CN102088017A - Led贴片式封装模组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED贴片式封装模组，它包括：LED芯片单元，每个LED芯片单元中包括至少一个LED芯片；封装基板层，至少具有与LED芯片组数目相同的封装基板，封装基板构成连接LED芯片组阳极的金属阳极，LED芯片组贴片式安装在相应的封装基板上表面，并且LED芯片组的阳极与相应的封装基板形成电连接；金属阴极层，位于封装基板层的上方，金属阴极层至少具有与LED芯片数目相同的金属阴极，各个金属阴极与相应的LED芯片组的阴极通过金属导线相电连接。本发明通过使用金属，而不是陶瓷，作为贴片式封装的封装基板材料，其中的封装基板本身可以作为连接LED芯片阳极的阳极层，这种结构可以大幅度提高封装模组的散热性能。

Description

LED贴片式封装模组
技术领域
本发明涉及一种的领域为半导体封装结构，特别涉及一种LED的贴片式封装模组。
背景技术
发光二极管(简称LED)，是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在正向电压作用下，引起光子发射而发光。LED可以直接发出白色和各种色彩光，是具有节能、环保和寿命长等显著优点的新型高效固体光源。其发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射发光，以及光能的有效提取。
封装是将LED芯片与驱动电路结构联接，同时利用环氧树脂等各种材料对芯片进行包装，提高其外部量子出光效率和热稳定性，是保证优质高效电光特性和提高性能的重要工序。其功用包括：为芯片提供电连接；保护芯片，提高发光效率；提供散热通路等。LED封装模组将会集成到系统作为一个功能单元。
一块LED封装模组一般会有一块基板，其它元器件会安装在上面。在基板上面，会有一层电绝缘层，然后是导线层和阻焊层。LED芯片通过银浆或焊接连接到基板上。此外，还有相应的连接头提供LED芯片和外部电路的电连接。
贴片式LED模组是LED封装的一种形式，其特点是电的连接来自于基板的底部(见图一)。这种封装形式的优点是紧凑、低成本、高性能和为系统集成提供更大的灵活性。贴片式封装的基板材料主要是陶瓷，像三氧化二铝(Al2O3)，或氮化铝(AlN)。三氧化二铝价格便宜但是导热性能很差；氮化铝导热性能很好但是价格昂贵。如何选择使用是一个棘手的问题。
随着LED光源越来越多地应用于通用照明市场，客户需要更高的出光量与其它类别的光源竞争，如荧光灯和卤化灯。出光亮越高，则相应的电工耗和发热量就越高。单颗LED贴片式封装模组的散热量可以达到50瓦到100瓦。为了保持芯片的正常工作，贴片式封装的散热性能必须很好，有时甚至用氮化铝也达不到要求。所以，市场迫切需要更高热性能的基板材料。
附图1为当前典型的LED贴片式封装的结构。基板(003)一般为陶瓷材料(三氧化二铝或者是氮化铝)。基板的中部一般为LED芯片的放置区域(005)。在基板的上表面两侧，金属层(004和007)是分别用于焊线的阴极区和用于连接芯片的阳极区。这两处金属层和外部有电路连接。在基板内部，钻通的金属化孔用于保持上下底面的电连接。由于这种结构，基板材料必须为电绝缘材料。为了保障封装模组的良好的热性能，基板材料一般为陶瓷。然而，具有高导热系数的氮化铝(热导系数为180W/mK)非常昂贵。
发明内容
本发明目的是提供一种新的LED的贴片式封装模组，封装方法，该新的设计和制造的封装模组具有好的散热性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种LED贴片式封装模组，它包括：
LED芯片单元，该LED芯片单元包括多个LED芯片组，每个LED芯片组中包括至少一个LED芯片；
封装基板层，所述的封装基板层至少具有与所述的LED芯片组数目相同的封装基板，各个所述的封装基板的材质为金属或合金材料，相邻的所述的封装基板之间填充有介电材料，所述的封装基板构成连接LED芯片组阳极的金属阳极，各个所述的LED芯片组贴片式安装在相应的所述的封装基板的上表面上，并且所述的LED芯片组的阳极与相应的所述的封装基板形成电连接；
