏡、玻璃透鏡等透鏡成型，也可以是通過模封的硅膠成型。按照上述提供的封裝方法，可以采用單晶片封裝，也可以采用多晶片(晶片數(shù)量彡2PCS)集成封裝。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明可以采用上轉(zhuǎn)換材料制成LED，并且利用LED實(shí)現(xiàn)可見光提供了新的封裝方法，通過選擇適當(dāng)紅外LED (發(fā)射峰值波長(zhǎng)為920-1040nm)或紅光LED (發(fā)射峰值波長(zhǎng)為600-650nm)作為激勵(lì)源，利用上轉(zhuǎn)換熒光粉，選擇激發(fā)譜和發(fā)射譜與激勵(lì)源匹配的上轉(zhuǎn)換熒光粉，調(diào)整紅、綠、藍(lán)上轉(zhuǎn)化熒光粉中的一種或多種熒光粉的配比，與有機(jī)硅膠混合均勻后，在LED晶片的表面上得到熒光粉層，從而得到需要的光色；該方法擴(kuò)寬了 LED的原材料領(lǐng)域。


圖I為本發(fā)明將銀漿或共晶焊料涂布在支架上的示意圖
圖2為本發(fā)明將紅光LED或紅外LED晶片通過固晶膠或共晶焊料粘接的示意圖 圖3為本發(fā)明對(duì)已固好的晶片焊線后的示意圖 圖4為本發(fā)明固化有上轉(zhuǎn)換熒光粉層的LED示意圖 圖5為本發(fā)明具有保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光粉層的LED示意圖
附圖標(biāo)記如下1 一支架；2—銀衆(zhòng)；3一紅光LED或紅外LED晶片；4一金線或招線；5—上轉(zhuǎn)換熒光粉層；6—具有保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光粉層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1-具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。實(shí)施例I
如圖1-5所示，選用發(fā)射波長(zhǎng)為940-945nm、發(fā)射功率為33_37mW的大功率LED晶片3，用銀漿2固定在TOP陶瓷的大功率支架I上，完成固晶固化后，再用I. 25mil的金線4完成焊線。用電子天平稱量發(fā)射波長(zhǎng)為610_630nm的紅色上轉(zhuǎn)換突光粉12mg,發(fā)射波長(zhǎng)為530-560nm綠色上轉(zhuǎn)換熒光粉45mg，發(fā)射波長(zhǎng)為430_470nm藍(lán)色上轉(zhuǎn)換熒光粉12mg，大功率封裝用硅膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，使三種熒光粉5與硅膠充分混合均勻，然后在真空機(jī)里脫泡，得到了均勻混有熒光粉的硅膠(熒光膠)。將熒光膠點(diǎn)在上述固晶焊線好的大功率支架I的碗杯中，所用熒光膠的膠量可以根據(jù)要求改變，點(diǎn)完熒光膠后，在120°C的烤箱里烘烤3小時(shí)，完成熒光膠的固化，使形成具有保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光粉層6。實(shí)施例2
選用發(fā)射波長(zhǎng)為980-985nm、發(fā)射功率為10_14mW的小功率LED晶片，用銀漿固定在3528貼片支架上，完成固晶固化后，再用Imil的金線完成焊線。用電子天平稱量發(fā)射波長(zhǎng)為610_630nm紅色上轉(zhuǎn)換突光粉IOmg,發(fā)射波長(zhǎng)為530-560nm綠色上轉(zhuǎn)換熒光粉50mg，發(fā)射波長(zhǎng)為430_470nm藍(lán)色上轉(zhuǎn)換熒光粉10mg，LED封裝用硅膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，使三種熒光粉與硅膠充分混合均勻，然后在真空機(jī)里脫泡，得到了均勻混有熒光粉的硅膠(熒光膠)。 將熒光膠點(diǎn)在上述固晶焊線好的3528貼片支架的碗杯中，所用熒光膠的膠量可以根據(jù)要求改變，點(diǎn)完熒光膠后，在100°c的烤箱里烘烤5小時(shí)，完成熒光膠的固化，使形成具有保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光粉層6。實(shí)施例3
