CN101752354A - 一种led用封装基板结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种LED用封装基板结构及其制作方法。本发明所涉及的LED基板的特点是在普通LED基板固晶或共晶的位置生成一个特定尺寸、形状和高度的凸台，此凸台与基板直接相连。凸台外的基板上铺有电路连接层，凸台上通过固晶或共晶的形式完成LED芯片粘结。本LED基板在凸台位置比普通金属PCB板减少了导热性能差的绝缘材料层，使得大功率LED芯片产生的热量能更好通过基板从底部散发出去，并且凸台结构增加了对LED芯片侧面出光的利用，提高光萃取效率，减少了反射杯的影响，增大LED的光出射角，对LED的光色分布有很大改善。
Description
技术领域
本发明涉及LED用封装基板领域。
背景技术
LED是一种半导体发光器件，它可以直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高，重量轻，体积小等一系列特性，因此被广泛应用于指示灯、显示屏等。白光LED逐步走进普通照明领域，被誉为第四代照明光源。随着大功率LED的迅猛发展，LED的发光效率正在步步提升，LED芯片的集成程度也越来越高，但是单位面积内的发热量也随着上升，如果产生的热量没有很好的散发出去，将严重影响LED的可靠性，效率以及工作寿命。并且目前LED封装成型后，其出光效率有待提高，光色分布也较差。因此迫切需要一种散热性能高，制作成本较低，并且符合国际环保主流的LED基板及其封装技术。
传统的电子元件封装基板，印刷电路板(PCB板)，其基本结构是在一层隔热绝缘材料的表面铺有电路连接层。由于其基板的主要材料是隔热绝缘材料，使得其散热性能较差，用于LED封装的场合受到很大限制。特别是对于大功率的白光LED封装或是多芯片板上集成的LED封装，其散热性能远远难以达到要求，大部分已被金属基板(MCPCB板)所取代。
目前，用于大功率芯片或集成程度较高的多芯片集成封装的LED金属基板，其结构主要是，最下面为一层高导热的金属(如铜，铝等)，中间是一层绝缘层(其导热率一般较低，为：1-6W/K·m)，绝缘层上面铺覆有由铜箔腐蚀而成的电路连接层，覆铜层上面一般是一层绝缘的油墨。LED芯片通过固晶与MCPCB板上的焊盘相粘结，并且一般通过金属丝完成电连接。LED的热量绝大部分是从底下的金属基板散发到空气或散热装置中去。但是，由于中间的绝缘层较低的热导率，大大影响了基板的整体散热能力。并且金属材料的热膨胀系数与LED芯片的热膨胀系数相差较大，在大功率工作时，其产生的热应力会大大影响LED的可靠性及寿命，随着LED集成程度的提升，这种金属基板结构逐渐显示出其弊端。
陶瓷基板因其拥有与半导体芯片(如LED芯片)非常相近的热膨胀系数，在热力性能方面非常适合于LED的封装，尤其是多芯片集成的LED模块化封装。被看作是未来LED封装基板的主流材料。目前，陶瓷基板一般采用的是共烧的方式，有低温共烧陶瓷与高温共烧陶瓷等。陶瓷基板性能优良，对LED的可靠性及寿命都有很大的好处，但是其缺点是价格昂贵，制作工艺不如金属基板简单，导热性能还不够优越。
现有的LED芯片的封装方式，大都采用平面封装，即LED芯片在封装基板上处于同一平面，使得LED芯片的侧面出光受封装基板的影响较大，尤其是多芯片LED的板上集成封装，由于密集程度较高，芯片间距小，不仅使得LED芯片产生的热场相互影响，还使得芯片与芯片的侧面发光相互影响，更使得芯片的侧面发光受到封装基板的影响。并且LED平面封装的特点大多是具有反射杯，这使得封装成品后的LED的光出射受反射杯的影响，所能达到的出射角较小，有可能限制了LED的应用场合。
