CN101807568B - 多芯片led封装结构及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的多芯片LED封装结构及其加工方法，基板的绝缘层被打磨掉，同时基板上设置有多个用于容留LED芯片的容留凹槽，在基板表面装设有让多个LED芯片之间先分组串联，组与组之间的LED芯片再并联的印刷电路板或者是网状印刷电路板，同时在印刷电路板生成起保护作用的二极管电路部分，每个LED芯片的接线端分别与对应的印刷电路板导接形成回路，同时每个LED芯片上还有一封装透明体。本发明的技术效果是提高了LED光源的散热效率，加工简便，光损耗小。

Description

多芯片LED封装结构及其加工方法
技术领域
本发明主要涉及一种LED光源，特别涉及到一种LED芯片的封装结构，主分类号为H01L25/16。
背景技术
LED光源发光通过封装光线从芯片取出后需要进行2次或者3次人光学系统配光，以完成现场照明光分布的要求，提出的是有利于光线取出，同时完成光线合理分配以达到提高整体出光效率的办法。
LED的出光一般为郎伯型出光，我们通常需要在外部加装透镜或者反射器配光使得光线进行合理分布，但是每经过一次投射或者反射光线都会产生损失，基本上每次都会损失10％左右，这样即使是高流明的光源最后有用的光线都不高，所以提出一次光学成形技术以减少光损失。
现在LED主要分成单颗封装和多芯片集成封装2种方式，对于单颗技术主要是采用模条技术，即在透镜和芯片间填充硅胶完成配光，单颗封装的LED的优点是散热效果好，但是由于加工时需要一颗一颗分为单独安装，并且单独为每一颗做上透镜，加工很不方便，成本也降不下来，而且封装方式存在着2层的光学界面依然会出现光学损失。而集成封装是将LED光源集成在一个硅因为可以看作为面光源，要完成配光需要非常大的硅胶，同时始终也存在着热量集中，不易散发等问题。
公告号为CN201093376，公告日为2008年7月30日的中国实用新型专利公开了一种多晶封装LED灯具，主要包含有LED陈列基板，该LED陈列基板上布设有复数颗LED，并于该LED的投光面前端设置菲涅耳(Fresnel)镜片，透过菲涅耳镜片可改变光束分布的角度，达到收光的效果，以增加LED发出的亮度；并可改变菲涅耳镜片的焦距、间距(pitch)或是菲涅耳镜片与LED之间的距离可调整光照达到需求的分布角度。此专利公开的就是一种多芯片封装结构，它仅从光学镜片的改善这个角度来解决LED发出的亮度，显然不能解决其热量集中，不易散发等问题。
公开号为CN101615612，公开日为2009年12月30日的中国发明专利，该发明专利公开了一种LED封装结构，它主要由基板，支架，LED芯片，瞬态保护芯片，连接线，以及包封的胶体组成。基板为双层结构，其下层为散热良好的金属材料，上层为高热导率但对电绝缘的薄膜。支架为热和电的良好导体，其形状可以根据需要调整，如芯片的个数，连接方法等。瞬态电压保护芯片和LED芯片安装在支架上，支架直接再安装在基板上。在芯片和连线线的需要保护的地方，以胶体包封，外露的支架部分构成外接电源的连接部分。多个LED芯片可以以并联，串并联方式连接，以利于提高电源的转换效率；也可以形成多路连接，使得各路LED得以单独控制。该发明虽然从一定程度上起到了提高散热效果的作用，但是由于它依旧没有放弃最典型的多芯片安装平级结构，以及也是采用二次反射，所以依然解决不了光线损耗等问题，也不能大幅度提高散热效果。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种介于单颗和多颗封装之间的新型的多芯片LED封装结构及其加工方法，利用加工中心技术和半导体行业成熟的自动molding技术，在完成芯片保护的同时完成一次光学成形，芯片的出光直接按照设计的分布进行光学分布，至少使该新型的多芯片封装结构的散热效果大大提高，还有可能同时使LED芯片光损更少。
本发明的技术方案如下：
