一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111416024 A(43)申请公布日 2020.07.14

(21)申请号 2020102222.5(22)申请日 2020.04.14

(71)申请人 南方科技大学

地址 518000 广东省深圳市南山区西丽学

苑大道1088号(72)发明人 王恺　刘皓宸　吴丹　

(74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司

11332

代理人 巩克栋　潘登(51)Int.Cl.

H01L 33/06(2010.01)H01L 33/56(2010.01)H01L 33/50(2010.01)

权利要求书2页 说明书6页 附图1页

(54)发明名称

一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法(57)摘要

本发明提供一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法，所述封装方法包括以下步骤：(1)将第一嵌段共聚物、第二嵌段共聚物以及量子点分散液混合得到混合液，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，熔融压片退火后得到量子点封装膜；(2)将倒装LED芯片固定于晶圆基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆粘合层，将所述倒装LED芯片倒置于所述模具中，得到封装前体；(3)对步骤(2)得到的所述封装前体进行压合处理，脱模后完成封装，最后划片、裂片得到单颗或多颗LED模块。所述封装方法工艺简单，以封装层取代传统荧光粉薄膜层，简化了封装结构，降低了封装成本，同时可以提高封装后的LED显示器件的亮度。

CN 111416024 ACN 111416024 A

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1.一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法，其特征在于，所述封装方法包括以下步骤：

(1)将第一嵌段共聚物、第二嵌段共聚物以及量子点分散液混合得到混合液，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，熔融压片退火后得到量子点封装膜；

(2)将倒装LED芯片固定于晶圆基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆粘合层，将所述倒装LED芯片倒置于所述模具中，得到封装前体；

(3)对步骤(2)得到的所述封装前体进行压合处理，脱模后完成封装。2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，步骤(1)所述第一嵌段共聚物以及第二嵌段共聚物分别地包括苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯共聚物、聚三羟基丁酸酯-聚乙二醇共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-3-氯丙烯共聚物或聚乙二醇-聚己内酯-聚乙二醇共聚物中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述第一嵌段共聚物以及第二嵌段共聚物分别地的数均分子量为1000～5000。

3.根据权利要求1或2所述的封装方法，其特征在于，步骤(1)所述熔融压片的温度为120～150℃；

优选地，步骤(1)所述熔融压片的压力为0.2～0.5MPa；优选地，步骤(1)所述熔融压片的时间为1～3min；优选地，步骤(1)所述量子点封装膜的厚度为10～30μm。4.根据权利要求1-3任一项所述的封装方法，其特征在于，步骤(1)所述量子点包括绿光量子点和/或红光量子点；

优选地，所述绿光量子点包括ZnS量子点、ZnSe量子点、CdS量子点、CdSe量子点、InP量子点或钙钛矿量子点中的任意一种；

优选地，所述红光量子点包括ZnS量子点、ZnSe量子点、CdS量子点、CdSe量子点、InP量子点或钙钛矿量子点中的任意一种；

优优选地，步骤(1)所述量子点分散液的溶剂包括甲醇、乙醇、四氢呋喃、乙酸乙酯或丙酮中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，步骤(1)所述量子点分散液的浓度为30～80mg/mL。5.根据权利要求1-5任一项所述的封装方法，其特征在于，步骤(1)所述量子点封装膜中量子点的质量分数为0.05～0.5wt％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的封装方法，其特征在于，步骤(1)所述模具为金属模具；

优选地，所述技术模具包括铝模具或铝合金模具。7.根据权利要求1-6任一项所述的封装方法，其特征在于，步骤(2)所述晶圆基板为LED封装基板；

优选地，所述LED封装基板包括导电玻璃、PET基板、PI基板以及PEN基板中的任意一种。8.根据权利要求1-7任一项所述的封装方法，所述粘合层的原料为环氧树脂、硅胶树脂或聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述粘合层的厚度为5～20μm。

