CN101980387A - Led模组及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种LED模组,包括散热器、线路板、LED芯片、内引线、填充胶体和透镜模组,所述LED芯片固定在覆有底胶的线路板上,所述内引线将LED芯片与相应线路板焊盘桥接,所述填充胶体灌封LED芯片和内引线,所述线路板与散热器以面接触的形式紧密贴合,所述透镜模组盖扣在LED芯片、线路板以及散热器之上。LED芯片直接固化在线路板上,省略了传统的LED封装过程,省略了包含有热沉的支架,使LED芯片的热量不经过热沉这一中间层,直接扩散到高导热率的线路板及散热器,提高了散热效果。透镜模组与LED芯片之间,仅有填充胶体,光线经过介质少,透过率高,并且填充胶体与透镜模组的折射率匹配,反射损失少,提高了LED模组的出光率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体应用和封装领域,更加具体地说是涉及一种LED(发光二极管)模组及其制造工艺。
背景技术
随着LED芯片技术与封装技术的发展,越来越多的LED产品应用于照明领域,尤其是大功率白光LED。由于LED具有高光效、长寿命、节能环保、合适调光控制、不含汞等污染物质的特点,成为继白炽灯、荧光灯等传统光源之后的新一代照明光源。
LED是一种电致发光半导体器件,其中约有百分之三十的电能转换为光,剩余电能则转换为热量,而热量积累造成的LED温度上升,是引起LED光衰的主要原因。因而,LED芯片散热是LED封装所致力于解决的关键问题,国内外生产厂家相继提出了各种封装方式。
传统的封装的理念都是把LED芯片封装到颗粒的支架上,而大量的封装相关的科研工作都围绕支架展开,包括支架的热性能、反光性能、材料的稳定性都成为研究的重点而投入巨大的人力物力。
目前,LED芯片固定于支架的热沉上,形成LED颗粒,LED颗粒置于金属基线路板上,金属基板置于散热器上。热量通过热沉、铝基板等散热通道后经散热器扩散出去。
也就是说,采用如图1所示的结构进行LED封装与组装。其为:将LED芯片与热沉等封装成LED颗粒303,LED颗粒303焊接到线路板302,如铝基板,线路板302通过螺钉或者硅脂等方式固定在散热器301。其导热通道为:热量从LED芯片,通过封装内部热沉、线路板302、以及散热器301,最终传导到空气。上述LED模组存在以下缺陷:由于LED芯片散热需要经过的导热通道的中间介层多,而且LED热沉与线路板302、线路板302与散热器301之间的介质为空气或者硅脂,中间介层导热率较低,因此散热性能不佳。
对于一般的LED应用灯具,光从芯片发出后一般要经过:荧光粉→封装 透镜→空气→配光透镜→透光罩,光线经过的介质多,每个界面都会发生反射损失,因此总的光学透过率低。因而,存在散热性能不佳、光学透过率低、生产工序复杂、成本高等缺点。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种LED模组,以解决现有技术中,存在散热性能低、光学透过率低或成本高的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种LED模组制造工艺,以解决现有技术中,存在散热性能低、出光效率低以及成本高的问题。
一种LED模组,其特征在于,包括散热器、线路板、LED芯片、内引线、填充胶体和透镜模组,所述LED芯片载覆在点有底胶的线路板,所述内引线将LED芯片与相应线路板焊盘桥接,所述填充胶体灌封LED芯片和内引线,所述线路板与散热器以面接触的形式紧密贴合,所述透镜模组盖扣在LED芯片、线路板以及散热器之上。
本实例还包括单向齐纳二极管,所述每个齐纳二极管以并联方式与LED芯片电气连接。
较佳地,本实例还可以包括齐纳二极管,所述每个齐纳二极管为双向齐纳二极管,所述双向齐纳二极管以并联方式与LED芯片电气连接。
较佳地,齐纳二极管在LED芯片或者其引线发生开路故障时,开始工作,电流从它经过,并保持原来的电流值。
线路板采用金属基板或其它高导热率基板。
光学透镜模组,加盖LED芯片之上,实现配光作用。光学透镜模组含有注胶孔和排气孔。
