專利名稱：一種led封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種LED封裝方法。
背景技術(shù)：
半導體發(fā)光二極管(LED)具有高亮度、低能耗、長壽命、響應速度快等特點，是一 種綠色環(huán)保型的固體光源，因而在照明、交通燈顯示、平板顯示等領(lǐng)域有廣泛的應用。雖然 LED的內(nèi)量子效率可以達到較高的水平，但由于材料的高折射率使得LED器件的出光效率 很低，最終造成LED的外量子效率不高。因此，提高LED的出光效率成為人們亟需解決的問 題，引起人們的廣泛關(guān)注和研究。近年來，人們提高LED出光效率的主要方法有外延片生 長時使用PSS襯底；芯片制造過程中加入底部反射鏡、管芯側(cè)壁腐蝕、出光面粗糙化或光子 晶體制作等等。這些方法雖然能使裸芯片LED的出光效率得到有效的改善和提高，但是在 管芯封裝后，由于環(huán)氧樹脂的包圍，通過采用上述方法得到的較高的出光效率會被部分消 除而降低，最終導致封裝后的LED出光效率的提高不是非常明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種LED封裝方法，可有效提高LED器件的出光效率。本發(fā)明提供的LED封裝方法，其特征在于，在封裝過程中用陽極氧化鋁(Anodic aluminumoxide, AA0)模板在環(huán)氧樹脂上制備出周期性微結(jié)構(gòu)，具體包括如下步驟1)利用二次陽極氧化法制備出多孔的具有周期性的AAO模板。在制備過程中，根 據(jù)所要封裝LED芯片的波長，通過調(diào)控電解液濃度、氧化電壓、溫度和時間等參數(shù)制備出相 應孔徑大小和孔間距的AAO膜。將鋁基底用飽和氯化銅溶液去除，即獲得了具有周期性微 結(jié)構(gòu)的AAO模板。2)將AAO模板移植到LED封裝模具的內(nèi)表面，讓模具內(nèi)表面均勻鋪上此周期性微 結(jié)構(gòu)AAO膜。3)將配制好的環(huán)氧樹脂預聚體澆注到模具里，真空脫氣，放入烘箱進行烘烤。待其 固化后，將所封裝的器件從模具上取下，此時LED器件環(huán)氧樹脂的外表面具有與AAO模板一 樣的周期性微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明進一步還可利用AAO模板制備出帶有周期性微結(jié)構(gòu)、可重復使用的封裝模 具，然后以此模具在環(huán)氧樹脂上制備出周期性微結(jié)構(gòu)，具體包括如下步驟1)利用二次陽極氧化法制備出多孔的具有周期性的AAO模板。在制備過程中，根 據(jù)所要封裝LED芯片的波長，通過調(diào)控電解液濃度、氧化電壓、溫度和時間等參數(shù)制備出相 應孔徑大小和孔間距的AAO膜。將鋁基底用飽和氯化銅溶液去除，并用磷酸除去阻擋層，即 獲得了具有周期性微結(jié)構(gòu)的通孔AAO模板。2)將AAO模板上的周期性微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到LED封裝模具上，其方法有將制備好的 AAO模板均勻鋪在硅模具的內(nèi)表面，然后用干法刻蝕的方法將AAO模板上的周期性微結(jié)構(gòu) 復制到硅模具的內(nèi)表面；或者也可以采用熱固化的方法將AAO模板上的圖形轉(zhuǎn)移到硅橡膠模具上。通過上述方法便可獲得帶有周期性微結(jié)構(gòu)、可重復使用的LED封裝模具。
3)將配制好的環(huán)氧樹脂預聚體澆注到模具里，真空脫氣，放入烘箱進行烘烤。待其 固化后，將所封裝的器件從模具上取下，此時LED器件環(huán)氧樹脂的外表面具有與AAO模板一 樣的周期性微結(jié)構(gòu)。所述的AAO模板的周期性孔結(jié)構(gòu)與所要封裝的LED芯片的波長相匹配，其中孔的 直徑范圍為100-300nm，孔的深度約為lum，孔間距接近LED芯片的發(fā)光波長。