并且目前应用于大功率集成化的LED封装基板，由于受荧光粉层的影响，在基板对大功率白光LED的出光及光色分布的影响方面，考虑得比较少。产品的光分布很难均匀，色分布在空间上难以达到一致，黄斑依然难以克服。如何利用基板材料与设计基板结构来改善大功率白光LED的出光效率及光色分布的均匀性，是大功率白光LED封装基板所面临的迫切问题及主要发展目标。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术LED基板在导热性和对出光影响方面存在的问题，提出的一种散热性能优异，同时对出光有很大改善的LED用封装基板结构。本发明的另一个目的在于提供该基板结构的制作方法。
为了实现上述目的，本发明包括如下技术特征：一种LED用封装基板结构，包括基板和电路连接层，其特征在于基板上设有用于LED芯片固晶或共晶的凸台；所述电路连接层设于凸台外的基板上；所述凸台的上表面高于电路连接层的上表面。
本发明的基板结构包括如下几种方案，方案一：所述基板和凸台为金属材料，所述凸台外的基板自下往上层叠设有绝缘层和电路连接层。
方案二：所述基板和凸台为陶瓷材料，所述凸台外的基板上设有蒸镀形成的电路连接层。
方案三：在方案二的基础上更进一步，即在所述基板底面与凸台对应的位置设有孔洞，所述孔洞内熔有金属或注有银浆。更进一步的，所述基板底部设有的一定厚度的金属层，所述金属层与孔洞内熔有的金属或注入的银浆连接。
方案四：所述基板为陶瓷材料，所述凸台为金属材料；凸台通过基板上的预留的孔洞贯穿基板或者直接在基板上固定；所述凸台外的基板上设有蒸镀形成的电路连接层。
本发明的另一个目的在于提供该基板结构的制作方法。其中，上述方案一的制作方法包括如下步骤：直接在金属材料的基板上通过冲压、滚压、精细加工或刻蚀方法形成凸台，然后设计与凸台位置相对应的带孔绝缘层和电路连接层；然后将已制作的带孔的绝缘层和电路连接层先后层叠在金属基板上，并将凸台露在绝缘层和电路连接层之上。
上述方案二的制作方法包括如下步骤：直接在陶瓷基板的烧结过程中形成凸台，或对陶瓷基板进行精细加工形成凸台；然后在得到的陶瓷基板顶面蒸镀电路连接层。
上述方案三的制作方法包括如下步骤：直接在陶瓷基板烧结的过程中形成凸台和在凸台相对应的基板的底部形成孔洞；然后在基板底部的孔洞中熔入金属或注入银浆，接着将金属或银浆固化在陶瓷基板的孔洞之中；然后在得到的陶瓷基板顶面蒸镀电路连接层。
上述方案四的制作方法包括如下步骤：在制作陶瓷基板的时，在需要制作凸台的位置上留有贯穿基板的孔；然后在孔中填入金属，制作贯穿基板的金属凸台；或者直接在陶瓷基板上固定金属凸台；最后在陶瓷基板顶面蒸镀电路连接层。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、与传统LED用的基板相比，本发明提供的基板结构在LED芯片固晶或共晶的位置多形成了一个特定尺寸、形状和高度的凸台，此凸台结构可以改善LED出光及光色分布，尤其是涂有YAG荧光粉的白光LED的出光及光色分布。
2、与传统LED用的金属基板相比，本发明所述基板在LED芯片位置底下减少了导热性能差的绝缘层的影响，大大改善了基板的散热能力。降低LED芯片的结温，提高LED的出光效率及寿命。