一种多芯片LED封装结构，包括用于封装LED的基板，所述的基板的绝缘层被打磨掉，同时基板上设置有多个用于容留LED芯片的容留凹槽，一个容留凹槽里安装一个LED芯片，在基板表面装设有印刷电路板，该电路板的电路结构是让多个LED芯片之间先分组串联成LED芯片组，多个LED芯片组之间进行并联；或者该电路板的结构是网状印刷电路，每个LED芯片安装网状印刷电路板的每个节点上；该印刷电路板还包括起保护作用的二极管电路部分，每个LED芯片的接线端分别与对应的印刷电路板导接形成回路，每个LED芯片上还有一封装透明体。
更进一步的技术方案是：
所述的封装透明体为既起到保护作用又起到透镜作用的一次成形的硅胶。
所述的网状电路是指电路中各节点通过线路互联连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连的电路。
所述的保护二极管电路部分是在每个LED芯片线路上并联一个齐纳二极管。
所述的保护二极管电路部分是在整个网状印刷电路上并联一个齐纳二极管。
所述的容留凹槽的横截面形状为倒梯形，每个LED芯片安装在容留凹槽的底部。
另外本发明中所述的基板为铜基板或铝基板。
本发明还提供了加工如上述部分的新型的多芯片LED封装结构的加工方法，
包括以下步骤：
步骤1：先利用铝基板和铜基板的普通生产工艺，在铜基板或者铝基板上生成印刷电路板，同时生成保护作用的二极管电路部分；
步骤2，利用普通的加工中心，完成基板的成形加工，包括了LED芯片的容留容留凹槽的成形，提高了芯片侧面出光率；再将基板的绝缘层去除，降低芯片到散热系统热阻，密封系统的加工成形；
步骤3，对基板的正面进行氧化处理，以保持反射界面的反射长效性；
步骤4，在已经完成步骤3的基板上进行多个LED芯片的焊接，打线和点粉；
步骤5，采用半导体自动molding技术，利用精密半导体模具在每个LED芯片上灌注封装透明体，既起到保护作用，又起到透镜作用。
所述的封装透明体可以为硅胶。
更进一步来说，所述的硅胶采用60吨的压力压铸成形使之与基板的框架的结合紧密。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、整个硅胶采用60吨的压力压铸成形和框架的结合紧密。
2、整个光学透镜采用精密的模具一次成形，尺寸准确重复精度高，加工速度快，避免了2次装配，简化工艺和提高效率。
3、利用封装的硅胶材料本身完成光学配光，避免才低透光和长期有效性差的PC材料缺陷，同时也避免了采用玻璃加工困难的问题，而且硅胶即充当封装材料，又充当光学配光，减少了二次配光的损耗。
4、由于每颗LED芯片都是安装在对应的容留凹槽中，同时又是集体封装在硅基板或铜基板上，拥有了单颗芯片封装时的优点，增加了芯片之间的间隔，减少了热量的集中积累，同时增加了发光面积，减少了眩光；而且同时具有多芯片集成封装的优点，例如在最后加工封装外罩时非常方便，可以一次完成，同时安装工艺也较单颗芯片分别安装简单。
5、减少了灯具密封系统体积，便于模块化生产和降低生产成本。
附图说明
图1为本发明多芯片LED封装结构的整体结构示意图；
图2为图1的A-A`剖视图；
图3为实施例1和实施例3中多个LED芯片的印刷电路图；
图4为实施例2和实施例4中多个LED芯片的印刷电路图；
图5为实施例3中齐纳二极管连接电路图；
图6为实施例4中齐纳二极管连接电路图；
图7为本发明加装外罩时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
实施例1：
如图1和图2所示，一种多芯片LED封装结构，包括用于封装LED的基板1(铝基板或铅基板)，所述的基板1的绝缘层已经被打磨掉，同时基板1上设置有多个用于容留LED芯片2的容留凹槽3，容留凹槽3的横截面形状为倒梯形，每个LED芯片2安装在容留凹槽3的底部，一个容留凹槽3里安装一个LED芯片2，在基板1表面装设有印刷电路板，印刷电路板的电路是让多个LED芯片2之间先分组串联，例如每10个LED芯片为一组，形成LED芯片组，而组与组之间的LED芯片2再并联的印刷电路，该电路图如图3所示，同时在印刷电路板生成起保护作用的二极管电路部分，该二极管保护电路是在每个LED芯片线路上并联一个齐纳二极管，每个LED芯片2的接线端分别与对应的印刷电路板导接形成回路，同时每个LED芯片2上还有一封装透明体4(例如硅胶)。而所述的封装透明体4(硅胶)为即起到保护作用又起到透镜作用的一次成形的透明体。由于基板1的绝缘层已经被打磨掉，就减少了LED芯片2散热时所需要经过的层结构，大大提高了散热效率。由于封装透明体4(硅胶)即充当了封装材料又起到了配光透镜的作用，相当于减少了一次光损。
