CN102610600B - 纳米银焊膏封装大功率白光发光二极管led模块及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率白光发光二极管LED的封装模块及其封装方法，用纳米银焊膏连接芯片材料，纳米银焊膏烧结后形成的纯银连接有高的导热导电性能，能够提高模块的光电转换效率，并且在LED芯片周围设置有预制成型膜片；使用硅胶将预制成型膜片粘在连接有大功率白光发光二极管芯片的基板上；预制成型膜片上的正方形小孔阵列的排列方式与LED芯片的排列相一致，每个正方形小孔的面积比芯片大，套住每一个LED芯片，使得点胶时多余的胶量流入预制成型膜片与LED芯片的间隙处，从而控制点胶量。本发明利用纳米银焊膏烧结后即为纯银的性质，降低大功率白光发光二极管的封装模块的热阻，提高光电转化效率，节能环保，为今后研制大功率白光发光二极管打下了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率白光发光二极管(LED)的封装模块及其封装方法，属于发光二极管照明装置改进技术。
背景技术
传统大功率白光LED模块封装方法主要有以下几个步骤组成：1、芯片连接；2、键合金线连接芯片实现电路导通；3、荧光粉点胶；4、塑封。目前，市面上使用的芯片连接材料均是传统的锡银铜材料，经研究分析可靠性较差，且由于其传统的芯片连接材料的导热导电性能并不十分优异，所以其模块的光电转换效率也有待于提高。需要新的芯片连接材料来使得模块的整体性能得到提高。并且控制多芯片白光LED模块或者单芯片白光LED的点胶，均使用荧光粉和硅胶充分混合均匀后使用点胶机控制点胶量，在LED芯片表面点上荧光粉混合物的方法点胶。这种点胶方法存在不足，导致荧光粉在侧边分散不均匀，呈梯度分布。实际的LED芯片其光强分布是中间位置大，越到边缘部分就越小。所以，模块点亮时会引起制备的白光LED发光颜色分布不均匀，侧面容易偏黄光，且由于硅胶的流动无约束，而制备白光LED表面胶形的要求较高，使用这种方法不易控制。因此对于大功率白光发光二极管的封装方法有待于进一步的提高。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种大功率白光发光二极管模块的封装方法，以该方法制得的大功率白光发光二极管模块，使用低温烧结技术，在280℃下实现芯片连接，并且使用预制成型膜片控制模块的点胶量。
本发明的目的之二在于提供一种大功率白光发光二极管的封装模块，该模块包括预制成型膜片，并且使用新的芯片连接材料纳米银焊膏进行封装，光电转化效率高，亮度好，节能环保。
本发明的技术方案如下：
一种纳米银焊膏封装的大功率白光发光二极管的封装模块，它包括基板1，纳米银焊膏2，LED芯片3；发光二极管芯片上键合的金线引线9与电源的输入和输出电极7连接，发光二极管芯片阵列被设置在玻璃环10内，玻璃环上罩有玻璃外壳6；用纳米银焊膏2连接芯片材料3，纳米银焊膏2烧结后形成的纯银连接有高的导热导电性能，能够提高模块的光电转换效率，并且在LED芯片3周围设置有预制成型膜片8；使用硅胶5将预制成型膜片8粘在连接有大功率白光发光二极管芯片的基板1上；预制成型膜片8上的正方形小孔阵列的排列方式与LED芯片3的排列相一致，每个正方形小孔的面积比芯片大，套住每一个LED芯片3，使得点胶时多余的胶量流入预制成型膜片8与LED芯片3的间隙处，从而控制点胶量。
本发明的大功率白光发光二极管的封装模块的封装方法，包括以下过程：
(1)将n×n个在横向和纵向均等间距排列的正方形的大功率白光发光二极管芯片3布置在基板1上，然后用纳米银焊膏2连LED芯片3，再在温度280℃下烧结固化，使大功率白光发光二极管芯片3连接在基板1上；