9.根据权利要求1-8任一项所述的封装方法，其特征在于，步骤(3)所述压合处理的压

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力为0.2～0.5MPa；

优选地，步骤(3)所述压合处理的时间为2～6h。10.根据权利要求1-9任一项所述的封装方法，其特征在于，所述封装方法包括以下步骤：

(1)将第一嵌段共聚物、第二嵌段共聚物以及量子点分散液混合得到混合液，所述量子点分散液的浓度为30～80mg/mL，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，120～150℃以及0.2～0.5MPa下熔融压片1～3min，退火后得到10～30μm厚的量子点封装膜，所述量子点封装膜中量子点的质量分数为0.05～0.5wt％；

(2)将倒装LED芯片固定于晶圆基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆5～20μm厚的粘合层，将所述倒装LED芯片倒置于所述模具中，得到封装前体；

(3)对步骤(2)得到的所述封装前体进行0.2～0.5Mpa下压合处理2～6h，脱模后完成封装。

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一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法

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技术领域

[0001]本发明属于LED领域，涉及一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法。

背景技术

[0002]晶圆级封装可以分为半晶圆级封装(Semi Wafer Level Packaging)和全晶圆级封装(Full Wafer Level Packaging)，所谓半晶圆级封装，是先将LED晶圆划片，然后将芯片贴装到已制作有电路的基板材料上，再进行电互连、涂覆荧光粉、制作透镜等封装工艺，最后划片、裂片得到单颗或多颗LED模块，或者是在LED外延片上直接涂覆荧光粉后划片，经过测试和分选后再将已经涂覆好荧光粉的芯片贴装到基板上，然后电互连、安装透镜得到单颗或多颗LED模块，满足不同的应用要求。这两种半晶圆级封装技术中，前者发展迅速，相比传统的支架式LED封装形式，可以通过选择基板材料和结构来进一步提高LED的散热性能和缩小封装体积，实现LED的批量化生产，降低生产成本。全晶圆级封装技术，也就是晶圆对晶圆封装(Wafer-to-Wafer)。全晶圆级封装的一种实现方法是将LED外延片与含荧光粉的基片(陶瓷或玻璃)采用圆片键合工艺实现键合，然后直接将整个晶圆片贴装到集成化基板上，制作透镜阵列后裂片形成封装好的LED模块，省略了一般白光LED封装过程中的配胶、涂胶等工艺，大大提高了LED的生产效率和产品可靠性。[0003]CN 106784258 A公开了一种晶圆级封装LED，涉及LED封装。设有LED芯片、透镜、透镜粘结层，LED芯片设衬底层、掺杂半导体层、半导体发光层、导电反光层、电极、绝缘层和包覆介质，半导体发光层设于第一和第二掺杂半导体层之间，导电反光层设于第二掺杂半导体层下方，第二电极通过导电反光层实现与第二掺杂半导体层之间的电导通，第一电极与第一掺杂半导体层直接连接，第一电极与半导体发光层、第二掺杂半导体层、导电反光层之间由绝缘层绝缘，包覆介质设于LED芯片侧壁的非衬底区域，衬底层内部设有过孔，过孔内壁设高反射率层，透镜包括平板部和光耦合部，平板部固定至衬底层上，光耦合部设于衬底层内的过孔内，且光耦合部的光接收面朝向第一掺杂半导体层。[0004]CN 104393154 A公开了一种LED芯片级白光光源的晶圆级封装方法。倒装LED的封装方法首先将芯片转移到晶圆基板片(膜)上，随后通过模具获得薄膜真空压印的方法在晶圆片上实施荧光粉涂覆，最后将晶圆片上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。正装LED的封装方法归纳为首先将LED芯片在晶圆基板上片上完成固晶和金线键合工艺，随后对每颗LED芯片通过点涂方法形成一硅胶保护透镜，接下来通过薄膜真空压印的方法将硅胶保护透镜上涂覆均匀的荧光粉层，最后将晶圆片上进行切割获得单颗芯片级的LED直接白光光源芯片。[0005]现有技术中，采用晶圆级封装的LED器件的性能还相对较低，且现有方法封装工艺复杂，不适用于LED器件的大规模生产。发明内容

