LED封装器件的制作方法

led封装器件
技术领域
1.本技术涉及半导体相关技术领域，尤其涉及一种led封装器件。


背景技术：

2.根据封装材料的不同，led封装器件可分为玻璃透镜结构的led封装器件和树脂结构的led封装器件。对于深紫外led芯片而言，由于树脂在紫外光作用下易出现透明性降低的现象并进而影响led封装器件的出光效率，led封装器件通常选为玻璃透镜结构的led封装器件。
3.如图1所示，led封装器件进行封装时，现有的盖透镜方法都是在高温、真空环境下进行。但是，在加热和压合的过程中，该结构下的透镜会受到内部热应力和外部压力的作用，从而在透镜底座内腔的直角边缘处形成很大的集中应力。而透镜为石英玻璃，易破裂，当受到应力超过所能承受的最大张力时，就会沿着边缘发生破裂，从而造成产品的报废，大大增加了封装成本。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种led封装器件，包括：封装基板，具有相对设置的第一表面和第二表面；led芯片，设置于所述封装基板的第一表面上；透光单元，设置在所述封装基板的第一表面上，所述透光单元具有一内腔，所述led芯片位于所述内腔内；其中，所述内腔具有上表面和侧表面，所述上表面与所述侧表面具有第一连接部，所述第一连接部为曲面或倾斜面或其组合。
5.本发明还提供另一种led封装器件，包括：封装基板，具有相对设置的第一表面和第二表面；led芯片，设置于所述封装基板的第一表面上；透光单元，设置在所述封装基板的第一表面上，所述透光单元具有一内腔，所述led芯片位于所述内腔内；其中，所述内腔具有上表面和侧表面，所述透光单元具有与所述封装基板第一表面接触的下表面，所述侧表面和所述下表面具有第二连接部，所述第二连接部为曲面或倾斜面或其组合。
6.本发明还提供另一种led封装器件，包括：封装基板，具有相对设置的第一表面和第二表面；led芯片，设置于所述封装基板的第一表面上；透光单元，设置在所述封装基板的第一表面上，与所述封装基板形成一内腔，所述led芯片设置在所述内腔内；其中，所述内腔具有上表面和侧表面，所述侧表面与所述第一表面的法线形成一锐角角，所述锐角大于5
°
。
7.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：（1）透光单元内腔中上表面和侧表面和/或透光单元下表面和侧表面之间具有曲面或者倾斜面，替代现有技术中直角结构，可以在不影响led芯片出光效率的同时起到降低透光单元边缘应力，降低透光单元沿边缘破裂的风险。在不改变外观尺寸和出光性能的前提下，降低了led封装的整体成本；（2）在实际应用时，本发明提出的带曲面或者倾斜面的连接部的透光单元可以承受比现有技术中更高的压合力度和温度，能工作在更恶劣的环境下，增加了工程作业中的
容错率；（3）将透光单元内腔中的侧表面设置为斜面结构可以使得内腔侧表面上的应力均匀分布，使其平缓过渡。此外，由于侧表面为斜面结构，可以增加led芯片的取光率，增加led封装器件的出光效率。
附图说明
8.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
9.图1为现有技术中的led封装器件的截面示意图；图2为根据本技术第一实施例示出的led封装器件的剖视图；图3为根据本技术第二实施例示出的led封装器件的剖视图；图4为根据本技术第三实施例示出的led封装器件的剖视图；图5为根据本技术第四实施例示出的led封装器件的剖视图；图6为根据本技术第五实施例示出的led封装器件的剖视图；图7为根据本技术第六实施例示出的led封装器件的剖视图；图8为根据本技术第七实施例示出的led封装器件的剖视图；图9a为根据图1示出的现有技术中透镜顶部的应力分布模拟图；图9b为根据本技术第四实施例示出的led封装器件中透镜顶部的应力分布模拟图；图10a为根据图1示出的现有技术中透镜底部的应力分布模拟图；图10b为根据本技术第四实施例示出的led封装器件中透镜底部的应力分布模拟图；图11a为根据图1示出的现有技术中透镜侧壁的应力分布模拟图；图11b为根据本技术第四实施例示出的led封装器件中透镜侧壁的应力分布模拟图。
10.附图标记：100 封装基板；1001 第一表面；1002 第二表面；110 功能区；120电极焊盘；200 led芯片；300 透光单元；310 内腔；311 上表面；312 侧表面；313 第一连接部；320 底座；330 透光区；321 下表面；322 第二连接部。
具体实施方式
11.以下通过特定的具体实施例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或营业，本技术中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。
12.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”和“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，
仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