3、本发明所提供的金属、陶瓷混合型基板，综合利用了金属材料的高导热性能与陶瓷材料与LED芯片非常接近的热膨胀系数的优点，既能快速导出LED芯片所产生的热量，又能减小LED芯片与基板的热应力。大大提高LED的工作可靠性。
4、本发明所提供的凸台基板制作工艺与普通生产基板工艺相兼容，工艺简单，适用于规模化、批量化生产。
附图说明
图1为普通金属PCB板的结构示意图；
图2为凸台结构的金属基板的结构示意图；
图3为凸台结构的陶瓷基板的结构示意图；
图4为凸台结构的金属、陶瓷混合基板结构示意图(底部注入Cu、Al等金属或合金)；
图5为凸台结构的金属、陶瓷混合基板结构示意图(底部注入银浆)；
图6为凸台结构的金属、陶瓷混合基板结构示意图(金属凸台贯穿陶瓷基板)。
图7为凸台结构的金属、陶瓷混合基板结构示意图(金属凸台置于陶瓷基板上)
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。为了更好结合说明书附图进行说明，附图中的标示如下：铜、铝等金属或合金1、陶瓷2、绝缘层3、电路连接层4、LED芯片5、金线6、银浆7。
图1为普通金属PCB板的结构示意图，现有技术大都采用平面封装，即LED芯片在封装基板上处于同一平面。
针对目前LED基板在导热性及对出光的影响方面所存在的问题，本发明提出一种散热性能优异，同时对LED出光有很大改善的LED用封装基板结构及其制作方法。在基板上LED需要固晶或共晶的位置，通过与基板材料相应的工艺生成特定尺寸、形状和高度的凸台。凸台用于LED芯片共晶或固晶，凸台与基板直接相连。此凸台能改善LED的出光及光色分布，大大提高了LED的可靠性和寿命，并且由于所述凸台基板相对于一般的大功率LED封装的普通金属基板减少了导热性能差的绝缘层，大大提高了凸台基板的散热能力。
为了实现发明目的，本发明包括如下几种实施例：
实施例1：如图2所示，基板和凸台为金属材料，所述凸台外的基板自下往上层叠设有绝缘层3和覆铜电路的电路连接层4。
制作方法为：在制作凸台金属基板时，先在金属板上通过冲压、滚压、熔融或刻蚀等方法形成凸台，根据凸台的尺寸、形状和高度，将已设计并制作完成的带孔的绝缘层3与电路连接层4先后层叠在金属板上，将凸台露在电路连接层的上方。封装的LED芯片5通过银胶固晶或共晶焊接的形式粘结在凸台上，再通过焊接金丝6将LED芯片5与电路连接层4连接起来。
实施例2：如图3所示，为凸台结构的陶瓷基板的结构示意图。基板和凸台为陶瓷材料，所述凸台外的基板上设有蒸镀形成的电路连接层4。
制作方法为：对于采用陶瓷作为基板，通过采用注塑等方法，在陶瓷烧结的过程中，直接在陶瓷基板上生成特定尺寸、形状和高度的凸台。再在陶瓷基板上蒸镀上所设计的电路连接层4。封装的LED芯片同样固晶或共晶在陶瓷基板的凸台上，并通过金线6完成与电路连接层4的电连接。
实施例3：如图4、5所示，对于金属、陶瓷混合型基板，与实施例2结构不一样的是，在所述基板底面与凸台对应的位置设有一定尺寸、形状和深度的孔洞，所述孔洞内熔有金属或注有银浆7。更进一步的，所述基板底部可以设有的一定厚度的金属层，所述金属层与孔洞内熔有的金属或注入的银浆连接。
制作方法为：与实施例2一样，同样在陶瓷烧结的过程中，在陶瓷基板的顶面生成特定尺寸的凸台，不一样的是，同时在陶瓷基板的底部与凸台相对应的位置，留有一定尺寸、形状和深度的孔洞。再将陶瓷基板反转，接着在孔洞中熔入金属，如铜、铝或合金等，或者注入银浆。在基板的底部，可以保留一定厚度的金属层，增强基板的散热性能。
实施例4：所述基板为陶瓷材料，所述凸台为金属材料；凸台通过基板上的预留的孔洞贯穿基板，如图6所示；或者直接在基板上固定，如图7所示；所述凸台外的基板上设有蒸镀形成的电路连接层。
