CN102386311B - 集成led光源及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集成LED光源及其制造方法，该集成LED光源包括基板，基板上设有一颗或一颗以上LED芯片，且基板上集成有外围芯片，其中，基板为双面敷铜陶瓷板，基板具有陶瓷材料制成的夹层，夹层的两侧敷有铜箔，夹层一侧的铜箔刻蚀形成有热沉焊盘及线路，线路具有线路区域及引脚区域，LED芯片及外围芯片设置在焊盘上，外围芯片的电极与引脚区域之间连接有金线，线路区域与外围芯片上覆盖有第一胶层，第一胶层上覆盖有后于第一胶层形成的第二胶层，LED芯片上覆盖有后于第一胶层形成的第三胶层。本发明还提供上述集成LED光源的制造方法。本发明能有效保护线路及金线不受损害，且能直接接入市电使用。

Description

集成LED光源及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种照明用的集成LED光源，具体地说，涉及一种基于双面敷铜陶瓷基板制作的、具有高可靠性、长寿命的集成LED光源以及这种集成LED光源的制造方法。

背景技术

LED光源作为新型的照明光源，其具有节能、环保、使用寿命长、低耗等优点，已经广泛应用于家庭照明、商业照明、公路照明、工矿照明等场合。

现有的LED大多采用单颗大功率方式封装，并使用金属铝基板作为热传导及散热材料，基板上设置有一颗或多颗封装好的贴片式LED光源。由于现有的LED光源是将封装好的单颗LED使用表面贴装工艺或者用导热胶连接在基板上，即将贴片式LED光源焊接在铝基板的电路上，在LED芯片热沉与铝基板之间用导热胶传热，热通过铝基板后再转移到与铝基板连接的散热器上，采用这样的散热方式，光源比较分散，成品光源所占体积过大，且产品较重。另外，光源与散热器之间存在多个阻热层，容易因散热不良而影响LED光源的寿命。

此外，市面上常见的LED光源大多是使用低压直流电进行驱动的，无法直接接入市电使用，因此将现有LED光源接入市电电网是需要用驱动电路对市电进行滤波、整流、功率因素校正、降压、稳流等处理后，才接入LED电路。并且，市面上常见的LED光源与LED驱动电路使用分离式结构，成品灯具的体积相对较大。

因此，公开号为CN102006695A的中国发明专利申请公开了名为“LED照明电路的集成方法及LED照明集成”的发明创造，该照明集成包括把LED照明电路中的整流电路、滤波电路、恒流二极管和LED发光二极管封装在一起，形成集成芯片。

虽然该LED照明集成能够直接接入220/110伏的市电使用，但是，该方案需要在电路板上贴装LED芯片及其他电子元件，包括整流电路、恒流二极管等，使LED光源与电源集中在一个电路板上。用此方案制成的集成光源，需要使用回流焊工艺，而电路板和芯片之间的热膨胀系数不同，通过回流焊工艺的电路板冷却后会造成电子元件焊脚与基板的内部应力过大，影响电子元件连接的可靠性，一旦引脚脱焊则会造成LED灯具失效，影响LED灯具的寿命。另外，电子元件的热量只能通过引脚转移到电路板上，电子元件内部的晶片与电路板之间存在多层阻热层，影响光源的寿命。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可靠性较高的的集成LED光源。

本发明的另一目的是提供一种可延长集成光源寿命同时又能保护芯片及金线的集成LED光源制造方法。

为实现上述的主要目的，本发明提供的集成LED光源包括基板，基板上设有一颗或一颗以上LED芯片，且基板上集成有外围芯片，其中，基板为双面敷铜陶瓷板，基板具有陶瓷材料制成的夹层，夹层的两侧敷有铜箔，夹层一侧的铜箔刻蚀形成热沉焊盘及线路，线路具有线路区域及引脚区域，LED芯片及外围芯片设置在热沉焊盘上，外围芯片的电极通过金线与引脚区域连接，在线路区域与外围芯片上覆盖有第一胶层，第一胶层上覆盖有后于第一胶层形成的第二胶层，LED芯片上覆盖有后于第二胶层形成的第三胶层。

由上述方案可见，制造LED光源时，外围芯片、焊盘及线路区域上覆盖有第一胶层及第二胶层，金线就有较大的活动空间，能够缓冲芯片与基板之间的应力，避免金线脱焊，提高了光源连接的可靠性。