实施例2：
如图1和图2所示，一种多芯片LED封装结构，包括用于封装LED的基板1(铝基板或铅基板)，所述的基板1的绝缘层已经被打磨掉，同时基板1上设置有多个用于容留LED芯片2的容留凹槽3，容留凹槽3的横截面形状为倒梯形，每个LED芯片2安装在容留凹槽3的底部，一个容留凹槽3里安装一个LED芯片2，在基板1表面装设有印刷电路板，印刷电路板的电路是网状印刷电路板，网状印刷电路板的电路图如图4所示是指电路中各节点通过线路互联连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连的电路。而每个LED芯片就安装在每个节点上，一一对应。印刷电路板还包括起保护作用的二极管电路部分，该二极管保护电路是在每个LED芯片线路上并联一个齐纳二极管，每个LED芯片2的接线端分别与对应的印刷电路板导接形成回路，同时每个LED芯片2上还有一封装透明体4(例如硅胶)。而所述的封装透明体4(硅胶)为即起到保护作用又起到透镜作用的一次成形的透明体。由于基板1的绝缘层已经被打磨掉，就减少了LED芯片2散热时所需要经过的层结构，大大提高了散热效率。由于封装透明体4(硅胶)即充当了封装材料又起到了配光透镜的作用，相当于减少了一次光损。而且采用如图4所示的网状印刷电路板更能提高LED的稳定性，在某个发光二极管出现损坏时，对整体光源的影响更小。
实施例3：
如图1和图2所示，一种多芯片LED封装结构，包括用于封装LED的基板1(铝基板或铅基板)，所述的基板1的绝缘层已经被打磨掉，同时基板1上设置有多个用于容留LED芯片2的容留凹槽3，容留凹槽3的横截面形状为倒梯形，每个LED芯片2安装在容留凹槽3的底部，一个容留凹槽3里安装一个LED芯片2，如图1和图2所示，一种新型的多芯片LED封装结构，包括用于封装LED的基板1(铝基板或铅基板)，所述的基板1的绝缘层已经被打磨掉，同时基板1上设置有多个用于容留LED芯片2的容留凹槽3，容留凹槽3的横截面形状为倒梯形，每个LED芯片2安装在容留凹槽3的底部，一个容留凹槽3里安装一个LED芯片2，在基板1表面装设有印刷电路板，印刷电路板的电路是让多个LED芯片2之间先分组串联，例如每10个LED芯片为一组，形成LED芯片组，而组与组之间再并联的印刷电路，该电路图如图3所示，同时在印刷电路板生成起保护作用的二极管电路部分，该二极管保护电路是在整个印刷电路板的电路上并联一个齐纳二极管，如图5所示，每个LED芯片2的接线端分别与对应的印刷电路板导接形成回路，同时每个LED芯片2上还有一封装透明体4(例如硅胶)。而所述的封装透明体4(硅胶)为即起到保护作用又起到透镜作用的一次成形的透明体。由于基板1的绝缘层已经被打磨掉，就减少了LED芯片2散热时所需要经过的层结构，大大提高了散热效率。由于封装透明体4(硅胶)即充当了封装材料又起到了配光透镜的作用，相当于减少了一次光损。
实施例4：
如图1和图2所示，一种多芯片LED封装结构，包括用于封装LED的基板1(铝基板或铅基板)，所述的基板1的绝缘层已经被打磨掉，同时基板1上设置有多个用于容留LED芯片2的容留凹槽3，容留凹槽3的横截面形状为倒梯形，每个LED芯片2安装在容留凹槽3的底部，一个容留凹槽3里安装一个LED芯片2，在基板1表面装设有印刷电路板，印刷电路板的电路是网状印刷电路板，网状印刷电路板的电路图如图4所示，是指电路中各节点通过线路互联连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连的电路。而每个LED芯片就安装在每个节点上，一一对应。印刷电路板还包括起保护作用的二极管电路部分，该二极管保护电路是在多个LED芯片2组成的串联再并联的整个网状印刷电路板的电路上并联一个齐纳二极管，电路如图6所示。每个LED芯片2的接线端分别与对应的印刷电路板导接形成回路，同时每个LED芯片2上还有一封装透明体4(例如硅胶)。而所述的封装透明体4(硅胶)为即起到保护作用又起到透镜作用的一次成形的透明体。由于基板1的绝缘层已经被打磨掉，就减少了LED芯片2散热时所需要经过的层结构，大大提高了散热效率。由于封装透明体4(硅胶)即充当了封装材料又起到了配光透镜的作用，相当于减少了一次光损。而且采用如图4所示的网状印刷电路板更能提高LED的稳定性，在某个发光二极管出现损坏时，对整体光源的影响更小。
