CN101924175A - 一种发光二极管封装装置及封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电子封装领域，公开了一种发光二极管封装装置及封装方法。所述封装结构包括在所述金属基板正面设置的LED发光芯片，在所述金属基板上设置的贯穿所述金属基板正面和背面的小孔；及在所述金属基板的背面及小孔周围设置的第一绝缘层。由于采用将LED发光芯片直接安装在金属基板上，热量可以得到迅速传递，散热性能好；利用小孔做电极，小孔间彼此形成独立导电通道，绝缘性能可靠，既可用于单芯片封装，也可用于多芯片封装；微弧氧化或硬质氧化法形成的陶瓷薄膜为原位生长膜层，连接强度高，热膨胀系数与基板接近，热匹配性能好。

Description

一种发光二极管封装装置及封装方法

技术领域

本发明涉及光电子封装领域，尤其涉及的是一种发光二极管封装装置及封装方法。

背景技术

目前的发光二级管的管壳结构主要是将贴片式发光二极管芯片安装在绝缘基板上，然后将电极安装在绝缘基板上的电路上，这种方式由于与芯片直接接触的绝缘基板的导热性能很差，成为散热的瓶颈，特别是对于LED，热量无法快速传导，堆积在LED芯片中，造成性能和寿命下降。

如图1所示的LED是现在的主流封装模式，包括环氧树脂层11，贴片式LED发光芯片12，金属支架13。其中贴片式LED发光芯片两电极分别接在两个金属支架上，存在主要问题有：1.环氧树脂层导热性能极差，完全包覆式的结构造成大量的热在LED中堆积；2.根据热阻计算公式，R＝h/λ*S(S是通热面积，h是热流通过的距离，λ是导热率)，金属支架的通热面具过小而长度过大，难以起到好的散热效果。

如图2所示，是一种用于LED的封装模式，包括导热基板21和陶瓷绝缘层(一般为氧化铝或氮化铝)25，贴片式LED发光芯片22，金属电极23和透镜24，主要通过绝缘导热基板进行散热，存在主要问题有：氧化铝基板导热率都不高，对于发热量大的LED来说，热量容易积聚在LED下方的陶瓷绝缘层25中；且使用氮化铝成本过高。

而图3结构与图2类似，区别在于LED芯片02直接安装在电极03上，电极03的金属材料有助于导热，存在问题：电极层厚度薄，导热能力有限。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种发光二极管封装装置及封装方法，解决贴片式发光二极管散热问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种发光二极管封装装置，包括一金属基板，其中，还包括在所述金属基板正面设置的LED发光芯片，在所述金属基板上设置的贯穿所述金属基板正面和背面的小孔；及在所述金属基板的背面及小孔周围设置的第一绝缘层；并在所述小孔内设置有与所述小孔形状匹配的导电柱，所述导电柱的顶端制作有上电极层、在其下端制作下电极层；所述LED发光芯片的电极与所述上电极层连接；

其还包括在所述LED发光芯片顶部设置有用于封装所述LED发光芯片的透镜。

所述的发光二极管封装装置，其中，所述绝缘层为通过将所述金属基板的背面及小孔周围采用微弧氧化或硬质氧化方法生成的氧化铝薄膜。

所述的发光二极管封装装置，其中，所述上电极层是通过采用激光选择熔融法在所述导电柱的顶端生成的；

所述下电极层是通过采用激光选择熔融法或厚膜方法贴合所述导电柱的下端生成的。

所述的发光二极管封装装置，其中，在所述金属基板正面设置有一层镀银导热层，所述LED发光芯片贴合设置在所述镀银导热层上。

所述的发光二极管封装装置，其中，所述绝缘层包括设置在所述金属基板背面和所述小孔侧壁的氧化铝薄膜绝缘层，以及采用激光选择熔融法在金属基板正面的小孔周围制作玻璃陶瓷绝缘层。