金属阴极层，所述的金属阴极层位于所述的封装基板层的上方，所述的金属阴极层与所述的封装基板层之间设置有介电材料层，所述的金属阴极层至少具有与所述的LED芯片数目相同的金属阴极，相邻的所述的金属阴极之间填充有介电材料，各个所述的金属阴极与相应的所述的LED芯片组的阴极通过金属导线相电连接。
优选地，所述的封装基板的材料为铜、铝、铜合金或铝合金。
优选地，所述的LED芯片单元中包括四个LED芯片组。
优选地，至少有一个所述的LED芯片组中具有多个LED芯片。
优选地，所述的多个LED芯片相并联连接。
优选地，所述的封装基板具有五个，其中四个所述的封装基板用于与所述的LED的阳极相电连接，一个用于与外部相电连接。
优选地，相邻的所述的封装基板之间填充的介电材料与所述的封装基板具有相同或相近的热膨胀系数。
优选地，多个所述的封装基板与多个所述的金属阴极之间通过金属柱相串联，使得所述的封装模组形成为由多个芯片组串联连接的模组。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：本发明通过使用金属(或金属合金)，而不是陶瓷，作为贴片式封装的封装基板材料，其中的封装基板本身可以作为连接LED芯片阳极的阳极层，这种新的结构可以大幅度提高封装模组的散热性能。
附图说明
附图1为现有技术中的LED封装模组的立体示意图；
附图2为本发明的LED贴片式封装模组的立体示意图；
附图3为本发明的LED贴片式封装模组的侧视示意图；
附图4为具有四个LED芯片组、每个芯片组含有4个芯片的LED贴片式封装模组的立体示意图；
附图5为本发明的封装基板层的结构示意图；
附图6为显示的芯片(组)之间是孤立无连接时的背面结构；
附图7为不同封装基板间的介电材料的填充。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
实施例1：
图2为新型的金属基板的多芯片串联的贴片式封装模组。模组中的LED芯片单元具有四个LED芯片组104，106，110和111，各LED芯片组仅包含一个LED芯片。金属阴极109，112，116和117用于连接各个LED芯片的阴极，如图所示，各个LED芯片通过金属线105，107，113和115分别与其相应的金属阴极相电连接。封装基板层由五块封装基板构成，这些基板的材质选用金属或合金，这五块封装基板构成与LED芯片阳极相练级的阳极。如图所示，五块封装基板101，102，103，108和114，后四块直接和LED芯片的阳极连接，其连接方式贴片式连接方式，连接后，LED芯片的阳极与相应的封装基板实现电连接。在贴片式连接过程中，LED芯片的下表面与相应封装基板的上表面之间通过高导热的焊接材料(如锡、银粉等金属焊剂)相焊接，从而在LED芯片与相应的封装基板之间形成优良的散热通道，即LED芯片发出的热量能够及时散出去。
LED芯片、封装基板以及金属阴极之间具体连接关系为：封装基板101和金属阴极116相连，而且，金属阴极116作为阴极和外部相连。LED芯片104的阳极和封装基板102相连、阴极和金属阴极116通过金属导线115相连接，金属阴极116和封装基板内联连接在一起。LED芯片105的阳极和封装基板103相连、阳极和金属阴极117通过金属导线105相连。LED芯片110的阳极和封装基板108相连、阴极通过金属导线107和金属阴极109相连。LED芯片111的阳极和封装基板114相连、阴极通过金属导线113和金属阴极112相连。
LED芯片之间的连接设计为：LED芯片104和105的连接，通过LED芯片104的阳极102和LED芯片105的阳极117通过内部连接(见图3)完成。LED芯片106和LED芯片110的连接，是经过LED芯片106的阳极103和LED芯片110的阴极109内联(见图三)完成。LED芯片110和LED芯片111的连接，是来自于LED芯片110的阳极108和LED芯片111的阴极112完成。整个封装模组的阳极为112，阴极为101。这样，就构成了一个由LED芯片104，105，110和111组成的串联模式。当然，如果需要各个芯片独立操作，则可以通过去掉金属基板间的互联达到。
