在晶圆上封装直接白光LED芯片的设备

摘要

一种在晶圆上封装直接白光LED芯片的设备包括:LED晶圆片的集成化固定夹具、位移检测部件、监测夹具移动机构、电机和监测夹具、荧光粉胶点涂装置、温度控制部件,设备由上夹板、下夹板与立柱组成框架，监测夹具移动机构由电机驱动，设置在上夹板下方，LED晶圆片的集成化固定夹具设置在下夹板的上方，集成化固定夹具的顶部设有抽气层，抽气层的下面设有加热模块，监测夹具移动机构的底部设有一监测夹具，监测夹具的一侧设有位移传感器，另一侧设有自动化点涂装置，位移传感器经电路与电机控制端连接。本发明的优点在于能够荧光粉厚度的均匀性，大大提高了LED封装效率，有利于控制LED封装的成品率，降低LED封装产品的制造成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管光源制造的设备,特别涉及一种在大功率 发光二极管晶圆上实现直接输出白光的直接白光LED芯片的封装设备。

背景技术

LED（LightEmittingDiode）是一种基于P-N结电致发光原理制成的半导 体发光器件，具有电光转换效率高、使用寿命长、环保节能、体积小等优点， 被誉为21世纪绿色照明光源，随着以氮化物为代表的第三代半导体材料技术 的突破，基于大功率高亮度发光二极管（LED）的半导体照明产业在全球迅速 兴起，并在传统照明领域引发了一场革命。LED由于其独特的优越性，已经开 始在许多领域得到广泛应用，被业界认为是未来照明技术的主要发展方向，具 有巨大的市场潜力。

大功率白光LED通常是由两波长光（蓝色光+黄色光）或者三波长光（蓝 色光+绿色光+红色光）混合而成。目前广泛采用的白光LED是通过蓝色LED 芯片（GaN）和黄色荧光粉（YAG或TAG）组成。在LED封装中荧光粉层的 几何形貌，浓度和厚度等参数严重影响LED的出光效率、色温、空间颜色均 匀性等重要光学性能；为了获得良好光学性能的LED产品，荧光粉层的实现 工艺是非常关键的。

目前的LED封装工艺是将从LED晶圆片上切割得到的芯片固定在基板或 者支架上面，先实现电连接，再将荧光粉和环氧树脂或者硅胶的混合物涂覆到 LED芯片周围，形成荧光粉层。在这种封装工艺流程中，由于荧光粉胶粘度很 大，在涂覆荧光粉的过程中荧光粉胶量在不同的封装模块之间往往是不同的， 这将导致封装得到的LED产品光色变化很大，影响产品的一致性；而且由于 当色温超过一定范围，LED产品将不能够使用，所以使得LED的成品率不是 很高，低成品率带来的直接后果是增大用户使用LED产品的成本。而且在封 装过程中荧光粉胶一般是通过点涂到LED周围，形成球帽状荧光粉形貌，这 种形貌将导致LED产品的空间颜色不均匀，这将影响LED产品用户的照明舒 适感。为此必须发展新型LED荧光粉涂覆工艺及设备，克服目前封装工艺的 低色温一致性、低成品率和空间颜色均匀性不高的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,提供一种在大功率发光 二极管晶圆上实现直接输出白光的制造设备。

本发明包括:LED晶圆片的集成化固定夹具、位移检测部件、监测夹具 移动机构、电机和监测夹具、荧光粉胶点涂装置、温度控制部件,其特征在于 所述设备由上夹板、下夹板与立柱组成框架，监测夹具移动机构由电机驱动， 设置在上夹板下方，电机设置在上夹板上方，LED晶圆片的集成化固定夹具 设置在下夹板的上方，集成化固定夹具的顶部设有抽气层，抽气层经管道与 真空泵连接，抽气层的下面设有加热模块，监测夹具移动机构的底部设有一 监测夹具，监测夹具的一侧设有位移传感器，另一侧设有点涂装置，位移 传感器经电路与电机控制端连接。

所述监测夹具移动机构经步进电机驱动高精度螺杆机构。集成化固定 夹具顶部抽气层的顶面设有LED晶圆片的定位销或不设置。

点胶装置的动力源为压缩空气或液体泵。点胶装置的动力源为压缩空 气或液体泵。

用于封装的LED晶圆片为水平或垂直芯片或倒装结构LED晶圆片芯 片。LED晶圆片和监测夹具之间的间隙填充的方式通过毛细抽吸或注模方 式。所述荧光粉为硅酸盐或铝酸盐或氮化物荧光粉，胶体为环氧树脂、硅 胶。

本发明的设备的工作方式为：将制作好电极凸点LED晶圆片固定在水平 集成化固定夹具上，通过调整另一与之平行的监测夹具，使LED晶圆片和监 测夹具之间形成一间隙，并精确控制该间隙厚度，该间隙作为荧光粉胶填充通 道。通过在LED晶圆片和监测夹具之间间隙边缘的开口处点涂荧光粉胶，由 于毛细力作用，荧光粉胶将自动吸入间隙内，并填满间隙。经加温固化荧光粉 胶后，将LED晶圆片连同其表面的荧光粉胶薄膜从监测夹具上剥离，最终形 成直接发射白光的LED晶圆片。通过对LED晶圆片切割成单颗LED光源芯 片，用于后续的应用产品的封装。

