CN101295649A - 高散热效率发光二极管的封装方法及其结构 - Google Patents

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Abstract

一种具有高热传导效率的发光二极管的封装方法及其结构，包括：首先备有具有多个凹穴的铜金属基板，在基板的表面及凹穴底部上形成绝缘层，在基板的绝缘层上形成一组金属线路，在该组金属线路的表面上无需进行电连接及未被包覆之处涂有一层绝缘漆，在该没有绝缘漆的金属线路及凹穴的绝缘层上形成一层锡层，并将该组发光芯片固定在凹穴的锡层上；接着，在该组发光芯片与金属线路间电连接金线组，再将一个环形物体设置在该基板表面上，并将该组发光芯片、金线及金属线路包围在其内，然后在该组发光芯片、金线及金属线路上点上荧光胶；最后，在环形物体内部填入环氧树脂，在环氧树脂干燥后即形成环氧树脂层，从而完成发光二极管的封装制作。

Description

高散热效率发光二极管的封装方法及其结构
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，特别涉及一种高散热效率发光二极管的封装方法及其结构。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种固态的半导体组件，利用电子和空穴的相互结合将能量以光的形式释放，属于冷光发光，具有体积小、寿命长、耗电量低、反应速率快、耐震性特佳等优点，可作为各种电器、信息广告牌、通讯产品等的发光组件。
传统的发光二极管在制作时，如图1和图2所示，通常利用金属板100先冲压出支架101，将支架101及金属材质制成的基座103一起放入模具中，在射出成形后，支架101的两个电极接脚102以及基座103的局部面积将被胶座104所包覆固定，使基座103以及两个电极接脚102落在胶座104的凹穴105内。接着，通过银胶将发光芯片106固定在基座103的表面上，再将金线107电连接在发光芯片106以及两个电极接脚102之间。最后，在发光芯片上点上荧光胶体108后，再用环氧树脂109点入胶座104的凹穴105里。
上述发光二极管在制作上步骤繁杂、费时、费工序，从而使制作成本无法降低。传统的发光二极管通过银胶将发光芯片106粘贴在基座(或支架)上，再通过金或铝线焊线机完成发光芯片106的正负电极与电极接脚102的连接，最后利用环氧树脂109封装而成。但因电极接脚102、基座103与环氧树脂109的导热物理特性不佳，这种传统封装的热阻可达250℃/W～300℃/W。由此，将由于散热不良而导致发光二极管的温度上升，并造成环氧树脂109变质老化，从而由于热量的累积，将造成发光二极管的发光效率降低并形成加速增温。增温效应将产生结构应力，从而使可靠度降低。
发明内容
因此，针对传统发光二极管制作上的缺陷，本发明提出了一种高散热效率发光二极管的封装方法及其结构，包括：首先，备有具有多个凹穴的铜金属基板，在铜金属基板的表面及凹穴底部上形成绝缘层，在铜金属基板的绝缘层上形成一组金属线路，该组线路的表面上无需进行电连接及未被包覆之处涂有一层绝缘漆，在该组金属线路表面没有绝缘漆之处及凹穴的绝缘层上形成一层锡层，将该组发光芯片固定在凹穴的锡层上；接着，在该组发光芯片的表面与该组金属线路间电连接金线组，使发光芯片组形成串联电连接，再将一个中空环形物体设置在该铜金属基板表面上，该环形物体将该组发光芯片、金线及线路包围在其内，然后在该组发光芯片、金线及金属线路上点上荧光胶，从而形成荧光层；最后，在环形物体内部填入环氧树脂，并包覆该荧光层，在环氧树脂干燥后即形成环氧树脂层，从而完成发光二极管的封装制作。
与现有技术相比，本发明的高散热效率发光二极管的封装方法及其结构的有益效果在于可降低制作成本，同时，通过利用铜金属为基板，将固定用的锡厚度控制在约4～5μm之间，可使热传递的热阻更小，以提升散热效果，从而确保发光芯片使用寿命增加，并防止材质变质。
附图说明
图1为传统发光二极管的支架与胶座的外观示意图；
图2为图1的发光二极管封装完成示意图；
图3为本发明的发光二极管制作流程示意图；
图4为本发明的基板外观示意图；
图5为本发明的基板表面形成导电线路示意图；
图6为本发明的基板表面的线路固定示意图；
图7为本发明的基板表面的线路与发光芯片、金线及环形物体的分解示意图；
图8为本发明的基板表面上配置中空环形物体的外观立体示意图；
图9为图8的侧剖视示意图；
图10为图9所示结构点入荧光胶后的示意图；
图11为图10所示结构点入环氧树脂后的示意图；
图12为本发明的另一种发光二极管结构分解组合立体示意图；
图13为本发明的另一种发光二极管结构组合俯视示意图。
在附图中，各标号所代表的部件列表如下：
金属板       100       支架          101
基座         103       电极接脚      102
胶座         104       凹穴          105
发光芯片     106       金线          107
荧光胶体     108       环氧树脂      109
步骤         110～128  铜金属基板    1
凹穴         11        定位孔        12
缺口         13        绝缘层        14
金属线路     15、15A   第一段线路    151
第二段线路   152       第三段线路    153
第四段线路   154       绝缘漆        16
锡层         17        发光芯片      2、2A
第一发光芯片 21        第二发光芯片  22
第三发光芯片 23        金线          3、3A