制作方法为：如图6所示的陶瓷基板在制作时，在需要制作凸台的位置上，留有贯穿基板的孔。再在孔中填入金属，制作贯穿基板的金属凸台；或者如图7所示，直接在陶瓷基板上制作金属凸台，LED芯片就粘结在金属凸台上。
此外，本发明涉及的材料和工艺说明如下：
上述凸台基板涉及的金属材料可以是铜、铝或金属合金等，陶瓷材料可以是AlN、Al2O3等高低温共烧陶瓷材料，或者金属和陶瓷混合使用。
上述凸台基板适用于多芯片LED集成的模块封装，也可以通过切割、划板的方式，制作适用于单颗LED的封装支架或基板。
上述凸台基板的凸台可以是方形、圆形、六角形等多种形状，凸台高度可根据热学要求与光学要求进行设计与制作。
上述金属凸台基板适用于水平导电的LED芯片，上述陶瓷凸台基板或陶瓷、金属混合型凸台基板适用于水平导电或垂直导电的LED芯片。
Claims (10)
1.一种LED用封装基板结构，包括基板和电路连接层，其特征在于基板上设有用于LED芯片固晶或共晶的凸台；所述电路连接层设于凸台外的基板上；所述凸台的上表面高于电路连接层的上表面。
2.根据权利要求1所述的LED用封装基板结构，其特征在于所述基板和凸台为金属材料，所述凸台外的基板自下而上层叠设有绝缘层和电路连接层。
3.根据权利要求1所述的LED用封装基板结构，其特征在于所述基板和凸台为陶瓷材料，所述凸台外的基板上设有蒸镀形成的电路连接层。
4.根据权利要求3所述的LED用封装基板结构，其特征在于所述基板底面与凸台对应的位置设有孔洞，所述孔洞内熔有金属或注有银浆。
5.根据权利要求4所述的LED用封装基板结构，其特征在于所述基板底部设有的一定厚度的金属层，所述金属层与孔洞内熔有的金属或注入的银浆连接。
6.根据权利要求1所述的LED用封装基板结构，其特征在于所述基板为陶瓷材料，所述凸台为金属材料；凸台通过基板上的预留的孔洞贯穿基板或者直接在基板上固定；所述凸台外的基板上设有蒸镀形成的电路连接层。
7.一种权利要求2所述的LED用封装基板结构的制作方法，其特征在于包括如下步骤：直接在金属材料的基板上通过冲压、滚压、精细加工或刻蚀方法形成凸台，然后设计与凸台位置相对应的带孔绝缘层和电路连接层；然后将已制作的带孔的绝缘层和电路连接层先后层叠在金属基板上，并将凸台露在绝缘层和电路连接层之上。
8.一种权利要求3所述的LED用封装基板结构的制作方法，其特征在于包括如下步骤：直接在陶瓷基板的烧结过程中形成凸台，或对陶瓷基板进行精细加工形成凸台；然后在得到的陶瓷基板顶面蒸镀电路连接层。
9.一种权利要求4所述的LED用封装基板结构的制作方法，其特征在于包括如下步骤：直接在陶瓷基板烧结的过程中形成凸台和在凸台相对应的基板的底部形成孔洞；然后在基板底部的孔洞中熔入金属或注入银浆，接着将金属或银浆固化在陶瓷基板的孔洞之中；然后在得到的陶瓷基板顶面蒸镀电路连接层。
10.一种权利要求6所述的LED用封装基板结构的制作方法，其特征在于包括如下步骤：在制作陶瓷基板的时，在需要制作凸台的位置上留有贯穿基板的孔，然后在孔中填入金属，制作贯穿基板的金属凸台；或者直接在陶瓷基板上固定金属凸台；最后在陶瓷基板顶面蒸镀电路连接层。
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| PB01 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20100623 |