本發(fā)明利用AAO模板，該模板具有孔洞排列規(guī)則，孔徑大小均勻，孔徑和孔間距靈 活可控以及良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，把AAO模板上的周期性微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到材 料上將使材料表現(xiàn)出獨特的光學性質(zhì)；另外，通過改變微結(jié)構(gòu)的參數(shù)(如結(jié)構(gòu)單元形狀、周 期、孔徑及孔洞深度等)還可實現(xiàn)對材料光學性質(zhì)的調(diào)制。本發(fā)明將AAO模板上的周期性 微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到LED封裝材料環(huán)氧樹脂上，可有效提高LED器件的出光效率。本發(fā)明還可結(jié) 合用AAO模板在LED芯片的出光面制備出周期性微結(jié)構(gòu)，進一步提高器件的出光效率。


圖1是利用二次陽極氧化法制備的AAO模板；圖2是將AAO模板鋪在模具內(nèi)表面封裝小管芯LED的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是用帶有周期性微結(jié)構(gòu)的硅模具封裝小管芯LED的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是用AAO模板封裝大功率垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖。1-直插式支架；2-小管芯GaN基藍光LED芯片；3_環(huán)氧樹脂；4_帶周期性微結(jié)構(gòu) 的AAO模板；5-封裝模具；6-鋁基板；7-蓋透鏡；8-大功率垂直結(jié)構(gòu)GaN基藍光LED芯片。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，通過具體的實施例對本發(fā)明所述的LED封裝方法做進一步描述。實施例一 ΑΑ0膜貼于模具內(nèi)表面的小管芯GaN基藍光LED直插式封裝1.將電拋光后的鋁箔放入磷酸溶液中，用二次陽極氧化法制備出孔間距接近 460nm(此藍光LED管芯發(fā)光波長)的周期性微結(jié)構(gòu)AAO膜。用飽和的氯化銅溶液除去鋁基 底，再用5%的磷酸溶液擴孔，即可獲得孔徑約為270nm的周期性微結(jié)構(gòu)AAO模板，如圖1。2.將步驟1制備得到的具有周期性微結(jié)構(gòu)的AAO膜均勻鋪在封裝模具的內(nèi)表面 上。3.往模具內(nèi)注入液態(tài)的環(huán)氧樹脂，再將壓焊好的LED支架插入硅模具里，小管芯 GaN基藍光LED，發(fā)光波長約為460nm，如圖2所示。然后將其放入烘箱烘烤，待其固化后將 LED器件從封裝模具中取出，即可獲得具有周期性微結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂外表面的LED。實施例二 用通過AAO模板制備的硅模具封裝小管芯GaN基藍光LED1.將電拋光后的鋁箔放入磷酸溶液中，用二次陽極氧化法制備出孔間距約為 460nm的周期性微結(jié)構(gòu)AAO膜。用飽和的氯化銅溶液除去鋁基底，再用5%的磷酸溶液擴孔， 即可獲得孔徑約為270nm的周期性微結(jié)構(gòu)AAO模板，如圖1。2.將步驟1制備得到的具有周期性微結(jié)構(gòu)的AAO膜均勻鋪在硅模具的內(nèi)表面上。3.以AAO模板為掩膜，用干法刻蝕技術(shù)刻蝕硅模具，然后去除AAO模板，即可獲得 內(nèi)表面帶有周期性微結(jié)構(gòu)、可重復使用的硅封裝模具。