選用發(fā)射波長(zhǎng)為940-945nm、發(fā)射功率為33_37mW的大功率LED晶片，用銀漿固定在5074的大功率支架上，完成固晶固化后，再用I. 25mil的金線完成焊線。用電子天平稱量發(fā)射波長(zhǎng)為610_630nm紅色上轉(zhuǎn)換突光粉12mg,發(fā)射波長(zhǎng)為530-560nm綠色上轉(zhuǎn)換熒光粉45mg，發(fā)射波長(zhǎng)為430_470nm藍(lán)色上轉(zhuǎn)換熒光粉12mg，按照專利CN200710049612實(shí)施例ニ的方法配得PVA和ADC的混合溶液，取其混合溶液0. 5ml與稱 得的三種熒光粉混合均勻得到含有熒光粉的感光膠懸浮液(粉漿)，再根據(jù)其方法曝光顯影后得到保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光粉層。稱量大功率封裝用硅膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，然后在真空機(jī)里脫泡，得到了均勻的大功率封裝硅膠。將大功率封裝硅膠點(diǎn)在上述保形結(jié)構(gòu)的LED支架的碗杯中，所用的膠量可以根據(jù)要求改變，點(diǎn)完熒光膠后，在120°C的烤箱里烘烤3小時(shí)，完成熒光膠的固化，使形成具有保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換突光粉層6。實(shí)施例4
選用發(fā)射波長(zhǎng)為980-985nm、發(fā)射功率為10_14mW的小功率LED晶片，用銀漿固定在3528貼片支架上，完成固晶固化后，再用Imil的金線完成焊線。用電子天平稱量發(fā)射波長(zhǎng)為610_630nm紅色上轉(zhuǎn)換突光粉20mg,發(fā)射波長(zhǎng)為530-560nm綠色上轉(zhuǎn)換熒光粉40mg，LED封裝用硅膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，使熒光粉與硅膠充分混合均勻，然后在真空機(jī)里脫泡，得到了均勻混有熒光粉的硅膠(熒光膠)。將熒光膠點(diǎn)在上述固晶焊線好的3528貼片支架的碗杯中，所用熒光膠的膠量可以根據(jù)要求改變，點(diǎn)完熒光膠后，在100°c的烤箱里烘烤5小時(shí)，完成熒光膠的固化，使形成具有保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光粉層6。實(shí)施例5
選用發(fā)射波長(zhǎng)為980-985nm、發(fā)射功率為10_14mW的小功率LED晶片，用銀漿固定在草帽燈支架上，完成固晶固化后，再用Imil的鋁線完成焊線。用電子天平稱量發(fā)射波長(zhǎng)為610_630nm紅色上轉(zhuǎn)換突光粉IOmg,發(fā)射波長(zhǎng)為530-560nm綠色上轉(zhuǎn)換熒光粉60mg，發(fā)射波長(zhǎng)為430_470nm藍(lán)色上轉(zhuǎn)換熒光粉30mg，LED封裝用硅膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，使三種熒光粉與硅膠充分混合均勻，然后在真空機(jī)里脫泡，得到了均勻混有熒光粉的硅膠(熒光膠)。將熒光膠點(diǎn)在上述固晶焊線好的草帽燈貼片支架的碗杯中，所用熒光膠的膠量可以根據(jù)要求改變，點(diǎn)完熒光膠后，在100°c的烤箱里烘烤5小時(shí)，完成熒光膠的固化，使形成具有保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光粉層6。
權(quán)利要求
1.基于上轉(zhuǎn)換材料的LED，其特征在于包括紅光LED或紅外LED晶片(3)，紅光LED或紅外LED晶片(3)連接有金線或者鋁線，所述紅光LED或紅外LED晶片(3)外部封裝有上轉(zhuǎn)換熒光粉層(5);所述紅光LED晶片(3)采用發(fā)射峰波為600-650nm的紅光LED晶片，或紅外LED晶片(3)采用發(fā)射峰波為920-1040nm的紅外LED晶片；所述上轉(zhuǎn)換熒光粉層(5)是由紅色熒光粉、綠色熒光粉、藍(lán)色熒光粉中的ー種或者按照一定配比混合形成的多種熒光粉層，所述一定配比是按重量比為0. 05 I: 0.05 I: 0.05 I。
