CN102364684A - 一种led模组及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED模组及其制造工艺。所述的LED模组包括金属基板、PCB板、LED芯片，所述的PCB板固定在金属基板上，所述的金属基板上开有至少一个以上凹坑，所述的LED芯片固定在凹坑处，LED芯片的两极分别与PCB板相连。LED芯片直接焊接在线路板上，省略了传统的LED封装过程，省略了包含有热沉的支架，使LED芯片的热量直接扩散到高导热率的线路板及散热器，提高了散热效果。

Description

一种LED模组及其制造工艺
技术领域
本发明涉及半导体应用和封装领域，更具体地说，涉及一种LED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103，LED颗粒103焊接到线路板102，如铝基板，线路板102通过螺钉或者硅脂等方式固定在散热器101。其导热通道为：热量从LED芯片，通过封装内部热沉、线路板102、以及散热器101，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102、线路板102与散热器101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、配光透镜再到透光罩，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
本发明的目的是解决以上提出的问题，提供一种散热性能好、光学透过率高、成本低的LED模组及其制造工艺。
本发明的技术方案是这样的：
一种LED模组，包括金属基板、PCB板、LED芯片，所述的PCB板固定在金属基板上，所述的金属基板上开有至少一个以上凹坑，所述的LED芯片固定在凹坑处，LED芯片的两极分别与PCB板相连。
作为优选，所述的LED模组还包括封装胶体，封装胶体包覆在LED芯片和引线上。
作为优选，所述的封装胶体混合有荧光粉。
作为优选，所述的凹坑的坑壁是打磨光滑的坑壁。
作为优选，所述的打磨光滑的坑壁还镀有金属反光层。
作为优选，所述的金属基板有对应PCB板形状的凹槽，PCB板安装在所述的凹槽内。
作为优选，金属基板上的凹坑可以是相离、相切或相间。
作为优选，金属基板上的至少一个以上的凹坑也可以是凹槽。
作为优选，LED芯片并联有LED开路保护器。
一种LED模组的制造工艺，步骤如下：
(1)将金属基板与PCB板固定在一起；
(2)在金属基板上开出凹槽或者凹坑，将LED芯片放置在凹槽或凹坑底部；
(3)将至少一个以上的LED芯片的正负极连接到PCB板的电气层上。
作为优选，还包括步骤(4)在金属基板凹槽或者凹坑内注入封装胶体，将封装胶体包覆在LED芯片和引线上。
作为优选，在步骤(2)、(3)之间，可再增加一个步骤：LED芯片并联上LED开路保护器，所述的LED开路保护器放置固定在凹槽或凹坑底部。
作为优选，所述的步骤(1)中，金属基板和PCB板通过PP材料或胶水，用压机粘贴压合在一起。
作为优选，所述的步骤(2)中，金属基板上通过冲床打出凹槽或者凹坑，并在凹槽或凹坑底部点上银胶或者绝缘胶，将LED芯片放置在凹槽或凹坑底部的银胶或者绝缘胶上，经烤箱烘烤固定。
本发明的有益效果如下：
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芯片直接封装在金属基板上，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。
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为本发明的一个实施例的结构示意图；
图3为图2所示产的实施例的剖视示意图；
图4为本发明的又一个实施例的结构示意图；
图中，101是散热器，102是线路板，103是LED颗粒，201是金属基板，202是PCB板，203是LED芯片，204是封装胶体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行进一步详细说明：
一种LED模组，包括金属基板201、PCB板202、LED芯片203，所述的PCB板202固定在金属基板201上，所述的金属基板201上开有至少一个以上凹坑，所述的LED芯片203固定在凹坑处，LED芯片203的两极分别与PCB板202相连。
所述的LED芯片203的两极通过引线与PCB板202相连。
所述的LED模组还包括封装胶体204，封装胶体204包覆在LED芯片203和引线上。
所述的封装胶体204混合有荧光粉。