LED芯片正负极通过内引线分别与线路板焊盘连接,或者LED芯片某电极与线路板焊接层焊接、另一电极通过内引线连接,或者LED芯片正负极与线路板焊盘直接焊接。
为此,本发明还提供一种LED模组的制造工艺,由以下步骤所组成:
(1)将LED芯片和齐纳二极管或者LED芯片载覆在点有底胶的线路板上, 并烘烤固定;
(2)将LED芯片正负极通过内引线焊接到线路板上;
(3)将荧光粉和胶水混合好后,点在LED芯片上方;
(4)将以上步骤的LED线路板紧固在散热器上;
(5)密封后再加盖透镜模组,通过透镜模组的注胶口灌入填充胶体,并注满整个透镜模组内腔,固化成型,并密封透镜模组的注胶口和排气口。
(6)在密封圈外再增加一个密封层,防止水气进入。
另外也可采用以下工艺来制造LED模组:
(1)将LED芯片和齐纳二极管或者LED芯片载覆在点有底胶的线路板上,并烘烤固定;
(2)将LED芯片正负极通过内引线焊接到线路板上;
(3)将荧光粉和胶水混合好后,点在LED芯片上方;
(4)将LED线路板紧固在散热器上;
(5)将以上步骤的LED线路板和散热器倒扣在填充有填充胶体的透镜模组上,并且用紧固件将透镜模组、线路板、散热器、密封圈固紧成一个整体;
(6)在密封圈外再增加一个密封层,防止水气进入。
或者采用如下工艺:
与现有技术相比,本发明的LED模组具有以下优点:
首先,传统的封装的理念都是把LED芯片封装到颗粒的支架上,而大量的封装相关的科研工作都围绕支架展开,包括支架的热性能、反光性能、材料的稳定性都成为研究的重点而投入巨大的人力物力而本发明跳出了该思维模式的定势,彻底抛弃了LED颗粒的支架,LED芯片直接封装在线路板上,省略了包含有热沉的支架,使LED芯片的热量不经过热沉这一中间层,直接扩散到高导热率的线路板及散热器,散热效果好。
其次,透镜模组与LED芯片之间,仅有填充胶体,而填充胶体折射率在1.4和1.6之间,光线经过介质少,透过率高,并且填充胶体与透镜模组的折射率匹配,反射损失少,提高了LED模组的出光效率。
再则,通过透镜模组的注胶口灌入填充胶体,并注满整个透镜模组内腔,固化成型,或者是直接是先灌入填充胶体,再倒扣紧固,均无脱模过程,不损伤内引线。
另外,LED模组包含部件少,生产工序简单,成本低廉。
附图说明
图1为现有的LED器件的封装示例图;
图2为本发明LED模组实施例示意图;
图3为单向齐纳二极管示意图;
图4为双向齐纳二极管示意图。
具体实施方式
本申请的核心在于:现有的LED模组,往往将LED芯片固定于支架的热沉上,封装成LED颗粒,LED颗粒焊接在不同的线路板,再安装到散热器上,形成不同的产品,以适应更多更广的应用场合,并成为行业技术偏见,而这种LED模组的结构方式存在散热性能欠佳、光学透过率低、部件复杂等缺点。本申请人在LED照明专有领域及应用场合,克服了现有的技术偏见,提出了一种新的LED模组结构,将LED芯片直接载覆在线路板上,并且采用透镜模组一次配光,达到了更好的散热效果和更高的出光效率,并且解决了LED芯片载覆在线路板上的封装问题。
如图2所示,一种LED模组包括:LED芯片402,齐纳二极管芯片403,内引线401,填充胶体406,线路板405,散热器404,密封圈407,透镜模组408。
散热器404,和线路板405可以通过螺钉等固定连接在一起。并且,为了比较好的散热效果,线路板405可以采用高导热率的材质,如金属材质或陶瓷等。线路板405与LED芯片402贴装位置还可以为平面、方形凹槽、矩形凹槽、圆形凹槽等。并且为了固定LED芯片,线路板405可以通过点有银胶、金锡,或者绝缘导热胶,或者焊接材料连接LED芯片402。并且,可以在线路板405固定LED芯片402的位置,加工成放射碗形状,同时可以在固定芯片后,注入荧光粉,也可以在底胶中混入荧光粉。
散热器404的一般为铝等具有良好导热率的金属材质,在结构上可以为鳍片,或者柱状,或者其他有利于将热量导到空气的结构形式。
在本发明的实施例中,还可以包括齐纳二极管,其与LED芯片并联方式连接。或者采用双向齐纳二极管,则作为防静电作用(如图4);或者采用单项齐纳二极管(如图3所示),则起LED断路保护作用,当时LED断路时,电流经齐纳二极管流过,而不影响其他LED芯片正常工作。