一个优选的方案是，第一胶层及第二胶层在需要贴装LED芯片的焊盘上形成圆形的镂空部，LED芯片通过银浆或锡基固化在镂空部的热沉焊盘上。

由此可知，外围芯片和LED芯片直接用银浆或锡基固化在热沉焊盘上，芯片在工作时发热可通过热沉焊盘转移到双面敷铜板背部的散热器上，另外胶层在需要贴装LED芯片的焊盘上形成镂空部，能够方便将LED芯片用银浆或锡基固化在焊盘上，这样能够提高光的出光效率，又能减少荧光粉的用量，节约成本。

更进一步的方案是，第一胶层为软性封装胶，第三胶层为混有荧光粉的高透光率封装胶。

可见，使用软性封装胶可使金线有形变空间，减小内部应力对金线的影响,提高光源连接的可靠性。

为实现上述的另一目的，本发明提供的集成LED光源制造方法包括在基板上刻蚀形成焊盘及线路，线路包括线路区域及引脚区域，在焊盘上用银浆或锡基把外围芯片固化在基板上，并在外围芯片的电极与引脚之间用金线连接，并且，在外围芯片、金线及引脚区域上滴涂封装胶形成第一胶层，并在第一胶层上注胶形成第二胶层，在未被第一胶层覆盖的焊盘上贴装LED芯片，在LED芯片上滴涂封装胶形成第三胶层。

由上述方案可见，LED芯片与外围芯片直接固化在焊盘上，芯片工作时，发热可直接通过热沉快速转移到散热器上，实现对LED芯片及外围芯片的高效热转移，避免因芯片工作时产生热量无法及时转移对芯片、金线等造成损坏，进而延长LED光源的使用寿命。

本发明提供的集成LED光源还可以是包括基板，基板上设有一颗或一颗以上LED芯片，且基板上集成有外围芯片，其中，基板为双面敷铜陶瓷板，基板具有陶瓷材料制成的夹层，夹层的两侧敷有铜箔，夹层一侧的铜箔刻蚀形成热沉焊盘及线路，线路包含线路区域及引脚区域，LED芯片及外围芯片设置在焊盘上，外围芯片设有电极，电极通过金线与引脚区域连接，基板上覆盖有第一胶层，第一胶层在外围芯片及LED芯片封装位置形成镂空部，外围芯片及LED芯片设置于镂空部内，且外围芯片上固化有第二胶层，LED芯片上覆盖有后于第一胶层形成的第三胶层。

由此可见，由于在线路区域上覆盖有最早形成的第一胶层，能够有效地保护线路区域不受损坏，焊接后的金线也不易受损，从而确保LED光源的稳定工作。

本发明还提供上述的集成LED光源的制造方法，包括在基板上刻蚀形成焊盘及线路，线路包括线路区域及引脚区域，并且，在线路区域上注胶形成第一胶层，其中第一胶层在热沉焊盘和线路区域处有镂空部，在焊盘上用银浆或锡基焊接外围芯片及LED芯片，并在芯片上的电极与引脚之间焊接金线，完成电气连接，在外围芯片、金线及引脚区域上滴涂封装胶形成第二胶层，在LED芯片上滴涂封装胶形成第三胶层。

可见，LED芯片、外围芯片固化在双面敷铜陶瓷基板上，LED芯片在工作时发出热量可通过基板直接转移到散热器上，减少芯片到散热器的热阻，提高散热效率，另外在线路区域上注胶形成第一胶层，能够有效地保护线路区域，避免封装后LED芯片、外围芯片对基板产生过大的应力而导致后续焊接的金线受损，从而有效地保护金线，确保LED光源的可靠性。