所述的凹坑的坑壁是打磨光滑的坑壁。
所述的打磨光滑的坑壁还镀有金属反光层。
所述的金属基板201有对应PCB板202形状的凹槽，PCB板202安装在所述的凹槽内。
所述的PCB板202可与金属基板201表面平行，也可以低于或高于金属基板201表面。
所述的PCB板202为条状或环状，所述的金属基板201为条形、方形或圆形。
金属基板201上的凹坑可以是相离、相切或相间。凹坑一般为圆形或椭圆形，也可为其他几何状的凹坑。
金属基板201上的至少一个以上的凹坑也可以是凹槽。，LED芯片直接排列在凹槽，且直接覆载在凹槽底面。
LED芯片203并联有LED开路保护器。
一种LED模组的制造工艺，步骤如下：
(1)将金属基板201与PCB板202固定在一起；
(2)在金属基板201上开出凹槽或者凹坑，将LED芯片203放置在凹槽或凹坑底部；
(3)将至少一个以上的LED芯片203的正负极连接到PCB板202的电气层上。
还包括步骤(4)在金属基板201凹槽或者凹坑内注入封装胶体204，将封装胶体204包覆在LED芯片203和引线上。
在步骤(2)、(3)之间，可再增加一个步骤：LED芯片203并联上LED开路保护器，所述的LED开路保护器放置固定在凹槽或凹坑底部。
所述的步骤(1)中，金属基板201和PCB板202通过PP材料或胶水，用压机粘贴压合在一起。
所述的步骤(2)中，金属基板201上通过冲床打出凹槽或者凹坑，并在凹槽或凹坑底部点上银胶或者绝缘胶，将LED芯片203放置在凹槽或凹坑底部的银胶或者绝缘胶上，经烤箱烘烤固定。
所述的步骤(3)中，至少一个以上的LED芯片203并联连接。
所述的步骤(3)中，至少一个以上的LED芯片203通过引线连接在一起，再通过引线连接到PCB板202，形成串联电气连接。
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，再安装到散热器上或者灯具内，形成不同的产品，以适应更多更广的应用场合。另外，现有的PCB板分为阻焊层，导线层，绝缘层，铝基板层。LED颗粒通过热沉、支架、再到PCB板，这样散热效果也较差，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。本申请将LED芯片直接载覆在线路板上，并且采用封装胶体一次配光，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。
实施例
如图2、图3所示，一种LED模组，包括金属基板201、PCB板202、LED芯片203、封装胶体204，金属基板201为铝板或者铜板，或者其他高导热材质基板；所述金属基板201设计有下陷凹槽或者杯型凹坑，表面经镀银或者镀镍处理，其作用为提高反射率，增加LED模组出光率。所述的PCB板202为平行两条块状PCB板202，且PCB板202间互不相连，即不相交也不相切。
所述PCB板202包含电气层和绝缘层，电气层为铜箔，绝缘层为绝缘薄膜，或者FR4等绝缘材质。其绝缘层作用为加强电气层与金属基板201之间的电气绝缘强度。PCB板厚度为0.05mm至0.5mm。所述的金属基板201有对应PCB板202形状的凹槽，PCB板202安装在所述的凹槽内。且所述的PCB板202与金属基板201表面平行。根据生产需要，所述的PCB板202也可以低于或略高于金属基板201表面。
所述金属基板201与PCB板202通过胶水粘贴压合在一起，所述LED芯片203经底胶固定金属基板201凹槽或者凹坑处，通过引线或者直接焊接等方式连接到PCB板202电气层，所述封装胶体204呈半球状包覆在LED芯片203和引线之上。
LED芯片203若为水平结构芯片，则正负极通过引线焊接到模组左右PCB板202，形成并联结构，也可以芯片与芯片直接通过引线连接，端头两颗LED芯片203通过引线焊接到模组左右PCB板202，形成串联结构。
LED芯片203若为垂直结构芯片，则芯片底面电极与金属基板201焊接，芯片上面电极通过引线焊接到模组PCB板202，形成并联结构。
金属基板201为铝板或者铜板，或者其他高导热材质基板。金属基板201为长条型，或者圆形，或者方形，或者其他形状。且表面镀银，或者镍，提高反射率，增加LED模组出光率。
PCB板202包含电气层和绝缘层，电气层为铜箔，绝缘层为绝缘薄膜，或者FR4等绝缘材质。其绝缘层作用为加强电气层与金属基板201之间的电气绝缘强度。
较佳地，本实例还可以包括LED开路保护器，所述每个LED开路保护器以并联方式与LED芯片203电气连接，其作用为开路保护和防静电。本实施例中，LED开路保护器采用齐纳二极管。