一种发光二极管封装方法，其中，包括以下步骤：

A、在金属基板上打出需要的小孔；

B、对所述金属基板的背面及小孔周围进行绝缘处理，形成一绝缘层；

C、在经过绝缘处理的小孔灌满导电浆料，形成导电柱；并在所述导电柱的顶端制作上电极层、在其下端制作下电极层；

D、在所述金属基板正面贴合设置LED发光芯片，并将其电极与所述上电极层连接，以及制作透镜，封装所述LED发光芯片。

所述发光二极管封装方法，其中，所述步骤B具体包括以下步骤：

B11、在所述金属基板正面制作掩膜，露出小孔、小孔顶端附近区域及金属基板背面；

B12、将制作好掩膜的金属基板放入氧化槽，进行微弧氧化或硬质氧化，使所述金属基板背面、及所述小孔和小孔顶端附近区域生成一氧化铝薄膜为所述绝缘层；

B13、将完成微弧氧化或硬质氧化，生成氧化铝薄膜的金属基板取出，并去除掩膜。

所述发光二极管封装方法，其中，所述步骤C还包括步骤：

C11、在所述导电柱的顶端采用激光选择熔融法制作所述上电极层；

C12、在所述导电柱的下端采用激光选择熔融法或厚膜方法制作所述下电极层。

所述发光二极管封装方法，其中，所述步骤B具体包括以下步骤：

B21、在金属基板正面制作掩膜，将正面完全遮掩；

B22、将制作好掩膜的金属基板放入氧化槽，进行微弧氧化或硬质氧化，使所述金属基板背面、及所述小孔侧壁生成一氧化铝薄膜绝缘层；

B23、将完成微弧氧化或硬质氧化，生成氧化铝薄膜的金属基板取出，并去除掩膜；

B24、采用激光选择熔融法在金属基板正面的小孔周围制作玻璃陶瓷绝缘层，并与所述氧化铝薄膜间紧密接合，形成所述绝缘层。

所述发光二极管封装方法，其中，所述步骤A之前还包括步骤：

a、对所述金属基板，进行清洁去油处理，并在其正面镀上一层镀银导热层。

采用本发明所提供的发光二极管封装装置及封装方法，具有如下有益技术效果：将LED发光芯片直接安装在金属基板上，热量可以得到迅速传递，散热性能好；利用小孔做电极，小孔间彼此形成独立导电通道，绝缘性能可靠，既可用于单芯片封装，也可用于多芯片封装；微弧氧化或硬质氧化法形成的陶瓷薄膜为原位生长膜层，连接强度高，热膨胀系数与基板接近，热匹配性能好。

附图说明

图1是现有技术LED的主流封装模式结构示意图；

图2是现有技术中一种用于LED的封装模式结构示意图；

图3是现有技术中另一种用于LED的封装模式结构示意图；

图4是本发明实施例1提供的发光二极管封装装置示意图；

图5是本发明实施例2提供的发光二极管封装装置示意图；

图6是本发明实施例3提供的发光二极管封装装置示意图。

具体实施方式

本发明的发光二极管封装装置及封装方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例1提供的一种发光二极管封装装置，如图4所示，包括一金属基板110，其还包括在所述金属基板110正面贴合设置的LED发光芯片140，在所述金属基板110上设置的贯穿所述金属基板110正面和背面的小孔101；其中，所述金属基板110的材料可以是铝，镁或其合金，出于成本与导热性综合考虑，选用铝为最佳方案。而所述小孔101的个数根据安装的LED发光芯片而定，当采用一个LED发光芯片时，设置两个小孔101。当安装多个LED发光芯片时，可以灵活设置所述小孔101的个数，所述小孔主要用于给所述LED发光芯片电极引出封装。所述小孔101可为任意形状，如方形，圆形，长槽形等。

并在所述金属基板110的背面及小孔101周围设置有绝缘层120；以及在所述小孔101内设置有与所述小孔101形状匹配的导电柱130，所述导电柱可以为银导电柱，便于给所述LED发光芯片电极导电。

如图4所示，所述导电柱130的顶端制作有上电极层170、在其下端制作有下电极层160；所述LED发光芯片140的电极与所述上电极层170连接。

其还包括在所述LED发光芯片140顶部设置的用于封装所述LED发光芯片140的透镜150。

其中，本实施例1所述的第一绝缘层120，通过将所述金属基板110的背面及小孔周围采用微弧氧化或硬质氧化方法生成的氧化铝薄膜。以下将通过具体的应用实施例，对本发明实施1所述发光二极管封装方法做进一步详细说明：如图4所示，

第一步、选取一金属基板110，进行清洁去油处理，并打出需要的小孔101。

第二步、在金属基板110正面制作掩膜，露出小孔101及小孔附近区域。

第三步、将制作好掩膜的金属基板放入氧化槽，进行微弧氧化或硬质氧化，生成约30微米以上的氧化铝薄膜，即为实施1所述的第一绝缘层120。

第四步、将完成微弧氧化或硬质氧化，生成氧化铝薄膜的金属基板取出，去除掩膜。

第五步、在小孔101中灌入导电银浆，形成所述导电柱130。

第六步、采用激光选择熔融法或厚膜方法，在导电基板背面的所述导电柱130下端制作下电极层160，并注意下电极层和小孔中导电银浆导通。

第七步、在金属基板110正面绝缘层120上，与所述导电柱130顶端连接采用激光选择熔融法制作上电极层170，注意上电极层170和小孔101中导电银浆导通。

第八步、安装所述LED发光芯片140，将所述LED发光芯片140焊接在金属基板正面，两个电极分别连接正面的两个上电极层170。

第九步、制作透镜，封装所述LED发光芯片。

由上可见，本发明的发光二极管封装装置，由于采用将LED发光芯片直接安装在金属基板上，热量可以得到迅速传递，散热性能好；利用小孔做电极，小孔间彼此形成独立导电通道，绝缘性能可靠，既可用于单芯片封装，也可用于多芯片封装；微弧氧化或硬质氧化法形成的陶瓷薄膜为原位生长膜层，连接强度高，热膨胀系数与基板接近，热匹配性能好。