[0006]针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种量子点LED器件的晶圆级封装

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方法，所述封装方法工艺简单，以封装层取代荧光粉层，所述封装层是特殊的具有散射增强效应的双连续多孔结构的量子点薄膜，极大提高了量子点薄膜对于LED的蓝光的吸收能力，制备的显示器件无需再集成滤光片，简化了封装结构，同时可以提高封装后的LED器件的亮度。

[0007]为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0008]本发明目的之一在于提供一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法，所述封装方法包括以下步骤：[0009](1)将第一嵌段共聚物、第二嵌段共聚物以及量子点分散液混合得到混合液，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，熔融压片退火后得到量子点封装膜；[0010](2)将倒装LED芯片固定于晶圆基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆粘合层，将所述倒装LED芯片倒置于所述模具中，得到封装前体；[0011](3)对步骤(2)得到的所述封装前体进行压合处理，脱模后完成封装。[0012]本发明中，以第一嵌段共聚物以及第二嵌段共聚物两种聚合物，同时混入量子点，封装后经过压合处理得到具有双连续多孔结构的封装层，双连续多孔结构的散射效应可以促进蓝光的吸收(提高吸光度)和发射的荧光的出射(提高出光效率)，从而可以充分吸收LED的蓝光，不但可以提高量子点荧光薄膜的荧光强度，制备高亮度的超薄量子点荧光薄膜，还可以简化产品工艺、重量，减少加工成本，实现显示器件的超薄化。[0013]作为本发明优选的技术方案，所述第一嵌段共聚物以及第二嵌段共聚物分别地包括苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯共聚物、聚三羟基丁酸酯-聚乙二醇共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-3-氯丙烯共聚物或聚乙二醇-聚己内酯-聚乙二醇共聚物中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非性实例有：苯乙烯-丁二烯共聚物和苯乙烯-异戊二烯共聚物的组合、苯乙烯-异戊二烯共聚物和聚三羟基丁酸酯-聚乙二醇共聚物的组合、聚三羟基丁酸酯-聚乙二醇共聚物和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的组合、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-丁二烯-3-氯丙烯共聚物的组合、苯乙烯-丁二烯-3-氯丙烯共聚物和聚乙二醇-聚己内酯-聚乙二醇共聚物的组合或聚三羟基丁酸酯-聚乙二醇共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-丁二烯-3-氯丙烯共聚物的组合等。[0014]优选地，所述第一嵌段共聚物以及第二嵌段共聚物分别地的数均分子量为1000～5000，如1000、2000、3000、4000或5000等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0015]作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述熔融压片的温度为120～150℃，如125℃、130℃、135℃、140℃或145℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。[0016]优选地，步骤(1)所述熔融压片的压力为0.2～0.5Mpa，如0.25Mpa、0.3Mpa、0.35Mpa、0.4Mpa或0.45Mpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0017]优选地，步骤(1)所述熔融压片的时间为1～3min，如1.2min、1.5min、1.8min、2.0min、2.2min、2.5min或2.8min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

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优选地，步骤(1)所述量子点封装膜的厚度为10～30μm，如12μm、15μm、18μm、20μm、

22μm、25μm或28μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0019]作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述量子点包括绿光量子点和/或红光量子点。