第一金线     31        第二金线      32
第三金线     33        第四金线      34
第五金线     35        第六金线      36
环形物体     4         环体          41
定位部       42        反射面        43
荧光层       5         环氧树脂层    6
具体实施方式
为了进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅用来提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
有关本发明的技术内容及详细说明，现配合附图说明如下：
图3和图4分别为本发明的发光二极管制作流程及基板外观示意图。如图所示：在本发明的发光二极管封装制作时，首先，如步骤110所示，备有铜金属基板1，铜金属基板1上设置有多个凹穴11、定位孔12及U形缺口13。
步骤112，如图4所示，在铜金属基板1的表面及多个凹穴11底部上形成一层具有导热效果的绝缘层14。
步骤114，如图5所示，在绝缘层14上形成一组金属线路15。
步骤116，如图6所示，在金属线路15上无需进行电连接及未被包覆的表面上涂有一层绝缘漆16，而绝缘漆16为白色，可以避免金属线路15氧化。
步骤118，如图6所示，在金属线路15表面没有绝缘漆16处及凹穴11的绝缘层14表面上喷有一层锡层17，锡层17的厚度约为4～5μm，使热传导的热阻较小，从而具有良好的热传导效率。
步骤120，如图7所示，在多个凹穴11的锡层17上固定一组发光芯片2。
步骤122，如图7所示，在发光芯片2表面与金属线路15上的锡层17之间连接一组金线3，使发光芯片2形成串联连接。
步骤124，如图7至图9所示，在铜金属基板1表面的定位孔12上配置一个中空环形物体4，环形物体4将发光芯片2、金线3、金属线路15包围在其内。
步骤126，如图10所示，在环形物体4内的发光芯片2、金线3及金属线路15上未涂有绝缘漆16之处点上荧光胶，从而形成荧光层5。
步骤128，如图11所示，在环形物体4内部填入环氧树脂层6，并包覆荧光层5，在环氧树脂层6干燥后即形成一层保护层，从而完成该多个发光芯片串联连接的发光二极管的制作。
如图7和图8所示，本发明的发光二极管的结构，包括：基板1、一组发光芯片2、一组金线3、环形物体4、荧光层5以及环氧树脂层6；其中，
铜金属基板1呈圆形，在铜金属基板1表面上设置有多个凹穴11，凹穴11外围具有多个定位孔12，在铜金属基板1的边缘具有多个U形缺口13；另外，在铜金属基板1表面及凹穴11底部形成绝缘层14，绝缘层14上设置有一组金属线路15，金属线路15由第一段线路151、第二段线路152、第三段线路153及第四段线路154组成，在金属线路15表面上无需进行电连接及未被荧光层5包覆的表面上涂有一层绝缘漆16，在金属线路15未被绝缘漆16涂布的表面及凹穴11的绝缘层14上形成一层锡层17，锡层17厚度约为4～5μm。
发光芯片2由第一、二、三发光芯片21、22、23组成，其固定在多个凹穴11的锡层17上。
金线3由第一金线31、第二金线32、第三金线33、第四金线34、第五金线35、第六金线36组成，由第一段线路151电连接第一金线31，而第一金线31另一端电连接在第一发光芯片21的正极上，而第一发光芯片21的负极电连接第二金线32，第二金线32另一端与第二段线路152电连接，第二段线路152另一端电连接第三金线33，第三金线33另一端电连接第二发光芯片22的正极，而第二发光芯片22的负极电连接第四金线34，第四金线34另一端电连接第三段线路153，第三段线路153另一端电连接第五金线35，第五金线35另一端电连接第三发光芯片23的正极，而第三发光芯片23的负极电连接第六金线36，第六金线36的另一端与第四段线路154电连接。从而使第一、二、三发光芯片21、22、23形成串联电连接。
如图9所示，环形物体4具有由金属或塑料材料制成的中空环体41，环体41底部具有凸出在环体41底部且定位在定位孔12处的定位部42。另外，环体41的内壁呈倾斜状，从而形成反射面43，其可将发光芯片2所产生的光线聚集反射地投射至外部。
如图10所示，荧光层5以荧光胶为材料，从而包覆在发光芯片组2、金线3及金属线路15未覆盖绝缘漆16的表面上，从而形成荧光层5。
如图11所示，环氧树脂层6以环氧树脂为材料，封装在荧光层5与环体31内部，从而形成可保护荧光层5及发光芯片组2、金线3、金属线路15的环氧树脂层6。
当发光二极管结构在使用时，正电源接在第一段线路151上，而负电源接在第四段线路154上，从而使串联连接的第一、二、三发光芯片21、22、23被点亮，光线将聚集投射至外部。由于第一、二、三发光芯片21、22、23通过锡层17(锡厚约为4～5μm)固定在凹穴11底部，而锡层的热阻比常用的银胶的热阻小，再加上铜金属基材1的向下传递的热阻比蓝宝石及氧化铝的载板小，所以第一、二、三发光芯片21、22、23所产生的热源可快速地传递至铜金属基板1上以进行散热，从而延长发光芯片2的使用寿命。
图12和图13分别为本发明的另一种发光二极管结构分解及组合的立体示意图和俯视示意图。如图所示：本实施例所公开的发光二极管结构与上述图4至图11的发光二极管结构大致相同，所不同之处在于利用多个发光芯片2A，并通过金线组3A与金属线路15A电连接成圆形串联排列，从而使投射至外部的光线更加明亮。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。即凡按照本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims (18)