13.第一实施例根据本技术的一个方面，提供一种led封装器件。参见图2，图2为根据本技术第一实施例示出的led封装器件的剖视图。该led封装器件包括封装基板100、led芯片200和透光单元300。封装基板100具有相对设置的第一表面1001和第二表面1002。led芯片200设置于封装基板100的第一表面1001上。透光单元300设置在封装基板100的第一表面1001上，具有一内腔310，led芯片200位于该内腔310内。其中，内腔310具有上表面311和侧表面312，上表面311与侧表面312具有第一连接部313，第一连接部313为曲面或倾斜面或其组合。
14.本实施例中，封装基板100可以是陶瓷基板、印刷电路板等任意适合的基板。本实施例以平面陶瓷基板为例进行说明。该封装基板100包括相对设置的第一表面1001和第二表面1002，如图2所示，封装基板100第一表面1001上设置有功能区110，第二表面1002设置有连通功能区110的电极焊盘120。功能区110形成为用于固定led芯片200的固晶区，led芯片200设置在功能区110上，例如可以通过金线连接或者直接焊接至功能区110。在可选实施例中，上述功能区110由形成在封装基板100的第一表面1001上的金属镀层形成，金属镀层在功能区110形成分别连接led芯片的电极的正负电极区，电极焊盘120将设置在功能区110的led芯片200的电极引出。
15.led芯片200可以是任意类型的led芯片，例如，可以是波长小于400 nm，尤其是波长介于200 nm~385 nm之间的紫外或深紫外led芯片。led芯片200也可以是出射波长为600nm~760nm范围内的光线。该led芯片200的厚度介于200 μm~ 750 μm，优选地，大约为250~500μm，例如可以为430 μm。虽然未详细示出，但是可以理解的是，led芯片200可以包括衬底，形成在衬底表面的半导体层，该半导体层包括可以依次形成在衬底表面的第一半导体层、有源层以及第二半导体层，led芯片200还包括分别与上述第一、第二半导体层连接的电极结构，led芯片200的电极结构连接至基板的功能区110，例如可以通过焊接、共晶等方式连接，由此实现led芯片200的固定。led芯片200的电极结构通过封装基板100第二表面1002的电极焊盘130引出。
16.透光单元300通过粘结层（未视出）连接至封装基板100第一表面1001上。透光单元300可以改变led芯片光的折射率，从而调节出光角度。同时，也可以聚集光线，从而提高led芯片的发光效率。
17.透光单元300包括底座320及透光区330，在本实施例中，如图2所示，透光单元300为石英玻璃形成的透镜结构，透光区330形成凸透镜，底座320位于凸透镜的下方。具有该凸透镜的透光区330的透光单元300的led封装器件的出光角在30
°
~70
°
左右。底座320连接至封装基板100的第一表面1001上，透光区330位于led上方。底座320和透光区330之间形成有内腔310，led芯片200位于该内腔310中，该内腔310的深度大约为100μm ~900μm，优选为300 μm~650 μm。内腔310具有上表面311和侧表面312，led芯片200离上表面311的距离优选大于等于20μm，避免由于工艺误差等原因使led芯片200与内腔310接触。其次，led芯片200离上表面311的距离也不能太大，例如大于300 μm，否则由于内腔310深度太深，导致透光单元300太大，使得led封装器件整体太大。
18.在一实施例中，内腔310的上表面311和侧表面312之间具有第一连接部313。该第一连接部313为曲面，该曲面具有变化的斜率。在一具体实施例中，第一连接部313为一圆角结构，即上表面311和侧表面312之间为一弧形边，该弧形边的凸起方向为远离内腔310的方向。在内腔310的上表面311和侧表面312之间设置圆角结构，替代现有技术中直角结构（如图1所示），可以在不影响led芯片出光效率的同时起到降低透光单元300边缘应力，降低透光单元300沿边缘破裂的风险。
19.较佳地，第一连接部313的曲率半径介于0.05mm~0.3mm，如果第一连接部313的半径低于0.05mm，则无法有效降低透光单元300边缘应力。如果超过0.3mm，则不利于透光单元300与封装基板100粘结的稳定性。
20.较佳地，第一连接部313的曲率半径介于0.1 mm~0.2 mm。圆角结构加入后，可以大大降低内腔310边缘处的应力值，从而减少透光单元300破裂的数量，节省led封装器件封整体的封装成本。
21.第二实施例图3为用于说明本技术的第二实施例的led封装器件的示意性的剖视图。与第一实施例不同的是：透光单元300包括底座320及透光区330，底座320具有与封装基板第一表面1001接触的下表面321，该下表面321与内腔310的侧表面312之间具有第二连接部322。该第二连接部322为曲面，该曲面具有变化的斜率。在一具体实施例中，第二连接部322为一圆角，即下表面321和侧表面312之间为一弧形边，该弧形边的凸起方向为靠近内腔310的方向。在底座320的下表面321和侧表面312之间设置圆角结构，替代现有技术中直角结构（如图1所示），可以对底座320内腔310边缘处的应力过渡起到很大的作用，降低透光单元300沿边缘破裂的风险。在不改变led封装器件的外观尺寸和出光性能的前提下，降低了led封装器件整体的封装成本。在一具体实施例中，第二连接部322的曲率半径介于0.05mm~0.3mm，如果第二连接部322的半径低于0.05 mm，则无法有效降低透光单元300边缘应力。如果超过0.3 mm，则不利于透光单元300与封装基板100粘结的稳定性。较佳地，第二连接部322的曲率半径介于0.1 mm~0.2 mm。