图3显示的是各个基板和金属层之间的内部联系。互联202是金属圆柱，用于连接各封装基板和相应的金属阴极，使得整个模组形成互连。
图5显示的是本实施例的背面结构。一般说来，101是模组的阴极，112是阳极。基板分别是102，103和108的阳极。
图4显示的是每个单元的多芯片结构。即每个LED芯片组都由四个LED芯片构成，而代替附图2所示的单个LED芯片的实施例。在每个LED芯片组中，四个芯片间是并联结构。当然，每个芯片组中的多个芯片的使用可以增加。同时，也提供了一些灵活性：不同单元的芯片组可以有不同的结构安排了。
图7显示的是在不同金属基板间的介电材料(601)的填充，这些填充往往在化学腐蚀之后进行。这些填充，除了保障绝缘外，还可以提供不同基板间的机械联系和强化(602～607)。理想的介电材料最好和基板具有相近的热膨胀系数(CTE)和较好的弹性模量。
以下具体阐述下典型的封装基板层的完整生产过程。通常，第一步是金属材料的准备，接着是金属板的化学腐蚀，按照设计好的模式进行。完成后，金属板需要清洁和烘干。接着，使用介电材料填充腐蚀掉的缝隙并固化。此后，铺上相应的金属阴极层并再次腐蚀掉不需要的部分。一面完成后，背面的金属腐蚀开始，和前表面的类似：腐蚀完之后要清洁和烘干，然后填充。完成之后，相应的表面需要印刷上绝缘漆；而裸露的金属部分要镀金。
实施例2：
图6显示的芯片(组)之间是孤立无连接时的背面结构。其中，502，503，506和507是阴极；阳极为501，504，505和508。其中，501和502为第一颗芯片阳极和阴极；503和504为第二颗芯片的阳极和阴极；505和506为第三颗芯片的阳极和阴极；507和508为第四颗芯片的阳极和阴极。由于上表面的金属层始终为阴极，所以需要建立这些金属层和底部相应阴极的联系。其余部分与实施例1相同，再次不再进行描述。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种LED贴片式封装模组，其特征在于：它包括
LED芯片单元，该LED芯片单元包括多个LED芯片组，每个LED芯片组中包括至少一个LED芯片；
封装基板层，所述的封装基板层至少具有与所述的LED芯片组数目相同的封装基板，各个所述的封装基板的材质为金属或合金材料，相邻的所述的封装基板之间填充有介电材料，所述的封装基板构成连接LED芯片组阳极的金属阳极，各个所述的LED芯片组贴片式安装在相应的所述的封装基板的上表面上，并且所述的LED芯片组的阳极与相应的所述的封装基板形成电连接；
金属阴极层，所述的金属阴极层位于所述的封装基板层的上方，所述的金属阴极层与所述的封装基板层之间设置有介电材料层，所述的金属阴极层至少具有与所述的LED芯片数目相同的金属阴极，相邻的所述的金属阴极之间填充有介电材料，各个所述的金属阴极与相应的所述的LED芯片组的阴极通过金属导线相电连接。
2.根据权利要求1所述的LED贴片式封装模组，其特征在于：所述的封装基板的材料为铜、铝、铜合金或铝合金。
3.根据权利要求1所述的LED贴片式封装模组，其特征在于：所述的LED芯片单元中包括四个LED芯片组。
4.根据权利要求1或3所述的LED贴片式封装模组，其特征在于：至少有一个所述的LED芯片组中具有多个LED芯片。
5.根据权利要求4所述的LED贴片式封装模组，其特征在于：所述的多个LED芯片相并联连接。
6.根据权利要求3所述的LED贴片式封装模组，其特征在于：所述的封装基板具有五个，其中四个所述的封装基板用于与所述的LED的阳极相电连接，一个用于与外部相电连接。
7.根据权利要求1所述的LED贴片式封装模组，其特征在于：相邻的所述的封装基板之间填充的介电材料与所述的封装基板具有相同或相近的热膨胀系数。
8.根据权利要求1所述的LED贴片式封装模组，其特征在于：多个所述的封装基板与多个所述的金属阴极之间通过金属柱相串联，使得所述的封装模组形成为由多个芯片组串联连接的模组。
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