附图说明

图1是本发明集成LED光源第一实施例所使用的基板结构图。

图2是图1中A-A向的局部剖视放大图。

图3是本发明集成LED光源制造方法第一实施例基板刻蚀形成焊盘及线路的示意图。

图4是本发明集成LED光源制造方法第一实施例基板上贴装外围芯片及焊接金线后的示意图。

图5是本发明集成LED光源制造方法第一实施例形成第一胶层及第二胶层后的示意图。

图6是本发明集成LED光源制造方法第一实施例形成第三胶层后的示意图。

图7是图6中B-B向的剖视放大图。

图8是本发明集成LED光源制造方法第二实施例基板上形成第一胶层后的示意图。

图9是本发明集成LED光源制造方法第二实施例在基板上固化LED芯片及外围芯片、焊接金线后的示意图。

图10是本发明集成LED光源制造方法第二实施例形成第三胶层后的示意图。

图11是图10中C-C向的剖视放大图。

以下结合各实施例及其附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

集成LED光源及其制造方法第一实施例：

参见图1与图2，本实施例的基板10为双面敷铜陶瓷板（DBC，Direct Bonded Copper），该双面敷铜陶瓷板具有高导热率陶瓷材料制成的夹层11，夹层11的两侧面均敷有铜箔12，铜箔12几乎布满夹层11的表面。

如图3所示，制造LED光源时，首先在基板10的正面的铜箔刻蚀形成焊盘13、14及线路15，其中线路15包括线路区域16以及引脚区域17，焊盘13是用于贴装外围芯片的热沉焊盘，焊盘14是用于贴装LED芯片的热沉焊盘。引脚区域17是用于焊接金线的区域，线路区域16用于连接多个引脚区域17。

本实施例中，基板10上除了设有LED芯片外，还设有外围芯片，外围芯片与线路共同构成了LED芯片的驱动电路，完成包括滤波、整流、功率因数校正、降压以及恒流等功能，向负载电路供电，其中负载电路由一个或多个LED芯片构成。光源可直接接入220/110伏的市电使用。并且，在完成驱动LED功能的前提下，还可对直接对外围芯片散热，提高光源的寿命与可靠性，能够实现LED光源的小型化与光电一体化。

在基板10的一面刻蚀形成焊盘13、14及线路15后，如图4所示，将外围芯片20通过高导热银浆或锡基固化在焊盘13上，并且在银浆或锡基固化后，用金丝球焊工艺将金线21焊接在外围芯片的电极与引脚区域17上，从而实现外围芯片20之间的电气连接。

接着，如图5所示，在外围芯片20以及线路区域上注胶，形成第一胶层，如图7所示，第一胶层31覆盖在焊盘31上，且覆盖外围芯片20，当然，也覆盖已经焊接的金线。本实施例中，用于形成第一胶层31的为软性密封胶，如硅胶、树脂等，其性质柔韧，能够减轻应力对金线21、基板10、引脚区域17的影响。

当然，注胶形成第一胶层31的时候，应该保留集成LED光源的两个对外连接的引脚19，以便于在引脚19上焊接导电线以接入市电电网。

注胶形成第一胶层31时，在用于贴装LED芯片的焊盘14处形成镂空部35，即在焊盘14处无软性封装胶。待第一胶层固化后，在第一胶层上注入封装胶形成第二胶层32，第二胶层32在焊盘14处也形成镂空部，即焊盘14处不被第一胶层31及第二胶层32所覆盖。本实施例中，第二胶层32的硬度大于第一胶层31，主要用于对外围芯片20、金线21及线路15进行保护，避免受到外界空气、压力等影响而发生氧化、开路等情况。

第二胶层32具有阶梯部，靠近上端处留有较大的开口，可用于安装光管理器件和减轻第二胶层32的内部应力，更好地保护外围芯片20、金线21及线路15。

形成第二胶层32后，在焊盘14上用锡基或银浆固化LED芯片23，并焊接相应的金线，用于连接LED芯片23以及对应的引脚区域17。由于焊盘14处形成镂空部35，因此LED芯片23也是位于镂空部35内。第一胶层31、第二胶层32形成镂空部35用于LED芯片23的封装，避免焊盘14被第一胶层31、第二胶层32所覆盖。

最后，在LED芯片23上滴涂混有荧光粉的封装胶形成第三胶层36，如图6与图7所示，第三胶层36覆盖在整个镂空部35内。本实施例中，第三胶层36为含有荧光粉的高透光率封装胶，其作用是保护荧光粉，提高出光效率。

本实施例中，基板10上设有四个用于贴装LED芯片23的焊盘14，每一焊盘14上有一颗LED芯片23。并且，焊盘14的面积远大于LED芯片23的面积，且LED芯片23布置在焊盘14中央位置。这样，LED芯片23产生的热量可迅速地导向焊盘14，焊盘14的大面积可让热量迅速地沿焊盘14横向扩散，避免热量集中在LED芯片23周边导致LED芯片23温度过高，从而防止LED芯片23上热量过于集中影响LED芯片23的使用寿命。