本发明实施例2提供的发光二极管封装装置，如图5所示，其与实施例1的发光二极管封装装置基本相同，区别在于，所述绝缘层包括设置在所述金属基板110背面和所述小孔101侧壁的氧化铝薄膜绝缘层121，以及采用激光选择熔融法在金属基板110正面的小孔周围制作的玻璃陶瓷绝缘层122。采用激光熔融方法可以获得很高的图形精度，有利于产品的微型化和精准化。

所述玻璃陶瓷绝缘层的材料主要由玻璃相、陶瓷粉末与有机载体混合而成，且所述陶瓷粉末占10～70％、所述玻璃相占20～80％、其余为所述有机载体。所述陶瓷粉末为三氧化二铝、氮化铝、氧化锆、碳化硅和/或金刚石；所述玻璃相包括MgO-BaO-Al₂O₃-SiO₂体系玻璃，及含B₂O₃、TiO₂、CaF₂、和/或ZrO₂的添加剂；所述有机载体至少包括松油醇和/或柠檬酸三丁酯，以及，含乙基纤维素、司班-85、1-4丁内酯和/或氢化蓖麻油的添加剂。

较佳地，所述实施例2的发光二极管封装装置，其封装时采用如下方法制作而成，如图5所示。

1)、选取一金属基板110，进行清洁去油处理，并在合适的位置打出需要的小孔101。

2)、在金属基板正面制作掩膜，将正面完全遮掩。

3)、将制作好掩膜的金属基板放入氧化槽，进行微弧氧化或硬质氧化，生成约30微米以上的氧化铝薄膜121。

4)、将完成微弧氧化或硬质氧化，生成氧化铝薄膜的金属基板取出，去除掩膜。

5)、采用激光选择熔融法在金属基板110正面的小孔101周围制作玻璃陶瓷绝缘层122，注意要与氧化铝薄膜121间紧密接合，保证不会出现孔隙造成上电极层170或导电柱130与金属基板110短路。

6)、在小孔101中灌入导电银浆，形成所述导电柱130。

7)、采用激光选择熔融法或厚膜方法，在金属基板110背面的小孔101下端制作下电极层160，注意下电极层160和小孔101中导电柱130的导通。

8)、采用激光选择熔融法，在金属基板110正面的玻璃陶瓷绝缘层122上制作上电极层170，注意电极层和小孔中导电银浆导通。

9)、安装LED发光芯片140，将LED发光芯片焊接在金属基板正面，两个电极分别连接正面的两个上电极层170。

10)、制作透镜，封装所述LED发光芯片。

本发明实施例3提供的发光二极管封装装置，如图6所示，其与实施例2的发光二极管封装装置基本相同，区别在于，在所述金属基板110正面设置有一层镀银导热层190，所述LED发光芯片140贴合设置在所述镀银导热层190上。

较佳地，所述实施例3的发光二极管封装装置，其封装时采用如下方法制作而成，如图6所示，图中122为玻璃陶瓷绝缘层，采用激光选择熔融法制作。190为镀银导热层。实施3的封装方法包括以下步骤：

1、选取一金属基板110，进行清洁去油处理，在其正面镀上10微米的镀银导热层。

2、将镀银后的金属基板110打出需要的小孔，并进行清洁处理。

3、在金属基板110正面制作掩膜，将正面完全遮掩。

4、将制作好掩膜的金属基板放入氧化槽，进行微弧氧化或硬质氧化，生成30微米以上的氧化铝薄膜绝缘层121。

5、将完成微弧氧化或硬质氧化，生成氧化铝薄膜绝缘层121的金属基板取出，去除掩膜。

6、采用激光选择熔融法在金属基板110正面的小孔周围制作玻璃陶瓷绝缘层122，注意要与氧化铝薄膜绝缘层121间紧密接合，保证不会出现孔隙造成电极层或导电柱与金属基板110短路。