本发明的优点在于该设备能够大批量实现LED晶圆级涂覆；通过调整夹 具和晶圆片之间的荧光粉胶填充间隙，能够实现晶圆片上不同厚度的荧光粉 层，并保证晶圆片上荧光粉厚度的均匀性；该技术将避免后续封装中制约LED 封装效率的荧光粉涂覆工艺，大大提高了LED封装效率；同时由于晶圆片上 均匀的荧光粉厚度，将增加LED封装的光色集中度，有利于控制LED封装的 成品率；由于高效率和高成品率，该设备将最终降低LED封装产品的制造成 本，加快LED取代传统照明的步伐。

附图说明

图1          本发明的设备结构示意图；

图2A         球形金属电极凸点植入LED晶圆片的结构示意图；

图2B         方形金属电极凸点植入LED晶圆片的结构示意图；

图3          监测夹具移动机构的结构示意图；

图4          集成化固定夹具的结构示意图；

图5          集成化固定夹具的俯视结构示意图；

图6          LED晶圆片荧光粉胶涂覆示意图。

图中：101LED晶圆片、102集成化固定夹具、104抽气层、105真空泵、 106定位销、107电极凸点、201监测夹具移动机构、202电机、203位移 传感器、204监测夹具、205间隙、206加热模块、207荧光粉胶、208上 夹板、209下夹板、301点涂装置。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

本实施例由上夹板208、下夹板209与立柱组成框架，监测夹具移动机 构201由电机202驱动，设置在上夹板208的下方，监测夹具移动机构201 经步进电机驱动高精度螺杆机构。电机202设置在上夹板208的上方，LED 晶圆片101的集成化固定夹具102设置在下夹板209的上方，集成化固定夹 具102的顶部设有抽气层104，抽气层104经管道与真空泵105连接，抽 气层104的下面设有加热模块206，监测夹具移动机构201的底部设有一监 测夹具204，监测夹具204的一侧设有位移传感器203，另一侧设有自动 化点涂装置301，自动化点胶装置301的动力源为压缩空气或液体泵。本 实施例采用压缩空气。位移传感器203经电路与电机202的控制端连接。 集成化固定夹具102顶部抽气层104的顶面设有LED晶圆片101的定位销 106或不设置。本实施例采用不设置定位销。用于封装的LED晶圆片101 为水平或垂直芯片或倒装结构芯片。荧光粉为硅酸盐或铝酸盐或氮化物荧 光粉，胶体为环氧树脂、硅胶。LED晶圆片101和监测夹具204之间的间 隙205填充荧光粉胶207的方式通过毛细抽吸或注模方式。本实施例采用 毛细抽吸方式。

参照图1～图6，本实施例的操作过程为：参见图2A、图2B，对完成 电极凸点107制作的LED晶圆片101放置在如图1和图3所示集成化固 定夹具102上，LED晶圆片101放置在集成化固定夹具102实现定位；使 用真空泵105将抽气层104中的气体经管道抽空，形成负压，LED晶圆片 面101由于大气压作用，固定在集成化固定夹具102上。

在完成LED晶圆片101在集成化固定夹具102定位和固定之后，将表 面涂有脱模剂的监测夹具204安装在如图3所示的位置，通过电机202实 现如图3所示监测夹具移动机构201向下运动，通过位移传感器203实时 取得监测夹具204与LED晶圆片101之间的间隙205，最终实现间隙205 为75μm。

LED晶圆片101和监测夹具204到达预定位置之后，给集成化固定夹 具102中的206加热模块通电，加热集成化固定夹具102和LED晶圆片101， 集成化固定夹具102和LED晶圆片101达到50℃稳定状态。随后通过如图 6所示的荧光粉胶点涂设备301，将荧光粉胶207点涂在监测夹具204和 LED晶圆片101之间形成的间隙205的边缘，荧光粉胶207将自动吸入间 隙205内；在点涂的过程中搅拌荧光粉胶；点涂设备301在工作5分钟之 后，停止向LED晶圆片边缘点涂荧光粉胶207。

在停止点涂荧光粉胶5min之后，通过控制加热206发热功率，将LED 晶圆片101和间隙205填入的荧光粉胶207加热到150℃，并保持1h,实 现荧光粉胶固化。

完成荧光粉胶固化之后，LED晶圆片101和荧光粉胶207冷却到室温。 通过电机202实现如图3所示监测夹具移动机构201向上运动4mm，由于 监测夹具204表面涂有脱模剂，监测夹具204将很容易从荧光粉薄膜剥离， 从而留下LED晶圆片101，及其表面的荧光粉薄膜，将LED晶圆片和荧 光粉胶薄膜从设备取出，即通过该设备实现了LED直接白光晶圆片。通 过后续设备，将LED直接白光晶圆片切割成单颗LED直接白光芯片，用 于后续的LED产品封装。