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CN107482096B - 一种发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光装置及其制造方法，包括：提供一LED芯片，具有第一面、与所述第一面相对的第二面、在所述第一面与所述第二面之间的多个侧面，并且具有多个所述第二面和所述多个侧面中的两个面相接的角部，在所述第二面侧具有一对电极，所述侧面具有粗糙结构；透明材料层，完全包覆所述LED芯片除电极之外的多个侧面，且不露出多个所述角部；反光材料层，包围所述透明材料层外围，所述LED芯片侧面具有粗糙结构，用以增大芯片侧面与所述透明材料层的接触面积，从而增强芯片对透明材料的亲和性，提高透明材料在芯片侧面的润湿性能，进而使得透明材料层能够完全覆盖芯片侧表面。

Description

一种发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光装置及其制造方法。
背景技术
传统的单面发光芯片级封装器件（英文为Chip Scale Package，缩写为CSP），由于具有较好的光型，可以满足薄型化的需求，如图1所示，但是由于LED芯片侧面出光受到反光材料层的遮挡，导致这种单面发光CSP的光通量较低，中国专利CN106129231A公开了：采用具有倒椎体形状的透明材料层包覆LED芯片侧面，将LED芯片侧面的光反射到正面，从而提高了封装器件的光通量。
但是，现有制造方法无法确保透明材料层对LED芯片侧面的包覆程度，导致透明材料层对芯片侧面的包覆不完整，使得反光材料层仅能包覆LED芯片的部分侧面，从而影响了封装器件的正面出光效率，如图2和图3所示。此外，由于现有制造方法使得封装器件对LED芯片侧面出光的利用率不一，同一批次的产品存在亮度分布不均匀且较为发散，严重制约了这种高光通量单面发光CSP的制造良率。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供的技术方案，包括：
根据本发明的第一方面，一种发光装置，包括：LED芯片，具有第一面、与所述第一面相对的第二面、在所述第一面与所述第二面之间的多个侧面，并且具有多个所述第二面和所述多个侧面中的两个面相接的角部，在所述第二面侧具有一对电极，所述侧面具有粗糙结构；透明材料层，完全包覆所述LED芯片除电极之外的多个侧面，且不露出多个所述角部；反光材料层，包围所述透明材料层外围；定义所述透明材料层的粘滞系数为A，粘滞系数的范围为W（A），透明材料层的厚度为B、芯片的厚度为C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度为D，要使得透明材料层能够完全包覆LED芯片的侧面，则粘滞系数范围W（A）与透明材料层的厚度B、芯片的厚度C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度D满足关系式：W(A)∝B*D/C。
优选地，所述粗糙结构的粗糙度为0.01μm~2μm。
优选地，所述粗糙结构呈周期性或非周期性。
优选地，所述粗糙结构通过隐形激光切割或者表面改性工艺获得。
优选地，所述LED芯片侧面具粗糙结构，用以增大完全覆盖所述芯片侧表面的透明材料层的粘滞系数的范围选择。
优选地，所述LED芯片侧面具有粗糙结构，用以增大芯片侧面与所述透明材料层的接触面积，从而增强芯片对透明材料的亲和性，提高透明材料在芯片侧面的润湿性能，进而使得透明材料层能够完全覆盖芯片侧表面。
根据本发明的第二方面，一种发光装置的制造方法，包括：提供一波长转换材料层以及若干个LED芯片，其中所述LED芯片具有第一面、与所述第一面相对的第二面、在所述第一面与所述第二面之间的多个侧面，并且具有多个所述第二面和所述多个侧面中的两个面相接的角部，在所述第二面侧具有一对电极，所述侧面具有粗糙结构；将若干个LED芯片与所述波长转换材料层贴合，所述LED芯片的电极远离波长转换材料层；在所述波长转换材料层之上制作透明材料层并进行固化，完全包覆所述LED芯片除电极之外的侧表面，且不露出多个所述角部，定义所述透明材料层的粘滞系数为A，粘滞系数的范围为W（A），透明材料层的厚度为B、芯片的厚度为C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度为D，要使得透明材料层能够完全包覆LED芯片的侧面，则粘滞系数范围W（A）与透明材料层的厚度B、芯片的厚度C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度D满足关系式：W(A)∝B*D/C；在所述透明材料层外围包覆反光材料层；沿相邻的所述LED芯片之间的反光材料层，分离成若干个单元，即得到发光装置。