7、在小孔101中灌入导电银浆，形成所述导电柱。

8、采用激光选择熔融法或厚膜方法，在金属基板110背面的小孔101周围制作下电极层160，注意下电极层和小孔101中导电柱的导通。

9、采用激光选择熔融法，在金属基板110正面的玻璃陶瓷绝缘层122上对应所述小孔101的顶端制作上电极层170，并注意上电极层170和小孔中导电柱130的导通。

10、安装所述LED发光芯片140，将所述LED发光芯片140焊接在金属基板110正面，两个电极分别连接正面的两个上电极层170。

11、制作透镜，封装所述LED发光芯片140。

综上所述，采用本发明所提供的发光二极管封装装置及封装方法，具有如下有益技术效果：(1)、所述LED发光芯片直接安装在金属基板上，热量可以得到迅速传递，散热性能好，避开了陶瓷材料在导热性能上的瓶颈。(2)、利用小孔做电极，小孔中的导电银浆通过氧化铝薄膜与金属基板绝缘，性能可靠且制作简单。(3)、小孔间彼此形成独立导电通道，绝缘性能可靠，既可用于单芯片封装，也可用于多芯片封装。(4)、微弧氧化或硬质氧化法形成的陶瓷薄膜为原位生长膜层，连接强度高，膜层厚度均匀，便于在小孔处成膜。(5)、陶瓷薄膜离LED发热区较远，避免了由于高温带来的热失配造成膜层龟裂脱落情况。(6)、工艺简单，微弧氧化或硬质氧化法均为成熟工艺，便于整板制作。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装装置，包括一金属基板，其特征在于，还包括在所述金属基板正面设置的LED发光芯片，在所述金属基板上设置的贯穿所述金属基板正面和背面的小孔；及在所述金属基板的背面及小孔周围设置的第一绝缘层；并在所述小孔内设置有与所述小孔形状匹配的导电柱，所述导电柱的顶端制作有上电极层、在其下端制作下电极层；所述LED发光芯片的电极与所述上电极层连接；

其还包括在所述LED发光芯片顶部设置的用于封装所述LED发光芯片的透镜。

2.根据权利要求1所述的发光二极管封装装置，其特征在于，所述绝缘层为通过将所述金属基板的背面及小孔周围采用微弧氧化或硬质氧化方法生成的氧化铝薄膜。

3.根据权利要求2所述的发光二极管封装装置，其特征在于，所述上电极层是通过采用激光选择熔融法在所述导电柱的顶端生成的；

所述下电极层是通过采用激光选择熔融法或厚膜方法贴合所述导电柱的下端生成的。

4.根据权利要求1所述的发光二极管封装装置，其特征在于，在所述金属基板正面设置有一层镀银导热层，所述LED发光芯片贴合设置在所述镀银导热层上。

5.根据权利要求4所述的发光二极管封装装置，其特征在于，所述绝缘层包括设置在所述金属基板背面和所述小孔侧壁的氧化铝薄膜绝缘层，以及采用激光选择熔融法在金属基板正面的小孔周围制作的玻璃陶瓷绝缘层。

6.一种发光二极管封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、在金属基板上打出需要的小孔；

B、对所述金属基板的背面及小孔周围进行绝缘处理，形成一绝缘层；

C、在经过绝缘处理的小孔灌满导电浆料，形成导电柱；并在所述导电柱的顶端制作上电极层、在其下端制作下电极层；

D、在所述金属基板正面贴合设置LED发光芯片，并将其电极与所述上电极层连接，以及制作透镜，封装所述LED发光芯片。

7.根据权利要求6所述发光二极管封装方法，其特征在于，所述步骤B具体包括以下步骤：

B11、在所述金属基板正面制作掩膜，露出小孔、小孔顶端附近区域及金属基板背面；

B12、将制作好掩膜的金属基板放入氧化槽，进行微弧氧化或硬质氧化，使所述金属基板背面、及所述小孔和小孔顶端附近区域生成一氧化铝薄膜为所述绝缘层；

B13、将完成微弧氧化或硬质氧化，生成氧化铝薄膜的金属基板取出，并去除掩膜。

8.根据权利要求7所述发光二极管封装方法，其特征在于，所述步骤C还包括步骤：

C11、在所述导电柱的顶端采用激光选择熔融法制作所述上电极层；

C12、在所述导电柱的下端采用激光选择熔融法或厚膜方法制作所述下电极层。

9.根据权利要求6所述发光二极管封装方法，其特征在于，所述步骤B具体包括以下步骤：

B21、在金属基板正面制作掩膜，将正面完全遮掩；

B22、将制作好掩膜的金属基板放入氧化槽，进行微弧氧化或硬质氧化，使所述金属基板背面、及所述小孔侧壁生成一氧化铝薄膜绝缘层；

B23、将完成微弧氧化或硬质氧化，生成氧化铝薄膜的金属基板取出，并去除掩膜；

B24、采用激光选择熔融法在金属基板正面的小孔周围制作玻璃陶瓷绝缘层，并与所述氧化铝薄膜间紧密接合，形成所述绝缘层。

10.根据权利要求9所述发光二极管封装方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括步骤：

a、对所述金属基板，进行清洁去油处理，并在其正面镀上一层镀银导热层。

Images