从上可知，LED芯片203可以直接覆载在金属基板201上，LED芯片203的热量直接传导大面积高导热率的金属基板201，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203发出的光，经封装胶体204204直接透射出来，没有二次透镜或者透光罩，因而出光效率高。
本发明的长条型LED模组可以拼接成任意长度，应用于管型灯、线条灯。本发明的圆型、方形LED模组，可固定到散热器，应用于筒灯、射灯、球泡灯等。
如图4所示的又一实施例，所述的PCB板202为同心圆环，在两个同心圆环的中间分布有凹坑，其余部分与PCB板202呈条状的LED模组相同。
一种LED模组的制造工艺，步骤如下：
(1)将金属基板201和PCB板202通过PP材料或胶水，用压机粘贴压合在一起；
(2)在金属基板201上通过冲床打出凹槽或者凹坑，并在凹槽或凹坑底部点上银胶或者绝缘胶，将LED芯片203放置在凹槽或凹坑底部的银胶或者绝缘胶上，经烤箱烘烤固定；
(3)将并联的LED开路保护器，通过与步骤(2)一致的工艺，固定在凹槽或凹坑底部芯片旁边，与芯片一起经烤箱烘烤固定；若不加LED开路保护器，本步骤可省略；
(4)将LED芯片203的正负极通过引线焊接到PCB板202的电气层上，形成并联电气连接；或者将LED芯片203与LED芯片203通过引线连接在一起，再由头尾两个LED芯片203通过引线焊接到PCB板202，形成串联电气连接；
(5)在金属基板201凹槽或者凹坑内，注入混合有荧光粉的封装胶体204，将封装胶体204呈半球状包覆在LED芯片203和引线之上；若LED芯片203涂覆或者粘贴有荧光粉，则直接注入封装胶体204。
LED模组可以制作成条状，如图2所示；除以上实施例之外，LED模组还可以制作成圆型，如图4所示；或者制作成方形等其他形状。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种LED模组，包括金属基板(201)、PCB板(202)、LED芯片(203)，其特征在于，所述的PCB板(202)固定在金属基板(201)上，所述的金属基板(201)上开有至少一个以上凹坑，所述的LED芯片(203)固定在凹坑处，LED芯片(203)的两极分别与PCB板(202)相连。
2.根据权利要求1所述的LED模组，其特征在于，所述的LED模组还包括封装胶体(204)，封装胶体(204)包覆在LED芯片(203)和引线上。
3.根据权利要求2所述的LED模组，其特征在于，所述的封装胶体(204)混合有荧光粉。
4.根据权利要求1所述的LED模组，其特征在于，所述的凹坑的坑壁是打磨光滑的坑壁。
5.根据权利要求4所述的LED模组，其特征在于，所述的打磨光滑的坑壁还镀有金属反光层。
6.根据权利要求1所述的LED模组，其特征在于，所述的金属基板(201)有对应PCB板(202)形状的凹槽，PCB板(202)安装在所述的凹槽内。
7.根据权利要求1所述的LED模组，其特征在于，金属基板(201)上的凹坑可以是相离、相切或相间。
8.根据权利要求1所述的LED模组，其特征在于，金属基板(201)上的至少一个以上的凹坑也可以是凹槽。
9.根据权利要求1所述的LED模组，其特征在于，LED芯片(203)并联有LED开路保护器。
10.一种LED模组的制造工艺，其特征在于，步骤如下：
(1)将金属基板(201)与PCB板(202)固定在一起；
(2)在金属基板(201)上开出凹槽或者凹坑，将LED芯片(203)放置在凹槽或凹坑底部；
(3)将至少一个以上的LED芯片(203)的正负极连接到PCB板(202)的电气层上。
11.根据权利要求10所述的LED模组的制造工艺，其特征在于，还包括步骤(4)在金属基板(201)凹槽或者凹坑内注入封装胶体(204)，将封装胶体(204)包覆在LED芯片(203)和引线上。
12.根据权利要求10或11所述的LED模组的制造工艺，其特征在于，在步骤(2)、(3)之间，可再增加一个步骤：LED芯片(203)并联上LED开路保护器，所述的LED开路保护器放置固定在凹槽或凹坑底部。
13.根据权利要求12所述的LED模组的制造工艺，其特征在于，所述的步骤(1)中，金属基板(201)和PCB板(202)通过PP材料或胶水，用压机粘贴压合在一起。
14.根据权利要求12所述的LED模组的制造工艺，其特征在于，所述的步骤(2)中，金属基板(201)上通过冲床打出凹槽或者凹坑，并在凹槽或凹坑底部点上银胶或者绝缘胶，将LED芯片(203)放置在凹槽或凹坑底部的银胶或者绝缘胶上，经烤箱烘烤固定。
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