基板10背面通过高导热银浆或锡基与散热器件连接，这样，LED芯片23发光过程中产生的热量沉降至焊盘14上，由于焊盘14的面积远大于LED芯片23的面积，热量在焊盘23上能迅速扩散。陶瓷板受热后，将热量传导至夹层11背面的铜箔12，并通过铜箔12传导至与其连接的散热器，通过散热器将热量散发。

本实施例中，LED芯片23、焊盘14以及线路15均设置在基板10的正面，基板10夹层11的陶瓷板实现两面铜箔的电气隔离，发挥陶瓷板绝缘性能，避免散热器与LED芯片23直接电连接，实现LED芯片23及其驱动电路与散热器的电气隔离。

由图7可见，制造成型的集成LED光源基板10的正面刻蚀有焊盘13、14及线路15，且焊盘13、14上分别贴装并固化有LED芯片23及外围芯片20，且在焊盘13、14与引脚区域17之间连接有金线21。此外，在外围芯片20、焊盘13及线路15上覆盖有软性的第一胶层31，在第一胶层31上覆盖有较硬的第二胶层32，且第二胶层32是在第一胶层31形成后才形成的。并且，LED芯片23上覆盖含有荧光粉的第三胶层36，第三胶层36是最后形成后的胶层。

可见，本发明的方法是通过两次封装的方式对集成LED光源进行封装，第一次封装是在贴装LED芯片23之前，形成第一胶层31及第二胶层32，用于保护线路15及外围芯片，第二次封装是在贴装LED芯片23之后，形成第三胶层36，用于保护LED芯片23。本发明的方法能够使焊盘13、引脚区域17与LED芯片电极之间有较大的柔韧度，可减少封装后造成封装胶、引脚与基板10之间应力的影响，有效保护金线21、线路15等。

集成LED光源及其制造方法第二实施例：

本实施例的集成LED光源制造方法也是使用一块双面敷铜陶瓷板作为基板，基板具有高导热率陶瓷材料制成的夹层，夹层的两侧面均敷有铜箔。制造集成LED光源时，首先在基板的一个侧面上刻蚀形成后热沉焊盘及线路，线路包括线路区域及引脚区域，刻蚀后的基板第一实施例相同。

刻蚀形成焊盘及线路后，如图8与图11所示，在基板上注胶形成第一胶层51，第一胶层51为性质较硬的封装胶，用于保护线路。注胶形成第一胶层51时，需要将所有焊盘43、44以及引脚区域47留出，以便将LED芯片及外围芯片贴装在焊盘43、44上。当然，还需要将LED光源的两个对外连接的引脚49预留，以便于在引脚49上焊接电连接线以接上外部的电源，也就是第一胶层在外围芯片46及LED芯片封装的位置形成镂空部。形成第一胶层51后，即完成第一次封装。

然后，如图9所示，在焊盘43上贴装外围芯片46，在焊盘44上贴装LED芯片45，待银浆或锡基固化后，在焊盘43、44与引脚区域47上焊接金线48，实现集成LED光源的电气连接。

最后，在焊盘43、外围芯片46以及引脚区域47上滴涂软性封装胶形成第二胶层52，并在LED芯片43完成电气连接后，在LED芯片43上滴涂高透光率封装胶形成第三胶层53，且第三胶层含有荧光粉，LED芯片43工作时激发荧光粉发出光线。

制造完毕的集成LED光源如图10及图11所示，在基板40的夹层41背面具有铜箔42，正面刻蚀形成焊盘43、44以及线路，并且在焊盘43、44上固化有LED芯片45、外围芯片46等，在线路区域上覆盖有第一胶层51，用于保护线路区域，并在贴装LED芯片45及外围芯片46后，在外围芯片46、焊盘43及引脚区域47上形成第二胶层52，在LED芯片45上形成第三胶层53。

应用本发明的方法制造的集成LED光源，不单能够直接接入市电使用，还可对外围芯片散热，提高整体光源寿命，且制造过程中经过两次封装，尤其是贴装LED芯片45及外围芯片46前形成第一胶层51，能够保护线路区域不易受损，避免SMD式贴装元器件与引脚与基板之间应力造成而对线路区域的损坏，进而确保集成LED光源的可靠性。

