CN101137255A - 白光led面光源模块的封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白光LED面光源模块的封装方法，它由制作线路板、固晶、键合、封装基本胶层等工艺步骤组成。本发明采用多颗粒小功率LED芯片分散分布在线路板上，并整体封装在一起形成大功率LED光源，使热源分散分布，降低了单位面积上的发热量，使散热需求标准降低。采用白色胶体作为固晶胶，可以提高背面出射光70％以上的利用率。通过基本胶层的封装使得微观上的光源点均匀地分布在较大的面积上，降低了单位面积上的发光强度。传统LED光源单位面积光通量一般在100lm/cm²以上，而本发明光源单位面积光通量一般小于5lm/cm²，因此能够克服眩光。

Description

白光LED面光源模块的封装方法

技术领域

本发明涉及一种LED的封装方法，尤其是一种白光LED面光源模块的封装方法。

背景技术

LED光源在白光照明领域的应用潜力是非常巨大的。白光LED通常的制作方法是将蓝光LED芯片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有可产生黄光的YAG:Ce荧光粉的树脂薄层，约200-500nm。LED芯片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，从而得到白光。

目前，小功率白光LED的封装以Φ3、Φ5、Φ10或草帽型、食人鱼为主。大功率白光LED的封装则以将1W、3W等大功率芯片单颗粒或多颗粒封装在陶瓷管壳或铝基板管壳上为主。这种封装结构简单，非常适合在指示灯，手电筒、射灯、探照灯等有出射光指向性要求的应用领域。但是，在白光大功率应用的领域，如用于白光的工作照明、场地照明和投光照明等环境照明领域，目前的大功率白光LED产品还存在着光效不够高、散热问题、炫光问题、价格问题等许多难以商品化的困难。

目前大功率白光LED产品的制作方法按芯片组成可分为两类：

一种是以小功率芯片封装的白光LED颗粒(如Φ3、Φ5、Φ10或草帽型等)，多颗粒组合在一起，实现功率的累加，小的用几十颗组成几瓦的光源，多的用几百颗组成几十瓦的光源产品。但由于光源由几十个甚至上百个光强很高的亮点组成，发射光在微观上有强光斑(眩光点)，如果照射在漫反射性能不太好的物体表面，就会感觉到有许多亮点甚至是刺眼点，造成物体观察不清晰，此一现象在使用点颗粒LED组成的光源应用于显微镜照明时观察显微镜视场范围内的物体时尤为明显。另外多颗粒封装好的LED灯组合在一起，表面形状复杂，容易吸附灰尘，不易清理且影响美观。第三、多颗粒封装好的LED灯组合在一起，需要挑选特性一致的LED单灯，增加了生产过程中的工艺难度。四、发光效率低。铝支架的反光杯对白光的综合反光效率低，光损失比较大。

另一种方法是用单颗或多颗大功率的LED如1W、3W芯片封装在低热阻管壳上，再加装大面积的散热片，以便将大功率芯片放出的热量释放出去，降低LED芯片的结温，保证LED芯片正常工作。这种封装方法与上一种光源的缺点1相同，甚至具有更严重的眩光，作为近距离使用的光源时必须要采取二次光学措施。热源集中于非常小的面积，发热功率又比较大，因此需要设计非常好的热通路和比较大的散热表面积。还有就是同样存在光效率低的问题。

针对眩光的问题，通常采用以下两种方法来解决：

一是在光源上加盖一层混光片(如毛玻璃、各向异性的亚克力板、改变光发射角度的透明板等)使眩光点强度减小和使出射光线更加发散，这种方法带来的弊端是减少了出射光的总光通量。而且结构变得复杂，体积变得复杂，成本有不同程度的增加。

二是使光源照射在反光杯上再由反光杯将光线发射出来，在反光杯表面形成漫反射，使出射光线更加发散，这种方法也有减少了出射光的总光通量的弊端，而且因为考虑了二次反射，结构设计上也会比较复杂。

总之，在白光大功率应用的领域，目前的LED光源产品还存在散热成本高、散热结构复杂、发光效率低、眩光问题严重、改变眩光的结构复杂而且影响发光效率等问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种大功率白光LED面光源模块的封装方法，其制作简单，低成本地解决了上述大功率白光LED光源产品存在的散热问题，克服了眩光，提高了发光效率。