优选地，所述LED芯片侧面具有粗糙结构，用以增大芯片侧面与所述透明材料层的接触面积，从而增强芯片对透明材料的亲和性，提高透明材料在芯片侧面的润湿性能，进而使得透明材料层能够完全覆盖芯片侧表面。
优选地，所述LED芯片侧面具有粗糙结构，以增大完全覆盖所述芯片侧表面的透明材料层的粘滞系数的范围选择。
优选地，所述透明材料层的粘滞系数的范围介于1000~6000mPa•s。
优选地，所述透明材料层的固化过程中，采用阶梯温度逐渐升温进行固化。
优选地，所述阶梯温度逐渐升温工艺包括：先在50℃温度下持温15min，再在70℃温度下持温15min，最后在150℃温度下持温30min。
优选地，通过对固化温度的控制，将透明材料层的粘滞系数降至1000~1500mPa•s，并且在该粘滞系数的温度下停留10~60min，从而提高透明材料层的结构均匀性。
与现有技术相比，本发明提供的发光装置及其制造方法，至少包括以下技术效果：
（1）采用LED芯片制造芯片级封装器件（CSP结构），其中LED芯片的侧表面具有粗糙结构，使得透明材料层能够有效地、完整地包覆LED芯片侧面，同时拓宽了透明材料的可选择范围，粘滞系数在更宽范围内的材料都可以应用于该CSP结构制造中；
（2）该CSP制造方法中，通过对透明材料层的粘滞系数的控制，以及采用具有粗糙侧面结构的LED芯片，能够有效控制批量生产中发光器件的倒锥形结构的一致性，从而提高批量生产时发光器件的亮度集中性和均匀性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1是传统的单面发光CSP结构剖视示意图。
图2是现有改进的单面发光CSP结构剖视示意图。
图3是现有改进的单面发光CSP结构立体示意图（图中反光材料层未示出）。
图4是本发明实施例1的发光装置结构剖视示意图。
图5是本发明实施例1的发光装置结构立体示意图（图中反光材料层未示出）。
图6是图4中的LED芯片结构剖视示意图。
图7是图4中的LED芯片结构剖视示意图。
图8~图12是本发明实施例2的发光装置结构制造工艺流程示意图。
图中各标号表示如下：100：LED芯片；101：电极；102：半导体外延层；103：衬底；200：透明材料层；300：反光材料层；400：波长转换材料层；500：临时基板。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明的发光装置及其制造方法进行详细的描述，在进一步介绍本发明之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本发明并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本发明的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。
实施例1
如图4~图7所示，本实施例提供的一种发光装置结构，包括：LED芯片100，具有第一面、与第一面相对的第二面、在第一面与第二面之间的多个侧面，并且具有多个第二面和多个侧面中的两个面相接的角部，在第二面侧具有一对电极101，侧面具有粗糙结构104；透明材料层200，完全包覆所述LED芯片除电极之外的多个侧面，且不露出多个所述角部；反光材料层300，包围所述透明材料层外围；波长转换材料层400，覆盖于所述反光材料层300、透明材料层200以及LED芯片100之上。
定义所述透明材料层200的粘滞系数为A，粘滞系数的范围为W（A），透明材料层的厚度为B、芯片的厚度为C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度为D，要使得透明材料层能够完全包覆LED芯片的侧面，则粘滞系数范围W（A）与透明材料层的厚度B、芯片的厚度C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度D满足关系式：W(A)∝B*D/C，即W(A)与B*D/C成正比例关系。
如图6和7所示，本实施例采用倒装结构的LED芯片制造芯片级发光装置，其中LED芯片的侧表面具有粗糙结构，该侧面可以是包括衬底103的侧面，也可以是包括半导体外延层102的侧面，也可以是包括衬底以及半导体外延层的侧面；粗糙结构可以是周期性，也可以是非周期性。
具体而言，粗糙表面可以通过LED芯片的激光切割获得。采用隐形激光工艺，对LED芯片的衬底不同深度位置进行聚焦切割，不同的聚焦深度的间隔大约为30μm~80μm，如图6所示，优选地，聚焦深度的间隔为50~60μm。一般地，对于厚度为150μm~200μm的倒装结构LED芯片，通过3~4次不同深度的切割，可以得到衬底侧面具有粗糙结构的LED芯片。