所述透镜模组408,通过密封圈407,加盖在散热器404上,达到密封效果,避免LED芯片402受污染。所述透镜模组408前后侧或者左右侧含有注胶孔和排气孔,其作用为在加盖透镜模组408后,在LED芯片402周围形成腔体,通过注胶孔和排气孔向腔体注入填充胶体406。
所述透镜模组408其另一作用为光学配光,其形状为圆形、方形、椭圆形、或者以光学配光要求设计的各种形状。
从上可知,LED芯片可以直接封装在线路板上,LED芯片的热量直接传导到线路板和散热器,没有经过LED封装热沉,以及LED热沉与线路板的空气介质,大大提升了散热效果。
此外,LED芯片发出的光,经填充胶体和透镜模组直接透射出来,没有二次透镜或者透光罩,因而出光效率高。
第一种制作工艺
一种LED模组的制作工艺,由以下步骤组成:
(1)将LED芯片和齐纳二极管或者LED芯片载覆在点有底胶的线路板上,并烘烤固定。
当本发明中包含有齐纳二极管时,则将LED芯片和对应的齐纳二极管都一并放置在线路板上。
步骤(1)的特征在于将芯片直接固定在线路板上,而不是其他热沉支架。
该步骤可以采用银胶工艺、共晶工艺、覆晶工艺或其它工艺,只需要能够将LED芯片402和齐纳二极管芯片403固定在基板上的工艺。
共晶工艺是指在LED芯片上镀金、锡、金锡合金,在基板焊接层上镀金或者银,加热基板到共晶温度,使得金、银元素渗透到金锡合金中,形成合 金层固化,从而将LED芯片焊接在基板上。
覆晶工艺是将LED芯片倒装在基板上,使用用超声波使LED芯片固定在基板上。
齐纳二极管403,或者是单向齐纳二极管502,如图3所示,其作用是断路保护,当与其并联的LED断路时,整个模组其他LED正常工作,不受断路LED影响;或者是双向齐纳二极管601,如图4所示,其作用是仿静电。
(2)将LED芯片正负极通过内引线焊接到线路板上。所述内引线一般为金线,单个电极可以焊接一根,或者两根,或者更多。对于垂直结构的芯片,一个电极可以直接和线路板上的正极或者负极线路焊接导通,另外一极由内引线导出。
(3)将荧光粉和胶水混合好后,点在LED芯片上方,使得LED芯片发出的光激发荧光粉,混合成所需色温和颜色的光。
(4)将以上步骤的LED线路板通过螺钉的方式紧固在散热器上;
(5)放置密封圈加盖透镜模组或直接用胶体等密封后加盖透镜模组,通过透镜模组的注胶口灌入填充胶体,并注满整个透镜模组内腔,固化成型。
较佳地,还可以用密封胶体密封透镜模组的注胶口和排气口。
(6)在密封圈外部再增加一个密封胶层.
需要说明的是,所述透镜模组,其作用是光学配光,将LED芯片发出的光发散或者汇聚在合适的角度范围。
所述透镜模组,其另一作用为与密封圈共同作用,在散热器与透镜之间形成密封腔,使得LED芯片处于密封状体,防水防尘,提高LED模组的可靠性。
所述的填充胶体,其作用为填充透镜模组的腔体,另一作用是折射率匹配,减少介质表面的反射,提高出光效果。填充胶体的折射较佳的,介于1.4与1.6之间。
第二种制作工艺:
本发明的第二种实施的制作工艺,由以下步骤组成:
(1)将LED芯片和齐纳二极管或者LED芯片载覆在点有底胶的线路板上,并烘烤固定。
当本发明中包含有齐纳二极管时,则将LED芯片和对应的齐纳二极管都一并放置在线路板上。
步骤(1)的特征在于将芯片直接固定在线路板上,而不是其他热沉支架。
该步骤可以采用银胶工艺、共晶工艺、覆晶工艺或其它工艺,只需要能够将LED芯片402和齐纳二极管芯片403固定在基板上的工艺。
齐纳二极管403,或者是单向齐纳二极管502,如图3所示,其作用是断路保护,当与其并联的LED断路时,整个模组其他LED正常工作,不受断路LED影响;或者是双向齐纳二极管601,如图4所示,其作用是仿静电。
(2)将LED芯片正负极通过内引线焊接到线路板上。所述内引线一般为金线,单个电极可以焊接一根,或者两根,或者更多。对于垂直结构的芯片,一个电极可以直接和线路板上的正极或者负极线路焊接导通,另外一极由内引线导出。
(3)将荧光粉和胶水混合好后,点在LED芯片上方。使得LED芯片发出的光激发荧光粉,混合成所需色温和颜色的光。
(4)将以上步骤的LED线路板倒扣在填充有灌封胶体的透镜模组。
(5)将以上步骤的部件加密封圈或密封胶体后安装到散热器。
需要说明的是,所述透镜模组,其作用是光学配光,将LED芯片发出的光发散或者汇聚在合适的角度范围。