本发明采用的技术方案为：一种白光LED面光源模块的封装方法，它由以下工艺步骤组成：

(1)制作线路板，按照功率计算许可的发光面积，按照色温要求选择配套的芯片发射峰波长、光强和荧光粉激发波长范围，按照功率要求计算所需LED芯片数量，然后根据要求的输入电压来设计串、并联线路结构，再按照芯片均布分散的原则，制作符合要求的串、并联结构的线路板，线路板表面焊盘外上白色阻焊；

(2)固晶，采用白色或透明胶作为固晶胶，在芯片背面均匀涂胶，在固晶台上将芯片粘结在线路板上焊盘对应位置，然后将其放入烤箱内150℃烘烤1小时，固晶胶凝固，芯片被牢固地固定在线路板上；

(3)键合引线，在键合台上将芯片电极和线路板对应电极键合上引线，完成电路连接；

(4)封装基本胶层，将检测合格的线路板固定在边框上，边框和线路板形成一个腔体，在腔体内灌注透明胶，静置3-5小时，待其固化，然后在透明胶外均匀封装荧光粉胶层。

本发明中所述的线路板采用覆铜板，焊盘表面镀金。采用铝基板可以降低系统工作温度，但成本会有所提高。焊盘表面镀镍或裸铜、铝也可，优先选择不易生锈、易于键合、反光率高的材质。边框采用白色PVC或其它材质，优先选择符合下述条件的材质：有足够的强度、阻燃、耐温-60℃～100℃、抗老化、导热性能好、易于加工和连接。内侧面颜色优先选用白色。内侧面参与光源模块内各种波段光线的多次反射，其反光性能能够影响混光效果和整个光源模块的发射光光通量。白色固晶胶选用白色高温油墨，透明固晶胶选用透明环氧树脂，当然也可选用其他白色或透明的耐高温有粘结力的胶作为固晶胶；封装基本胶层中的透明胶可选用有机硅胶或环氧树脂；荧光粉胶为环氧树脂与荧光粉按重量百分比100∶1-100∶5比例调配而成。荧光粉胶还可以是有机硅胶与荧光粉按重量百分比100∶1-100∶5比例调配而成，然后在荧光粉胶层外再灌封一层环氧树脂或透明玻璃或透明亚克力。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

1、本发明采用多颗粒小功率LED芯片分散分布在线路板上，并整体封装在一起形成大功率LED光源，使热源分散分布，降低了单位面积上的发热量，使散热需求标准降低。小功率芯片发热量低，能快速通过线路板覆铜层将热量传播到整个线路板表面，通过比芯片面积大几百倍的线路板表面来实现散热，可以有效地降低系统的工作温度。一般温度可以控制在50℃以下。本发明的光源模块直接将LED封装在线路板上，线路板作为散热通路，避免了增加额外的散热成本。与LED单灯组合的大功率光源相比较，将LED芯片在支架上的键合和在线路板上的串并联连接合并成了一个工序，减少了生产工艺，降低了生产成本。与大功率芯片LED光源比较，还因为芯片价格成本低并且省掉了封装用的管壳，而带来更显著的成本降低。

2、本发明采用白色胶体作为固晶胶，使用透明衬底LED芯片(如目前的蓝宝石衬底芯片)，芯片背面发出的光通过白色固晶胶高效率地发射出来，而传统LED固晶采用导电胶(灰色)，将芯片的背面出射光几乎全部吸收，实验证明用本发明的方法固晶可以提高背面出射光70％以上的利用率。另外，在线路板表面焊盘外上白色阻焊，并且使光源块边框的内侧面为白色，对于系统内光反射时的吸收损失都会有所降低。当将芯片固定在线路板的白色阻焊上时，固晶胶也可以采用透明胶体，利用白色阻焊将芯片的背面出射光发射出来。

3、本发明基本胶层的封装使荧光粉层和芯片之间保持较大的距离，中间填充透明胶，透明胶层的厚度一般在4mm以上，使芯片发出的光在到达荧光粉胶层前可以分散在比芯片表面积大上百倍的面积上。荧光粉均匀分散在比芯片面积大几百倍的光源表面上，荧光粉胶配比一般为100∶1～100∶5(透明胶与荧光粉的重量百分比)，比传统白光LED荧光粉胶的浓度低几十倍。荧光粉胶层的厚度一般控制在2mm以下。而传统LED封装荧光粉胶层表面积不过是芯片表面积的十几倍到几十倍。因此使得微观上的光源点均匀地分布在较大的面积上，降低了单位面积上的发光强度。传统LED光源单位面积光通量一般在1001m/cm²以上，而本发明光源单位面积光通量一般小于51m/cm²，因此能够克服眩光。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明未封装基本胶层的结构示意图；