2.基于上轉(zhuǎn)換材料的LED的封裝方法，其特征在于包括以下步驟 ①選用發(fā)射峰波為600-650nm的紅光LED晶片(3)或發(fā)射峰波為920_1040nm的紅外LED晶片(3)，并在相應(yīng)的支架(I)上完成固晶焊線； ②選用激發(fā)譜和發(fā)射譜與步驟①所述LED晶片(3)匹配的上轉(zhuǎn)換熒光粉，上轉(zhuǎn)換熒光粉將LED晶片(3)的紅光或紅外線吸收后轉(zhuǎn)化為可見光，所述的上轉(zhuǎn)換熒光粉按重量比廣4:5 7:廣4的配比混合成白光； ③將步驟②中配比混合得到的上轉(zhuǎn)換熒光粉與膠體按重量比為0.05、. 3 1的比例混合，并攪拌8 15分鐘，使得上轉(zhuǎn)換熒光粉與膠材混合均勻形成混合液，再對(duì)混合液進(jìn)行抽真空處理，抽真空后的混合液再進(jìn)行脫泡形成熒光膠； ④根據(jù)步驟①中支架(I)上的碗杯大小取適量步驟③得到熒光膠沉積到碗杯內(nèi)，然后覆蓋晶片(3)進(jìn)行固化或光刻； ⑤灌膠固化成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝方法，其特征在于所述紅光LED或紅外LED晶片(3)是功率型的晶片，或者是小功率的半導(dǎo)體發(fā)光晶片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝方法，其特征在于步驟①中所述支架(I)采用適合大功率LED封裝的銅柱或陶瓷支架，或者采用適合中小功率封裝的SMD結(jié)構(gòu)、TOP結(jié)構(gòu)支架。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝方法，其特征在于用于步驟①中固晶焊線的固晶膠是適用于各種功率LED的銀漿(2)或絕緣膠，或者采用共晶焊接或COB結(jié)構(gòu)，選用金線或鋁線(4)完成焊線。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝方法，其特征在于所述的上轉(zhuǎn)換熒光粉是由稀土無機(jī)物制成的上轉(zhuǎn)換熒光粉，具有將吸收的紅光或紅外線轉(zhuǎn)化為可見光的上轉(zhuǎn)換特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝方法，其特征在于步驟③中所述的膠材采用硅膠類膠體或環(huán)氧類膠體，或者采用具有曝光特性的光刻膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝方法，其特征在于步驟④中所述的沉積的方式采用點(diǎn)膠方式直接固化，或者通過光刻エ藝形成平面的具有保形結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光粉層(6 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝方法，其特征在于步驟⑤中所述的灌膠固化成型是采用透鏡成型或者通過模封的硅膠成型。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝方法，其特征在于所述封裝方法采用單晶片封裝，或者多晶片集成封裝，采用多晶片集成封裝時(shí)晶片數(shù)量> 2PCS。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于上轉(zhuǎn)換材料的LED及其封裝方法，該LED是通過紅光LED或紅外LED晶片連接金線或者鋁線，晶片外部封裝上轉(zhuǎn)換熒光粉層；所述晶片是發(fā)射峰波為600-650nm的紅光LED晶片或發(fā)射峰波為920-1040nm的紅外LED晶片；上轉(zhuǎn)換熒光粉層是紅色熒光粉、綠色熒光粉、藍(lán)色熒光粉中的一種或者按重量比為0.05~1:0.05~1:0.05~1混合的多種熒光粉層；封裝過程為選擇晶片和上轉(zhuǎn)換熒光粉，固晶、焊線，配制熒光膠，將熒光膠點(diǎn)在晶片表面進(jìn)行固化或光刻，灌膠成型；本發(fā)明采用上轉(zhuǎn)換材料制成LED，并利用LED實(shí)現(xiàn)可見光提供一種封裝方法，得到需要的光色，并擴(kuò)寬了LED的原材料領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L33/48GK102646780SQ20121014373
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者錢廣 申請(qǐng)人:四川恩萊特光電科技有限公司