人类对光明的追求从未停止。从爱迪生的白炽灯到后来的荧光灯再到20世纪发光二级管(LED)的出现,随着技术的进步,照明光源的电光转换效率不断提高。与荧光灯、白炽灯不同,发光二极管具有体积小、抗震性好、安全稳定和环保节能等方面的性能特点,故一经发明就广受关注,并逐渐成为了具有重大社会和经济意义的高新技术产业。随着其制造成本的降低和产业化的高速发展,半导体照明终将进入千家万户,成为优秀的照明光源。LED通过电子空穴对复合发光,受其发光原理所限,其发出的光并不是适用于照明的宽光谱,而是某种单色光。为此一般通过蓝光LED激发黄色YAG荧光粉获得白光LED。目前国内的白光封装主要采用的是荧光粉和硅胶或环氧树脂混合后的点胶工艺,该工艺所需设备简单,封装流程简便,但所封装白光LED单颗器件色度参数离散性较大,同一批次器件之间亦存在较大差异。并由于硅胶粘度的变化,该工艺也难于控制不同批次器件之间的性能。封装成本在单位瓦数的灯具总成本中占有相当比重,如何有效降低封装成本已成为LED封装行业的热点问题。为提高封装效率,降低封装成本,提高器件性能一致性,本文基于硅衬底薄膜型芯片研究了三种荧光粉直涂封装技术。薄膜型芯片相对蓝宝石及碳化硅非衬底去除LED芯片来讲,一个很大优势就是荧光粉能直涂于芯片表面,直接得到一个白光点光源,这种点光源应用时所需光学设计简单,光源出光更类似于朗伯分布(Lambert Distribution),故无需大型透镜也可获得良好的平行光,光源照射范围外杂散光较少,适合需要控制光照范围的照明场合,这是本技术的独特优势。此外,在别的衬底不剥离技术路线的LED白光封装希望避免荧光粉沉淀之时,本文封装方式却希望荧光粉充分沉淀,这一方面提高了LED光效与寿命,另一方面也大大提高了产品的可控性。因此,充分发挥这方面的技术优势,是提高本技术路线竞争力的关键。本文中晶圆级荧光粉直涂和研磨荧光粉直涂技术是直接在圆片上涂覆YAG荧光层,避免了单颗芯片涂覆荧光粉的复杂工序,可以显著降低成本,也可以更好地控制产品的一致性及白光光斑的质量。最后,由于这种芯片可以方便地直接固晶在散热基板上,能省去很多封装环节,更重要的是可以大大降低热阻、提高产品可靠性与光效。该技术除了将在性能上具有一定优势外,还有望打破国外高端半导体照明产品的专利封锁,大大提高我国半导体照明产品的国际竞争力。本文的主要工作和相关结论如下：其一,针对点胶工艺的局限性,开展了用于远程荧光粉涂覆工艺研究。通过自行研制的荧光粉直涂装置采用水玻璃作为荧光粉粘结剂,让荧光粉沉积在玻璃圆片表面m制备出了厚度均匀、形状可控和成分一致的荧光粉薄片并封装成了远程荧光粉涂覆器件。通过本文自行研制的测试装置测试了该方法制成的荧光粉层在圆片上的色温分布均匀性,并评估了采用该方法制成的LED白光芯片的光学性能及这种白光转换方式的利弊。测试结果表明,本方法在2英寸圆片上制作出的荧光粉层分布极为均匀,色温分布方差仅为3×102(荧光粉点胶法同一批次器件之间色温差异时常高达的800K),说明其能够有效的控制荧光粉层厚度和形状,制作出色度参数集中的器件。其二,为提高封装效率降低封装成本,开展了基于垂直结构芯片的晶圆级荧光粉直涂工艺研究。采用本文自行研制的涂覆装置在2英寸芯片晶圆上沉积水玻璃和荧光粉,烘烤成膜后进行光刻剥离暴露焊盘,最后晶圆切割制作出了各自独立的平面荧光粉直涂(conformal coating)白光LED芯片,并测试了该荧光粉直涂技术LED芯片的光色性能。其三,通过对芯片晶圆上荧光粉层的研磨,成功控制了荧光粉层在芯片晶圆上的分布,有效实现了对芯片晶圆上所有芯片的色温控制,将该工艺封装器件固晶在陶瓷基板上,测试了该封装结构的EL性能和色度参数在空间上的均匀性。本文的工作对于提高白光LED器件的色度参数一致性、降低封装成本、简化光源光学设计和控制光源照射区域有着重要的意义,随着研究不断地深入,将在提高器件性能及控制封装成本方面具有巨大的市场应用前景。