[0020]优选地，所述绿光量子点包括ZnS量子点、ZnSe量子点、CdS量子点、CdSe量子点、InP量子点或钙钛矿量子点中的任意一种。[0021]优选地，所述红光量子点包括ZnS量子点、ZnSe量子点、CdS量子点、CdSe量子点、InP量子点或钙钛矿量子点中的任意一种。[0022]优选地，步骤(1)所述量子点分散液的溶剂包括甲醇、乙醇、四氢呋喃、乙酸乙酯或丙酮中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非性实例有：甲醇和乙醇的组合、乙醇和四氢呋喃的组合、四氢呋喃和乙酸乙酯的组合、乙酸乙酯和丙酮的组合、丙酮和乙醇的组合或乙醇、四氢呋喃和乙酸乙酯的组合等。[0023]优选地，步骤(1)所述量子点分散液的浓度为30～80mg/mL，如30mg/mL、40mg/mL、50mg/mL、60mg/mL、70mg/mL或80mg/mL的组合等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0024]作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述量子点薄膜中量子点的质量分数为0.05～0.5wt％，如0.05wt％、0.1wt％、0.15wt％、0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％或0.5wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0025]作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述模具为金属模具。[0026]优选地，所述金属模具包括铝模具或铝合金模具。[0027]本发明中，模具选用金属模具，也可选用其他模具，且模具的形状并不限于图1所示的结构；模具的选择标准即其冷却时体积变化率小于封装胶的体积变化率，便于封装结构脱模。模具内部可以设置隔板，对LED芯片进行分隔，可以在不同分隔空间内使用不同封装胶进行封装，已满足不同封装条件。[0028]作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述晶圆基板为LED封装基板。[0029]优选地，所述LED封装基板包括导电玻璃、PET基板、PI基板以及PEN基板中的任意一种。

[0030]作为本发明优选的技术方案，所述粘合层的原料为环氧树脂、硅胶树脂或聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合[0031]优选地，所述粘合层的厚度为5～20μm，如6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm或19μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0032]作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述压合处理的压力为0.2～0.5MPa，如0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa或0.5MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。[0033]优选地，步骤(3)所述压合处理的时间为2～6h，如2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h或5.5h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

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作为本发明优选的技术方案，所述封装方法包括以下步骤：

[0035](1)将第一嵌段共聚物、第二嵌段共聚物以及量子点分散液混合得到混合液，所述量子点分散液的浓度为30～80mg/mL，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，120～150℃以及0.2～0.5MPa下熔融压片1～3min，退火后得到10～30μm厚的量子点封装膜，所述量子点封装膜中量子点的质量分数为0.05～0.5wt％；[0036](2)将倒装LED芯片固定于晶圆基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆5～20μm厚的粘合层，将所述倒装LED芯片倒置于所述模具中，得到封装前体；[0037](3)对步骤(2)得到的所述封装前体进行0.2～0.5Mpa下压合处理2～6h，脱模后完成封装。

[0038]与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：[0039]本发明提供一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法，所述封装方法工艺简单，以封装层取代传统荧光粉层，简化了封装结构，降低了封装成本，同时可以提高封装后的LED显示器件的亮度。

附图说明

[0040]图1是本发明具体实施方式中封装前体的结构示意图；[0041]图中：1-晶圆基板，2-LED芯片，3-量子点封装膜，4-模具，5-粘结层。[0042]下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。具体实施方式

[0043]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。[0044]为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非性的实施例如下：[0045]实施例1

[0046]本实施例提供一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法，所述封装方法包括以下步骤：[0047](1)将苯乙烯-丁二烯共聚物与苯乙烯-异戊二烯共聚物与ZnS量子点分散液混合得到混合液，量子点分散液的浓度为30mg/mL，所述量子点封装胶中量子点的质量分数为0.05wt％，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，120℃以及0.5Mpa下熔融压片3min，得到厚度为10μm的量子点封装膜；[0048](2)将倒装LED芯片固定于晶圆PET基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆5μm厚的硅胶树脂粘合层，将所述倒装LED芯片倒装于所述模具中，得到封装前体，其结构如图1所示；[0049](3)对步骤(2)得到的所述封装前体0.5Mpa下进行压合处理2h，脱模后完成封装。[0050]实施例2

[0051]本实施例提供一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法，所述封装方法包括以下步骤：[0052](1)将聚三羟基丁酸酯-聚乙二醇共聚物与苯乙烯-异戊二烯共聚物与CdSe量子点