此外，粗糙结构的表面也可以通过表面改性工艺获得。在LED芯片侧面形成具有微结构的粗糙表面，如图7所示，微结构可以由粒径5nm~5μm的颗粒在芯片侧表面通过喷涂、键合、淀积等方法形成，包括但不局限于：二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化铝、氮化硼以及聚甲基硅倍半氧烷等无机或有机非导电材料，对于无机微纳米颗粒，优选的粒径为5nm~50nm，对于有机微纳米颗粒，优选的粒径为0.5μm~2μm。进一步地，优选LED芯片的侧面粗糙度为0.01μm~2μm。由于LED芯片侧面具有粗糙结构，增大了LED芯片侧面与液态透明材料的实际接触面积，从而能够增强LED芯片对液态透明材料的亲和性，提高液态透明材料在芯片侧面的润湿性能，进而保证了液态透明材料层能够完整有效地覆盖LED芯片侧表面，即透明材料层披覆至第二面和多个侧面中的两个面相接的角部。
实施例2
如图8~12所示，本实施例提供一种采用上述倒装结构LED芯片制造芯片级发光装置的方法，包括如下工艺步骤：
步骤（1）：如图8所示，提供一暂时基板500，并在暂时基板上贴一厚度介于10μm~200μm之间的波长转换材料，作为波长转换材料层400，前述波长转换材料材质可以选用荧光胶膜或玻璃荧光片或陶瓷荧光片等，暂时基板是带有标记点（Mark）的基板，材质可以是不锈钢、陶瓷、玻璃、塑料及其他高分子复合材料；然后在波长转换材料层400上涂覆液态透明材料层200，其厚度介于10μm~60μm之间，最优厚度可以根据后续倒装结构LED芯片的厚度确定，比如倒装结构LED芯片的厚度为150μm，则优选透明材料层的厚度为30μm。
步骤（2）：如图9所示，将倒装结构LED芯片100贴装在液态透明材料层200上，倒装芯片的电极101远离波长转换材料层400，并加热固化，相邻的倒装结构LED芯片的间距根据LED芯片大小及厚度确定，例如尺寸为40mil*40mil倒装结构LED芯片的厚度为150μm，则优选排片间距为1.6mm。
对于液态透明材料层的材质选择，需要考虑粘滞系数，粘滞系数与倒锥形透明材料层的形成有着重要的影响。不同粘滞系数的液态透明材料对倒装芯片侧面的包覆程度不同，定义液态透明材料的粘滞系数范围W（A），粘滞系数A在W（A）范围内的液态透明材料层能够完整包覆LED芯片的侧面，则粘滞系数范围W（A）与液态透明材料层的厚度B、芯片的厚度C、芯片侧面的粗糙度D密切相关，其关系式可简要概括为W(A)∝B*D/C，即W(A)与B*D/C成正比例关系，其中，当液态透明材料层的厚度越大，或者LED芯片表面粗糙度越高时，粘滞系数范围越广，意味着可以选择更多种类的液态透明材料层，使其达到完整、有效地包覆LED芯片侧面的目的；当芯片越薄，则粘滞系数的范围也越广，对于较厚的LED芯片，通过增加LED芯片侧面粗糙度，同样能够实现液态透明层对LED侧面的完整包覆。对于常规未采用粗糙侧表面结构的LED芯片，通常选择粘滞系数2500~4000mPa·s的液态透明材料，并且无法实现完整包覆LED芯片侧面。而对于本发明采用了具有粗糙侧表面的LED芯片，粘滞系数选择能够在较宽的范围内选择，粘滞系数介于1000~6000mPa·s均能实现倒锥形透明材料层的形成。优选地，选择室温下粘滞系数为3000~4000mPa·s的液态透明材料。由此可见，覆盖具粗糙结构的LED芯片侧表面的透明材料层的粘滞系数的范围，比覆盖不具粗糙结构的LED芯片侧表面的透明材料层的粘滞系数的范围至少大3倍以上。
此外，在透明材料层的固化过程中，采用阶梯温度逐渐升温进行固化，能够有效地提高倒锥形透明层的一致性。以液态硅胶作为透明材料层为例，固化的温度时间工艺控制，包括：先在50℃温度下持温15min，再在70℃温度下持温15min，最后在150℃温度下持温30min，根据不同材料的流变性需要，还可以选择不同的升温曲线。
通过对温度的控制，可以控制液态透明材料固化过程中的粘度变化。在透明材料层的固化过程中，液态透明材料的粘滞系数可降至1000~1500mPa·s，并且在较低粘滞系数的温度下停留10~60min，能够有效提高批量生产时倒锥形透明材料层的结构均匀性；较低的粘滞系数有利于液态透明材料更好地完全包覆LED芯片的粗糙侧面，同时也有利于未包覆LED芯片侧面的、位于波长转换材料层表面的液态透明材料的流动，该液态透明材料的流动能够有效地提高批量生产时倒锥形透明层的结构均匀性，即有利于工艺可控性。
步骤（3）：如图10所示，在倒锥形透明材料层上方填充反光材料层300，并进行固化。
步骤（4）：如图11所示，采用切割工艺，去除临时基板500，分离成若干个发光装置，如图12所示。需要说明的是，分离得到的发光装置可以是单个CSP发光单元，也可以是多个CSP发光单元。