实施例3和实施例4采用的新的仅设置一个齐纳二级管的电路连接方式，大大节约了成本。
下面再来叙述加工以上任一实施例中的新型的多芯片LED封装结构的加工方法，包括以下步骤：
步骤1：先利用铝基板和铜基板的普通生产工艺，在铜基板或者铝基板上生成印刷电路板，同时生成起保护作用的二极管电路部分；
步骤2，利用普通的加工中心，完成基板的成形加工，包括了LED芯片的容留容留凹槽3的成形，提高了芯片侧面出光率；再将基板1的绝缘层去除，降低芯片到散热系统热阻，密封系统的加工成形；
步骤3，对基板1的正面进行氧化处理，以保持反射界面的反射长效性；
步骤4，在已经完成步骤3的基板1上进行多个LED芯片的焊接，打线和点粉；
步骤5，采用半导体自动molding技术，利用精密半导体模具在每个LED芯片上灌注封装透明体4(例如硅胶)，即起到保护作用，又起到透镜作用。而且所述的硅胶采用60吨的压力压铸成形使之与基板1的框架的结合紧密。

Claims (9)

1.一种多芯片LED封装结构，包括用于封装LED的基板(1)，其特征在于：所述的基板(1)的绝缘层被打磨掉，同时基板(1)上设置有多个用于容留LED芯片(2)的容留凹槽(3)，一个容留凹槽(3)里安装一个LED芯片(2)，在基板(1)表面设有印刷电路板，该电路板的结构是网状印刷电路，所述的网状电路是指电路中各节点通过线路互联连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连的电路，每个LED芯片(2)安装在网状印刷电路板的每个节点上；印刷电路板还包括起保护作用的二极管电路部分，每个LED芯片(2)的接线端分别与对应的印刷电路板导接形成回路，每个LED芯片(2)上还有一封装透明体(4)。
2.如权利要求1所述的多芯片LED封装结构，其特征在于：所述的封装透明体(4)为既起到保护作用又起到透镜作用的一次成形的硅胶。
3.如权利要求1所述的多芯片LED封装结构，其特征在于：所述的保护二极管电路部分是在每个LED芯片(2)线路上并联一个齐纳二极管。
4.如权利要求1所述的多芯片LED封装结构，其特征在于：所述的保护二极管电路部分是在整个网状印刷电路上并联一个齐纳二极管。
5.如权利要求1-4中任一所述的多芯片LED封装结构，其特征在于：容留凹槽(3)的横截面形状为倒梯形，每个LED芯片(2)安装在容留凹槽(3)的底部。
6.如权利要求5所述的多芯片LED封装结构，其特征在于：所述的基板(1)为铜基板或铝基板。
7.一种加工如权利要求1-6中任一所述的多芯片LED封装结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，先利用铝基板和铜基板的普通生产工艺，在铜基板或者铝基板上生成印刷电路板，同时生成保护作用的二极管电路部分；
步骤2，利用普通的加工中心，完成基板的成形加工，包括了LED芯片的容留凹槽(3)的成形，提高了芯片侧面出光率；再将基板(1)的绝缘层去除，降低芯片到散热系统热阻，密封系统的加工成形；
步骤3，对基板(1)的正面进行氧化处理，以保持反射界面的反射长效性；
步骤4，在已经完成步骤3的基板(1)上进行多个LED芯片的焊接，打线和点粉；
步骤5，采用半导体自动molding技术，利用精密半导体模具在每个LED芯片上灌注封装透明体(4)，既起到保护作用，又起到透镜作用。
8.如权利要求7所述的多芯片LED封装结构的加工方法，其特征在于：所述的封装透明体(4)为硅胶。
9.如权利要求8所述的多芯片LED封装结构的加工方法，其特征在于：所述的硅胶采用60吨的压力压铸成形使之与基板(1)的框架的结合紧密。
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