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分散液混合得到混合液，量子点分散液的浓度为80mg/mL，所述量子点封装胶中量子点的质量分数为0.5wt％，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，150℃以及0.2Mpa下熔融压片1min，得到厚度为30μm的量子点封装膜；[0053](2)将倒装LED芯片固定于晶圆PET基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆20μm厚的硅胶树脂粘合层，将所述倒装LED芯片倒装于所述模具中，得到封装前体；[0054](3)对步骤(2)得到的所述封装前体0.2Mpa下进行压合处理6h，脱模后完成封装。[0055]实施例3

[0056]本实施例提供一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法，所述封装方法包括以下步骤：[0057](1)将聚三羟基丁酸酯-聚乙二醇共聚物与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物共聚物与ZnSe量子点分散液混合得到混合液，量子点分散液的浓度为50mg/mL，所述量子点封装胶中量子点的质量分数为0.1wt％，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，130℃以及0.3Mpa下熔融压片2min，得到厚度为20μm的量子点封装膜；[0058](2)将倒装LED芯片固定于晶圆PET基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆20μm厚的硅胶树脂粘合层，将所述倒装LED芯片倒装于所述模具中，得到封装前体；[0059](3)对步骤(2)得到的所述封装前体0.3Mpa下进行压合处理5h，脱模后完成封装。[0060]实施例4

[0061]本实施例提供一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法，所述封装方法包括以下步骤：[0062](1)将苯乙烯-丁二烯-3-氯丙烯共聚物与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物与ZnS量子点分散液混合得到混合液，量子点分散液的浓度为50mg/mL，所述量子点封装胶中量子点的质量分数为0.1wt％，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，130℃以及0.3Mpa下熔融压片2min，得到厚度为20μm的量子点封装膜；[0063](2)将倒装LED芯片固定于晶圆PET基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆20μm厚的硅胶树脂粘合层，将所述倒装LED芯片倒装于所述模具中，得到封装前体；[00](3)对步骤(2)得到的所述封装前体0.3Mpa下进行压合处理5h，脱模后完成封装。[0065]实施例5

[0066]本实施例提供一种量子点LED显示器件的晶圆级封装方法，所述封装方法包括以下步骤：[0067](1)将苯乙烯-丁二烯-3-氯丙烯共聚物与聚乙二醇-聚己内酯-聚乙二醇共聚物与CdSe量子点分散液混合得到混合液，量子点分散液的浓度为50mg/mL，所述量子点封装胶中量子点的质量分数为0.1wt％，将所述混合液注入模具中后去除溶剂，130℃以及0.3Mpa下熔融压片2min，得到厚度为20μm的量子点封装膜；[0068](2)将倒装LED芯片固定于晶圆PET基板上，在步骤(1)得到的所述量子点封装膜上涂覆20μm厚的硅胶树脂粘合层，将所述倒装LED芯片倒装于所述模具中，得到封装前体；[0069](3)对步骤(2)得到的所述封装前体0.3Mpa下进行压合处理5h，脱模后完成封装。[0070]对比例1

[0071]本对比例除了将聚三羟基丁酸酯-聚乙二醇共聚物与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物替换为等质量的封装胶外，其余条件均与实施例3相同。

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CN 111416024 A[0072]

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对比例2

[0073]本对比例除了使用封装胶加ZnSe量子点荧光粉制备量子点封装胶外，其余条件均与实施例3相同。

[0074]对实施例1-5以及对比例1-3提供的LED显示器件封装结构的归一化荧光强度进行测试，结果如表1所示。上述LED芯片在测试时发出450nm蓝光。[0075]表1

 归一化荧光强度/a.u.实施例10.88实施例21.00实施例30.93实施例40.91实施例50.95对比例10.22对比例20.09

[0077]从表1的测试结果可以看出，本发明实施例1-5提供的量子点LED显示器件封装结构的归一化荧光强度可达1.00，证明该LED显示器件封装结构可以充分利用LED所发出的蓝光。而对比例1未添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，而对比例2采用传统的量子点荧光粉，使得LED显示器件封装结构对LED所发出的蓝光利用率大幅下降。[0078]申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。[0079]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。[0080]另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。[0081]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

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说　明　书　附　图

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图1

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