4.在硅模具內(nèi)表面噴涂上脫模劑，然后注入液態(tài)的環(huán)氧樹脂，再將壓焊好的LED 支架插入硅模具里，小管芯GaN基藍光LED，發(fā)光波長約為460nm，如圖3所示。將其放入烘 箱烘烤，待其固化后將LED器件從硅模具中取出，即可獲得具有周期性微結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂 外表面的LED。實施例三大功率垂直結(jié)構(gòu)GaN基藍光LED芯片封裝1.將電拋光后的鋁箔放入磷酸溶液中，用二次陽極氧化法制備出孔間距約為 460nm的周期性微結(jié)構(gòu)AAO膜。用飽和的氯化銅溶液除去鋁基底，再用5%的磷酸溶液擴孔， 即可獲得孔徑約為270nm的周期性微結(jié)構(gòu)通孔AAO模板，如圖1。2.將步驟1制備得到的具有周期性微結(jié)構(gòu)的AAO膜均勻鋪在大功率垂直結(jié)構(gòu)LED 管芯n-GaN的表面，然后用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕，n-GaN的刻蝕深度約為lum。待 刻蝕結(jié)束后，去除管芯表面的AAO模板，便可獲得帶有周期性微結(jié)構(gòu)的n-GaN出光面。3.將此大功率垂直結(jié)構(gòu)LED管芯固定在鋁基板上，并打線壓焊。然后，將步驟1 制備得到的具有周期性微結(jié)構(gòu)的AAO膜均勻鋪在蓋透鏡的內(nèi)表面，再將此帶有AAO模板的 蓋透鏡扣在鋁基板上LED管芯的正上方。大功率垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED管芯，發(fā)光波長約為 460nm，如圖4所示管芯下面是p_GaN(8a)，光從頂部較厚的n-GaN(8b)出來，該LED管芯 頂部帶有周期性微結(jié)構(gòu)的出光面(8c)；封裝大功率LED管芯用的蓋透鏡的內(nèi)表面鋪有一層 AAO 膜。4.往蓋透鏡所包覆的模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧樹脂，放入烘箱烘烤。待其固化后，將蓋 透鏡取下，即可得到帶有周期性微結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂外表面的LED ；也可根據(jù)所使用的蓋透 鏡的情況，保留蓋透鏡，而得到透鏡內(nèi)表面處帶有周期性微結(jié)構(gòu)的LED。本發(fā)明有以下幾個方面的優(yōu)點(I)AAO模板制備工藝簡單，價格低廉。通過簡單的電化學常溫制備方法即可獲得 大面積均勻的具有周期性微結(jié)構(gòu)的AAO膜。(2)在LED芯片封裝中，將AAO模板上的周期性微結(jié)構(gòu)復制到環(huán)氧樹脂外表面，可 有效改善LED器件的出光效率。由于微結(jié)構(gòu)的某一周期對不同的光波長有不同的透光性， 因此針對某一波長的LED芯片，需要最優(yōu)參數(shù)的周期性微結(jié)構(gòu)以利于光的提取。而在AAO 模板制備過程中，通過優(yōu)化陽極氧化條件(包括酸溶液的種類和濃度，氧化時間和溫度等) 可實現(xiàn)孔形狀、孔徑、孔間距和膜厚靈活可控，從而得到最優(yōu)的周期性微結(jié)構(gòu)。在實施例一 和二中，通過本發(fā)明的方法得到對于藍光460nm的LED，所對應的較優(yōu)的AAO模板參數(shù)是 孔間距接近LED發(fā)光波長(即460nm)，孔徑約為270nm，以此參數(shù)AAO模板制備的帶有周期 性微結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂能使器件的出光效率比無結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂器件高出10%以上。對于其他 發(fā)光波長的LED，也可以通過此方法制備出相應周期的微結(jié)構(gòu)以利于器件出光效率的提高。(3)此方法還可結(jié)合LED芯片出光面無規(guī)粗糙化或周期性微結(jié)構(gòu)(如光子晶體) 制作進一步提高器件的出光效率。如在實施例三中，通過在大功率垂直結(jié)構(gòu)LED較厚的 n-GaN和包裹LED管芯的環(huán)氧樹脂外表面制備周期性微結(jié)構(gòu)，可以使得器件的出光效率提 高30%以上。(4)此外，通過AAO模板可制備出帶有周期性微結(jié)構(gòu)、可重復使用的LED封裝模具， 然后以此模具可封裝出環(huán)氧樹脂外表面帶有周期性微結(jié)構(gòu)的LED器件，既方便批量生產(chǎn)又 節(jié)省成本。