(6)再增加一个密封层,以防止水气进入。
所述透镜模组,其另一作用为与密封圈共同作用,在散热器与透镜之间形成密封腔,使得LED芯片处于密封状体,防水防尘,提高LED模组的可靠性。
所述的填充胶体,其作用为填充透镜模组的腔体,另一作用是折射率匹配,减少介质表面的反射,提高出光效果。填充胶体的折射较佳的,介于1.4与1.6之间。
第三种工艺
一种LED模组的制造工艺,由以下步骤所组成:
(1)将LED芯片和齐纳二极管或者LED芯片载覆在点有底胶的线路板上,并烘烤固定;
(2)将LED芯片正负极通过内引线焊接到线路板上;对于垂直结构的芯片,一个电极可以直接和线路板上的正极或者负极线路焊接导通,另外一极由内引线导出。
(3)将荧光粉和胶水混合好后,点在LED芯片上方;
(4)将以上步骤的LED线路板倒扣到灌有填充胶体的成型模具,待填充胶体固化,脱模一次成型。
(5)将以上步骤的LED线路板紧固在散热器上;
(6)放置密封圈或密封胶体,加盖透镜模组,并通过螺钉等将透镜组与散热器固定、密封。
以上公开的仅为本发明的具体实施例,但本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化,都应落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种LED模组,其特征在于,包括散热器、线路板、LED芯片、内引线、填充胶体和透镜模组,所述LED芯片固定在覆有底胶的线路板上,所述内引线将LED芯片与相应线路板焊盘桥接,所述填充胶体填充线路板和透镜组之间的空间,把LED芯片和内引线密闭在填充胶体内部,所述线路板与散热器以面接触的形式紧密贴合,所述透镜模组盖扣在LED芯片、线路板以及散热器之上。
2.如权利要求1所述的LED模组,其特征在于,透镜模组两侧包含注胶孔和排气孔。
3.如权利要求1所述的LED模组,其特征在于,填充胶体折射率在1.4和1.6之间。
4.如权利要求1所述的LED模组,其特征在于,还包括单向齐纳二极管,所述每个齐纳二极管以并联方式与LED芯片电气连接。
5.如权利要求1所述的LED模组,其特征在于,还包括双向齐纳二极管,所述双向齐纳二极管以并联方式与LED芯片电气连接。
6.如权利要求4或5所述的LED模组,其特征在于,LED芯片或其引线处于开路故障状态,所述齐纳二极管位于工作状,并保持流经其的电流值不变。
7.如权利要求1所述的LED模组,其特征在于,线路板的LED芯片承载处设置为平面或凹槽或下陷的碗状。
8.一种LED模组的制造工艺,其特征在于,由以下步骤所组成:
(1)将LED芯片和齐纳二极管或者LED芯片载覆在点有底胶的线路板上,并烘烤固定;
(2)将LED芯片正负极通过内引线焊接到线路板上;
(3)将荧光粉和胶水混合好后,点在LED芯片上方;
(4)将以上步骤的LED线路板紧固在散热器上;
(5)密封后再加盖透镜模组,通过透镜模组的注胶口灌入填充胶体,并注 满整个透镜模组内腔,固化成型,并密封透镜模组的注胶口和排气口;
(6)增设一用以防止水气进入的密封层。
9.一种LED模组的制造工艺,其特征在于,由以下步骤所组成:
(1)将LED芯片和齐纳二极管或者LED芯片载覆在点有底胶的线路板上,并烘烤固定;
(2)将LED芯片正负极通过内引线焊接到线路板上;
(3)将荧光粉和胶水混合好后,点在LED芯片上方;
(4)将LED线路板紧固在散热器上;
(5)将以上步骤的LED线路板和散热器倒扣在填充有填充胶体的透镜模组上,并且用紧固件将透镜模组、线路板、散热器、密封圈固紧成一个整体;
(6)再增加一个密封层,以防止水气进入。
10.一种LED模组的制造工艺,其特征在于,由以下步骤所组成:
(1)将LED芯片和齐纳二极管或者LED芯片载覆在点有底胶的线路板上,并烘烤固定;
(2)将LED芯片正负极通过内引线焊接到线路板上;
(3)将荧光粉和胶水混合好后,点在LED芯片上方;
(4)将以上步骤的LED线路板倒扣到灌有填充胶体的成型模具,待填充胶体固化,脱模一次成型;
(5)将以上步骤的LED线路板紧固在散热器上;
(6)密封后加盖透镜模组,并将透镜组与散热器固定、密封。
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