22.第三实施例图4为用于说明本技术的第三实施例的led封装器件的示意性的剖视图。与上述实施例不同的是：透光单元300内腔310的侧表面312与封装基板100第一表面1001的法线形成一锐角，该锐角α大于等于5
°
，较佳的，该锐角α介于5
°
~60
°
。将侧表面312设置为斜面结构可以使得透光单元300内腔310侧表面312上的应力均匀分布，使其平缓过渡。此外，由于侧表面与封装基板100第一表面1001的法线z形成一锐角，使其内腔310成为“正梯形”结构，可以增加led芯片的取光率，增加led封装器件的出光效率。
23.第四实施例图5为用于说明本技术的第四实施例的led封装器件的示意性的剖视图。与上述实施例不同的是：内腔310具有上表面311和侧表面312，上表面311和侧表面312之间具有第一连接部313。该第一连接部313为倾斜面，第一连接部313与上表面311之间形成一钝角β1，第一连接部313与侧表面312之间形成一钝角β2。在内腔310的上表面311和侧表面312之间设置倾斜面结构，替代现有技术中直角结构（如图1所示），可以在不影响led芯片出光效率的
同时起到降低透光单元300边缘应力，降低透光单元300沿边缘破裂的风险。
24.在一实施例中，底座320具有与封装基板第一表面1001接触的下表面321，该下表面321与内腔310的侧表面之间具有第二连接部322。该第二连接部322为倾斜面，第二连接部322与侧表面311之间形成钝角，第二连接部322与下表面321之间形成钝角。在底座320的下表面321和侧表面312之间设置倾斜面结构，替代现有技术中直角结构（如图1所示），可以对底座320内腔310边缘处的应力过渡起到很大的作用，降低透光单元300沿边缘破裂的风险。在不改变led封装器件的外观尺寸和出光性能的前提下，降低了led封装器件整体的封装成本。
25.第五实施例图6为用于说明本技术的第五实施例的led封装器件的示意性的剖视图。与上述实施例不同的是：第一实施例至第四实施例中上表面311和侧表面312是平面，本实施例的上表面311为曲面，侧表面312为平面。上表面311和侧表面312之间的第一连接部313为曲面和倾斜面的组合，且第一连接部313为一类似钝角β3结构。连接部采用该结构取代现有技术（图1所示）的直接结构，可有效降低内腔310边缘处的应力。
26.第六实施例图7为用于说明本技术的第六实施例的led封装器件的示意性的剖视图。与上述实施例不同的是：本实施例的透光单元300中内腔310具有上表面311和侧表面312，上表面311和侧表面312之间具有第一连接部313，第一连接部313为曲面，上表面311和侧表面312分别为曲面。在一实施例中，内腔310为圆形腔面，相对于矩形腔体，可进一步有效降低内腔310边缘处的应力，使应力过渡均匀，降低降低透光单元300沿边缘破裂的风险。
27.第七实施例图8为用于说明本技术的第七实施例的led封装器件的示意性的剖视图。与上述实施例不同的是：透光单元300包括底座320和透光区330，不同的是，透光区330为平面结构，具有该平面结构的透光区330的透光单元300的led封装器件的出光角在120
°
~140
°
左右。
28.接下来以现有技术和第三实施例的led封装器件进行应力分布模拟。
29.图9a为根据图1示出的现有技术中透镜顶部的应力分布模拟图，图9b为根据本技术第三实施例的led封装器件中透镜顶部的应力分布模拟图。从图9a和图9b中可以看出，现有技术中的透镜的应力分布和本技术的透镜的应力分布情况是一致的，说明本技术中透镜的内腔中采用圆角结构和斜面结构不会使透镜的应力发生转移，因此不会改变透镜破裂的位置。但是该结构可以降低应力的大小，故可以改善透镜破裂的情况。
30.图10a为根据图1示出的现有技术中透镜底部的应力分布模拟图，图10b为根据本技术第三实施例的led封装器件中透镜底部的应力分布模拟图。从图10a中可以看出，透镜受力的主要位置在底座，最大应力达到了25.24mpa。同时，透镜底座内腔的边缘处应力为9.576mpa，在二者的作用下透镜会沿着内腔边缘发生破裂。从图10b中可以看出，虽然透镜底座的整体受力情况与图10a差别不大，但是底座内腔边缘的应力大大减小。仅为4.916mpa，由于圆角边缘可以降低应力的大小，因此采用圆角结构的透镜可以改善封装时透镜破裂的情况。
31.图11a为根据图1示出的现有技术中透镜侧壁的应力分布模拟图，图11b为根据本技术第三实施例的led封装器件中透镜侧壁的应力分布模拟图。从图11a可以看出，现有技
术的透镜侧壁应力分布从1.6266mpa到5.2433mpa，跨度较大，这种应力跨度会造成侧壁受力不均匀，从而增加内腔侧壁的负担。反之，从图11b可以看出，当侧壁采用斜面结构时，其受到的应力从2.8763mpa，到3.6251mpa，再到4.6114mpa，在数值上是连续的，跨度较小，达到了应力连续过渡的效果，从而减小内腔侧壁的负担，降低了透镜沿内腔边缘破裂的风险。
32.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。