為清楚闡述本發(fā)明而介紹了相關(guān)實施例和附圖，但是引入的實施例和附圖并非用 以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實 施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LED封裝方法，其特征在于，在封裝過程中，利用AAO模板在環(huán)氧樹脂表面上制 備出周期性微結(jié)構(gòu)，具體包括如下步驟1)制備與所要封裝的LED芯片的波長相匹配的周期性微結(jié)構(gòu)的AAO模板；2)將AAO模板均勻鋪在LED的封裝模具的內(nèi)表面上；3)將封裝用的環(huán)氧樹脂澆注到模具里，真空脫氣，放入烘箱進行烘烤，待其固化后，LED 器件環(huán)氧樹脂的外表面具有與AAO模板一樣的周期性微結(jié)構(gòu)。
2.—種LED封裝方法，其特征在于，用AAO模板制備出帶有周期性微結(jié)構(gòu)的封裝模具， 然后以此模具進行環(huán)氧樹脂的澆注，固化后的環(huán)氧樹脂表面有周期性微結(jié)構(gòu)，具體包括如 下步驟1)制備與所要封裝的LED芯片的波長相匹配的周期性微結(jié)構(gòu)的AAO模板；2)將AAO模板上的周期性微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到LED封裝模具的內(nèi)表面上；3)將封裝用的環(huán)氧樹脂澆注到模具里，真空脫氣，放入烘箱進行烘烤，待其固化后，LED 器件環(huán)氧樹脂的外表面具有與AAO模板一樣的周期性微結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的AAO模板有周期性孔結(jié)構(gòu)，其中 孔的直徑范圍為100-300nm，孔間距接近LED芯片的發(fā)光波長。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的封裝模具材料為硅或硅橡膠。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將AAO模板均勻鋪在硅模具的內(nèi)表面，通過 干法刻蝕方法，在硅模具的內(nèi)表面上得到與AAO模板一致的周期性微結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，硅橡膠模具是采用熱固化方法制備，具體是 將AAO模板均勻鋪在一模具的內(nèi)表面，澆注入液態(tài)硅膠，待其固化后，將硅膠取出，便可得 到內(nèi)表面帶有周期性微結(jié)構(gòu)的硅橡膠模具。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種LED封裝方法，屬于光電器件技術(shù)領(lǐng)域。該方法在封裝過程中，利用AAO模板在環(huán)氧樹脂上制備出周期性微結(jié)構(gòu)，具體為制備與所要封裝的LED芯片的波長相匹配的周期性微結(jié)構(gòu)的AAO模板；然后將AAO模板均勻鋪在LED封裝模具的內(nèi)表面上；最后將液態(tài)環(huán)氧樹脂澆鑄到模具里，真空脫氣，放入烘箱進行烘烤，待環(huán)氧樹脂固化后，將所封裝的器件從模具上取下，LED器件的環(huán)氧樹脂的外表面具有與AAO模板一樣的周期性微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明進一步用AAO模板制備出可重復使用、帶有周期性微結(jié)構(gòu)的封裝模具。本發(fā)明通過將AAO模板上的周期性微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到LED封裝材料環(huán)氧樹脂上，改善器件的光學性能，從而提高出光效率。
文檔編號H01L33/00GK102005520SQ20101052631
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者于彤軍, 付星星, 康香寧, 張國義, 鄧俊靜, 陳志忠 申請人:北京大學