本实施例提供的发光装置的制造方法，可以使得透明材料层能够完整包覆LED芯片侧面，即透明材料层披覆至多个第二面和多个侧面中的两个面相接的角部，有效地提高了封装器件的整体光通量，并且提高了批量生产时的封装器件亮度集中性和均匀性。
实施例3
与实施例2区别的是，本实施提供的发光装置的制造方法，其在步骤（1）中，采用点胶或者印刷的方式，在波长转换材料层的表面形成多个相互分离的透明材料层，然后在步骤（2）骤中，将倒装结构LED芯片反向贴装在透明材料层上，即先形成透明材料层，然后将倒装结构LED芯片贴装至透明材料层的侧面，从而使得透明材料层披覆至第二面和多个侧面中的两个面相接的角部。
应当理解的是，上述具体实施方案仅为本发明的部分优选实施例，以上实施例还可以进行各种组合、变形。本发明的范围不限于以上实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种发光装置，包括：
LED芯片，具有第一面、与所述第一面相对的第二面、在所述第一面与所述第二面之间的多个侧面，并且具有多个所述第二面和所述多个侧面中的两个面相接的角部，在所述第二面侧具有一对电极，所述侧面具有粗糙结构；
透明材料层，完全包覆所述LED芯片除电极之外的多个侧面，且不露出多个所述角部；
反光材料层，包围所述透明材料层外围；
定义所述透明材料层的粘滞系数为A，粘滞系数的范围为W（A），透明材料层的厚度为B、芯片的厚度为C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度为D，要使得透明材料层能够完全包覆LED芯片的侧面，则粘滞系数范围W（A）与透明材料层的厚度B、芯片的厚度C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度D满足关系式：W(A)∝B*D/C。
2.根据权利要求1所述的一种发光装置，其特征在于：所述粗糙结构的粗糙度为0.01μm~2μm。
3.根据权利要求1所述的一种发光装置，其特征在于：所述粗糙结构呈周期性或非周期性。
4.根据权利要求1所述的一种发光装置，其特征在于：所述粗糙结构通过隐形激光切割或者表面改性工艺获得。
5.根据权利要求1所述的一种发光装置，其特征在于：所述LED芯片侧面具粗糙结构，用以增大完全覆盖所述芯片侧表面的透明材料层的粘滞系数的范围选择。
6.一种发光装置的制造方法，包括：
提供一波长转换材料层以及若干个LED芯片，其中所述LED芯片具有第一面、与所述第一面相对的第二面、在所述第一面与所述第二面之间的多个侧面，并且具有多个所述第二面和所述多个侧面中的两个面相接的角部，在所述第二面侧具有一对电极，所述侧面具有粗糙结构；
将若干个LED芯片与所述波长转换材料层贴合，所述LED芯片的电极远离波长转换材料层；
在所述波长转换材料层之上制作透明材料层并进行固化，完全包覆所述LED芯片除电极之外的侧表面，且不露出多个所述角部，定义所述透明材料层的粘滞系数为A，粘滞系数的范围为W（A），透明材料层的厚度为B、芯片的厚度为C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度为D，要使得透明材料层能够完全包覆LED芯片的侧面，则粘滞系数范围W（A）与透明材料层的厚度B、芯片的厚度C、芯片侧面粗糙结构的粗糙度D满足关系式：W(A)∝B*D/C；
在所述透明材料层外围包覆反光材料层；
沿相邻的所述LED芯片之间的反光材料层，分离成若干个单元，即得到发光装置。
7.根据权利要求1所述的一种发光装置的制造方法，其特征在于：所述LED芯片侧面具有粗糙结构，用以增大芯片侧面与所述透明材料层的接触面积，从而增强芯片对透明材料的亲和性，提高透明材料在芯片侧面的润湿性能，进而使得透明材料层能够完全覆盖芯片侧表面。
8.根据权利要求1所述的一种发光装置的制造方法，其特征在于：所述LED芯片侧面具有粗糙结构，以增大完全覆盖所述芯片侧表面的透明材料层的粘滞系数的范围选择。
9.根据权利要求1所述的一种发光装置的制造方法，其特征在于：所述透明材料层的粘滞系数的范围介于1000~6000mPa·s。
10.根据权利要求1所述的一种发光装置的制造方法，其特征在于：所述透明材料层的固化过程中，采用阶梯温度逐渐升温进行固化。
11.根据权利要求10所述的一种发光装置的制造方法，其特征在于：所述阶梯温度逐渐升温工艺包括：先在50℃温度下持温15min，再在70℃温度下持温15min，最后在150℃温度下持温30min。
12.根据权利要求10所述的一种发光装置的制造方法，其特征在于：通过对固化温度的控制，将透明材料层的粘滞系数降至1000~1500mPa·s，并且在该粘滞系数的温度下停留10~60min，从而提高透明材料层的结构均匀性。
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