图3为本发明中线路板结构示意图；

图4为本发明中芯片固定结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

首先选择芯片和荧光粉并设计制作线路板。本实施例采用460-465nm波段蓝光芯片，芯片法线光强为160-180mcd，电压范围为3.0-3.5V，芯片尺寸为14×14mil，采用可以被460-465nm光线激发的荧光粉，比如台湾弘大的TMT-00432-6065荧光粉。本实施例按照功率1W，电压12V的要求设计生产线路板。如图3所示采用四组串联、每组8粒芯片并联的电路结构，图中8为线路板覆铜层，9为线路板基材，10为焊盘。本实施例中线路板采用半玻纤覆铜板，焊盘10镀金，焊盘外上白色阻焊。

然后如图4所示，用白色高温油墨作为固晶胶7把LED芯片固定在线路板覆铜层8上，键合上引线4，完成电路连接。

如图1、图2所示，将上述线路板固定在边框1上，边框1采用白色PVC阻燃工程材料，在边框1和线路板2形成的腔体内灌注厚度为4.5mm的有机硅胶5，有机硅胶5上封装荧光粉胶6，荧光粉胶层的厚度为1.5mm。荧光粉胶为环氧树脂与荧光粉按重量百分比100∶4的比例调配而成。当然，荧光粉胶也可采用有机硅胶与荧光粉调配而成，然后在其上面再封装一层环氧树脂或贴透明玻璃、透明亚克力等材料。

加电工作时，芯片3发出蓝光，大部分蓝光通过透明胶层直接发射到荧光粉胶层，另一部分蓝光经线路板或边框反射后到达荧光粉胶层。少部分蓝光在荧光粉胶层反射或直接穿过发射出来，大部分蓝光被荧光粉吸收并激发出绿光、黄光或红光。激发出的光线又分成部分直接出射到光源块外，部分射向光源块内部经过反射和折射又出射到光源块外。所以这种光源块发出的光线是指向以荧光粉层为中心的任何方向的。

本实施例光源块的输入功率为1W，发光面积达21cm²，如以发光效率701m/W计算，单位面积光通量大约3.31m/cm²，故而光线柔和无眩光。光源块的输入功率为1w，而散热面积达25cm²，实际使用中测量结果是当环境温度为25℃时，光源块表面温度可以稳定在40℃以下。

Claims (5)

1.一种白光LED面光源模块的封装方法，其特征在于它由以下工艺步骤组成：

(1)制作线路板，选择符合要求的芯片，按照芯片均布分散的原则，将多颗粒小功率LED芯片分布在线路板上，线路板表面焊盘外上白色阻焊；

(2)固晶，采用白色或透明胶作为固晶胶，在芯片背面均匀涂胶，在固晶台上将芯片粘结在线路板上焊盘对应位置，然后将其放入烤箱内150℃烘烤1小时，固晶胶凝固，芯片被牢固地固定在线路板上；

(3)键合引线，在键合台上将芯片电极和线路板对应电极键合上引线，完成电路连接；

(4)封装基本胶层，将检测合格的线路板固定在边框上，边框和线路板形成一个腔体，在腔体内灌注透明胶，静置3-5小时，待其固化，然后在透明胶层外均匀封装荧光粉胶层。

2.根据权利要求1所述的LED面光源模块的封装方法，其特征在于：所述线路板采用覆铜板，焊盘表面镀金。

3.根据权利要求1所述的LED面光源模块的封装方法，其特征在于：步骤(4)中所述边框和线路板形成一个深6-20mm的腔体，在腔体内灌注透明胶，透明胶层的厚度不小于4mm，所述荧光粉胶层的厚度不大于2mm。

4.根据权利要求1所述的白光LED面光源模块的封装方法，其特征在于：所述荧光粉胶为环氧树脂与荧光粉按重量百分比100∶1-100∶5比例调配而成。

5.根据权利要求1所述的白光LED面光源模块的封装方法，其特征在于：所述荧光粉胶为有机硅胶与荧光粉按重量百分比100∶1-100∶5比例调配而成，然后在荧光粉胶层外再灌封一层环氧树脂或透明玻璃或透明亚克力。

Images