(2)根据基板上布置的大功率白光发光二极管芯片阵列的芯片单元体的个数及芯片单元体之间的间距大小，将硅胶5加入模具中，在固化温度为150℃，固化时间为5分钟，制成厚度比芯片低、带有n×n个正方形孔的预制成型膜片，且每个正方形小孔的面积比芯片大能套住每个LED芯片3，然后用硅胶5将该预制成型膜片8粘在连接有大功率白光发光二极管芯片的基板1上；
(3)通过使用预制成型膜片进行点胶：将硅胶5和荧光粉按照质量比为10％～20％的比例混合均匀(以荧光粉为100％计)，对每个LED芯片3进行点胶，直到每个LED芯片3都被硅胶和荧光粉的混合物4充分覆盖，且有硅胶和荧光粉的混合物4流入预制成型膜片8与LED芯片的间隙处；
(4)在玻璃环10内填充与步骤(3)相同的硅胶，覆盖大功率白光发光二极管芯片3及预制成型膜片8，并盖上玻璃外壳6，制得大功率白光发光二极管模块。
所述的n优选3～10。
使用本方法制备的大功率白光发光二极管的模块，由于使用了纳米银焊膏作为芯片连接材料，使得模块具备高的导电导热能力，可以10％的提高光电转换效率，并且模块中预制成型膜片的添加使得点胶过程可控，可以提高光的集中度，亮度更高。为以后制备超大功率白光发光二极管的模块打下了基础。
附图说明
图1(a)为本发明方法制造的5×5芯片大功率的白光二极管模块结构示意图，
图1(b)为图1(a)中的截面剖视图。
图2(a)为单个芯片及周围局部放大图，
图2(b)为预制成型膜片的结构示意图。
图中：1为基板、2为纳米银焊膏、3为LED芯片、4为荧光粉和硅胶的混合物、5为硅胶、6为玻璃外壳、7电源输入电极、8为预制成型膜片、9作为电源连接引线的在芯片上键合的金线、10玻璃环。
具体实施方式
本发明以制得的25W大功率白光发光二极管模块为例，下面结合1和图2所示的具有5×5芯片的功率为25W的LED模块对本发明过程加以详细说明：
本发明的大功率白光发光二极管的封装模块，它包括基板1、LED芯片2、纳米银焊膏3，还包括由硅胶制成的预制成型膜片8、作为电源连接引线的在芯片上键合的金线9、在芯片上涂覆的荧光粉层及硅胶混合物4、罩在发光二极管芯片外围的玻璃壳6、玻璃环10。
本模块使用折射率为1.57的硅胶5。此硅胶5作为与荧光粉混合用的材料并且此硅胶也作为预制成型膜片8的塑封材料，可以提高LED芯片3的取光效率。选择导热性能良好的铜块作为模块基板1，表面电镀Ag和Ni(厚度均为10μm)。芯片选用1W的GaN基蓝光LED芯片3(大小为1mm×1mm)。粘接材料为导电导热性能均良好的纳米银焊膏2，能够保证芯片的良好散热。荧光粉和硅胶配合使用，按照质量比例为10％～20％的比例，在硅胶中加入荧光粉充分搅拌混合，真空抽出硅胶中的气体，点胶在LED芯片3将要放置在基板1上的位置。电源输入电极7实现多芯片LED模块的通电，其表面电镀Au/Ni(镀层厚度各为1μm)，LED芯片3通过作为电源连接引线的在芯片上键合的金线9连接至电源输入电极7再通入电源实现发光照明。外层用玻璃外壳6对LED灯实现机械保护，其折射率一般为1.5，和塑封材料接近，能够有效减少界面折射带来的光损失。
该25W的LED模块主要通过以下步骤完成：
1、连接LED芯片阵列：使用欧司朗公司GaN基1W LED芯片3，芯片尺寸为1mm×1mm，使用纳米银焊膏2(Nano Tach公司)将芯片粘接在基板1上，5×5芯片排列之间间距为1mm。在回流焊炉中280℃时固化30分钟。
2、粘接电极：使用环氧树脂胶将厚度为1mm厚的电极7粘接在基板1上。即在PCB电路板的背面抹上一层薄薄的环氧树脂胶后放置在基板表面，压实使胶与基板充分接触形成。控制温度在150℃下保温5分钟，实现环氧树脂胶的固化。