1.一种高散热效率发光二极管的封装方法，所述方法包括以下步骤：
(a)备有铜金属基板，并在其上形成多个凹穴；
(b)在所述铜金属基板表面及所述凹穴底部上形成绝缘层；
(c)在所述绝缘层上形成金属线路；
(d)在所述金属线路上无需进行电连接及未被包覆的表面上形成绝缘漆；
(e)在所述金属线路未涂覆绝缘漆的表面及所述凹穴的绝缘层表面上形成锡层；
(f)在所述凹穴的锡层上固定发光芯片组；
(g)在所述发光芯片组与所述金属线路之间电连接多条金线，使所述发光芯片组呈串联电连接；
(h)在所述铜金属基板的表面上形成中空环形物体，所述环形物体将所述发光芯片组、金线及金属线路包围在其内；
(i)在所述发光芯片组、金线及金属线路的锡层上点上荧光胶，从而形成荧光层；以及，
(k)在所述环形物体内部填入环氧树脂，并包覆所述荧光层，从而形成环氧树脂层。
2.如权利要求1所述的高散热效率发光二极管的封装方法，其中，所述步骤(a)的铜金属基板为圆形，其上的所述凹穴外围具有多个定位孔，而在所述基板边缘上开设有开放性的U形缺口。
3.如权利要求1所述的高散热效率发光二极管的封装方法，其中，所述步骤(c)的金属线路由多段线路组成。
4.如权利要求1所述的高散热效率发光二极管的封装方法，其中，所述步骤(d)的绝缘漆为白色。
5.如权利要求1所述的高散热效率发光二极管的封装方法，其中，所述步骤(e)的锡层厚度约为4～5μm。
6.如权利要求1所述的高散热效率发光二极管的封装方法，其中，所述步骤(f)的发光芯片组由多个发光芯片组成。
7.如权利要求1所述的高散热效率发光二极管的封装方法，其中，所述步骤(h)的环形物体由金属或塑料中的任一种材料制成。
8.如权利要求7所述的高散热效率发光二极管的封装方法，其中，所述环形物体具有环体，所述环体底部具有定位部，所述环体内壁呈倾斜状，从而形成反射面。
9.如权利要求1所述的高散热效率发光二极管的封装方法，其中，所述步骤(i)的荧光层为荧光胶。
10.如权利要求1所述的高散热效率发光二极管的封装方法，其中，在所述步骤(k)的环形物体内部填入环氧树脂，从而形成环氧树脂层。
11.一种高散热效率发光二极管的结构，所述结构包括：
铜金属基板，其上具有多个凹穴，而在所述铜金属基板表面及所述凹穴底部设置有绝缘层，在所述铜金属基板的绝缘层表面上设置有金属线路，在所述金属线路上的无需进行电连接及未被包覆处设置有绝缘漆，在所述金属线路没有绝缘漆之处及所述凹穴的绝缘层上设置有锡层；
发光芯片组，固定在所述凹穴的锡层上；
金线，电连接在所述金属线路与所述发光芯片组之间；
环形物体，设置在所述基板上，将所述金属线路、发光芯片组及金线围在其内；
荧光层，设置在所述环形物体内，并包覆在所述金属线路、发光芯片组及金线的表面上；以及，
环氧树脂层，设置在所述环形物体内，并包覆在所述荧光层的表面上。
12.如权利要求11所述的高散热效率发光二极管的结构，其中，所述铜金属基板呈圆形，在所述金属线路外围上具有多个定位孔，而在所述铜金属基板边缘上开设有开放性的U形缺口。
13.如权利要求12所述的高散热效率发光二极管的结构，其中，所述金属线路由多段线路组成。
14.如权利要求11所述的高散热效率发光二极管的结构，其中，所述发光芯片组由多个芯片组成。
15.如权利要求11所述的高散热效率发光二极管的结构，其中，所述绝缘漆为白色。
16.如权利要求11所述的高散热效率发光二极管的结构，其中，所述环形物体是由金属或塑料材料中的任一种制成的中空环体。
17.如权利要求16所述的高散热效率发光二极管的结构，其中，所述环体具有由其底部凸出并且定位在所述铜金属基板的定位孔处的定位部，所述环体内壁呈倾斜状，从而形成反射面。
18.如权利要求11所述的高散热效率发光二极管的结构，其中，所述锡层厚度约为4～5μm。
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