当然，上述实施例仅是本发明较佳的实施方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，根据集成LED光源的实际需要选取不同的外围芯片形成不同的驱动电路；或者，LED芯片及外围芯片在基板上布局根据实际需要改变等，这些改变也是可以实现本发明的目的。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，诸如封装胶类型的改变、基板形状及构造的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.集成LED光源，包括

基板，所述基板上设有一颗或一颗以上LED芯片，且所述基板上集成有外围芯片；

其特征在于：

所述基板为双面敷铜陶瓷板，所述基板具有陶瓷材料制成的夹层，所述夹层的两侧敷有铜箔，所述夹层一侧的铜箔刻蚀形成热沉焊盘及线路，所述线路包含线路区域及引脚区域，所述LED芯片及所述外围芯片设置在所述热沉焊盘上，所述外围芯片上设有电极，所述电极通过金线与所述引脚区域连接；

所述线路区域与所述外围芯片上覆盖有第一胶层，所述第一胶层上覆盖有后于所述第一胶层形成的第二胶层，所述LED芯片上覆盖有后于所述第一胶层形成的第三胶层。

2.根据权利要求1所述的集成LED光源，其特征在于：

所述第一胶层及所述第二胶层设置有镂空部，所述LED芯片位于所述镂空部内。

3.根据权利要求1或2所述的集成LED光源，其特征在于：

所述第一胶层为软性封装胶，所述第三胶层为混有荧光粉的高透光率封装胶。

4.集成LED光源的制造方法，包括

在基板上刻蚀形成热沉焊盘及线路，所述线路包括线路区域及引脚区域；

在所述热沉焊盘上用银浆或锡基连接外围芯片，并将所述外围芯片的电极通过金线焊接在所述引脚区域上；

其特征在于：

在所述外围芯片及所述线路区域上涂敷封装胶形成第一胶层，并在所述第一胶层上注胶形成第二胶层；

在未被所述第二胶层覆盖的热沉焊盘上封装LED芯片，在所述LED芯片上滴涂封装胶形成第三胶层。

5.根据权利要求4所述的集成LED光源的制造方法，其特征在于：

所述第一胶层及所述第二胶层在用于封装所述LED芯片的焊盘上形成镂空部，所述LED芯片封装在所述镂空部内。

6.根据权利要求4或5所述的集成LED光源的制造方法，其特征在于：

所述第一胶层为软性封装胶，所述第三胶层为混有荧光粉的高透光率封装胶。

7.集成LED光源，包括

基板，所述基板上设有一颗或一颗以上LED芯片，且所述基板上集成有外围芯片；

其特征在于：

所述基板为双面敷铜陶瓷板，所述基板具有陶瓷材料制成的夹层，所述夹层的两侧敷有铜箔，所述夹层一侧的铜箔刻蚀形成热沉焊盘及线路，所述线路包含线路区域及引脚区域，所述LED芯片及所述外围芯片设置在所述热沉焊盘上，所述外围芯片上设有电极，所述电极通过金线与所述引脚区域连接；

所述基板上覆盖有第一胶层，所述第一胶层在外围芯片和LED芯片封装位置形成镂空部，所述外围芯片和LED芯片设置于所述镂空部内，所述外围芯片上固化有第二胶层，所述LED芯片上覆盖有后于所述第一胶层形成的第三胶层。

8.根据权利要求7所述的集成LED光源，其特征在于：

所述第二胶层为软性封装胶，所述第三胶层为混有荧光粉的高透光率封装胶。

9.集成LED光源的制造方法，包括

在基板上刻蚀形成热沉焊盘及线路，所述线路包括线路区域及引脚区域；

其特征在于：

在所述基板上注胶形成第一胶层，所述第一胶层在热沉焊盘和线路区域上形成镂空部；

在所述热沉焊盘上固化外围芯片及LED芯片，并将所述外围芯片的电极通过金线焊接在所述引脚区域上；

在所述外围芯片及引脚区域上滴涂封装胶形成第二胶层；

在所述LED芯片上完成电气连接后，滴涂封装胶形成第三胶层，所述第三胶层包含有荧光粉。

10.根据权利要求9所述的集成LED光源的制造方法，其特征在于：

所述第二胶层为软性封装胶，所述第三胶层为混有荧光粉的高透光率封装胶。

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