3、制备、粘贴预制成型膜片：将折射率为1.57的硅胶5注入模具进行固化。固化温度为150℃，固化时间为5分钟。如图2(b)所示，预制成型膜片8厚度比芯片厚度略低，其上的正方形小孔阵列的排列方式与LED芯片3的排列相一致，每个正方形小孔的面积比芯片略大，套住每一个LED芯片3，这样可以使得点胶时多余的胶量流入预制成型膜片8与LED芯片3的间隙处，从而控制点胶量。再使用硅胶5将其粘在基板1上，保持芯片3在正方形小孔的正中间，再固化，固化温度为150℃，固化时间为5分钟。
4、打线：使用SH2008型金丝球焊机打线连接LED芯片3和表面电镀Au/Ni的电极7。
5、点胶：使用YD2800型点胶机将大连路美公司的YAG荧光粉和硅胶的混合物4，硅胶10％～20％，荧光粉100％的质量比例混合，为充满芯片和预制成型膜之间的空隙，控制点胶量保证硅胶形状如图2(a)所示，即使LED芯片3侧面的荧光粉和硅胶混合物4的量均匀一致，芯片上表面的荧光粉和硅胶的混合物呈一定弧度。固化成型，固化温度为150℃，固化时间为5分钟。
6、粘接玻璃环：使用环氧树脂胶将高度为2mm的玻璃环10粘接在基板1的表面。
7、玻璃环内填充硅胶、加盖玻璃外壳：在玻璃环10内的空间中填充折射率为1.57的硅胶5。注入时，保证硅胶5和基板1、荧光粉和硅胶混合物4、作为电源连接引线的在芯片上键合的金线9、电源输入电极7、玻璃环10之间充分润湿。然后在150℃保温5分钟固化处理。再将玻璃外壳6内填充相同的折射率为1.57的硅胶5，将之前的LED模块倒置加上玻璃外壳6，使用相同的固化条件加热处理即可。
Claims (2)
1.一种纳米银焊膏封装的大功率白光发光二极管的封装模块封装方法，它包括基板（1），纳米银焊膏（2），LED芯片（3）；发光二极管芯片上键合的金线引线（9）与电源的输入和输出电极（7）连接，发光二极管芯片阵列被设置在玻璃环（10）内，玻璃环上罩有玻璃外壳（6）；其特征在于：用纳米银焊膏（2）连接芯片材料（3），纳米银焊膏烧结后形成的纯银连接有高的导热导电性能，能够提高模块的光电转换效率，并且在LED芯片周围设置有预制成型膜片（8）；使用硅胶（5）将预制成型膜片粘在连接有大功率白光发光二极管芯片的基板上；预制成型膜片上的正方形小孔阵列的排列方式与LED芯片的排列相一致，每个正方形小孔的面积比芯片大，套住每一个LED芯片，使得点胶时多余的胶量流入预制成型膜片与LED芯片的间隙处，从而控制点胶量；封装方法包括以下过程：
（1）将n×n个在横向和纵向均等间距排列的正方形的大功率白光发光二极管芯片布置在基板上，然后用纳米银焊膏连LED芯片，再在温度280℃下烧结固化，使大功率白光发光二极管芯片连接在基板上；
（2）根据基板上布置的大功率白光发光二极管芯片阵列的芯片单元体的个数及芯片单元体之间的间距大小，将硅胶加入模具中，在固化温度为150℃，固化时间为5分钟，制成厚度比芯片低、带有n×n个正方形孔的预制成型膜片，且每个正方形小孔的面积比芯片大能套住每个LED芯片，然后用硅胶将该预制成型膜片粘在连接有大功率白光发光二极管芯片的基板上；
（3）通过使用预制成型膜片进行点胶：将硅胶和荧光粉按照质量比为10%～20%的比例混合均匀，对每个LED芯片进行点胶，直到每个LED芯片都被硅胶和荧光粉的混合物（4）充分覆盖，且有硅胶和荧光粉的混合物流入预制成型膜片与LED芯片的间隙处；
（4）在玻璃环（10）内填充与步骤（3）相同的硅胶，覆盖大功率白光发光二极管芯片及预制成型膜片，并盖上玻璃外壳，制得大功率白光发光二极管模块。
2.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于所述的n=3～10。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20140611 Termination date: 20210405 |
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