CN102842668B - 一种均温板上直接封装芯片的结构及其制作方法 - Google Patents

一种均温板上直接封装芯片的结构及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种均温板上直接封装芯片的结构及其制作方法,包括均温板(1),LED芯片(4)直接封装在所述均温板(1)上。本发明由于将LED芯片和电路层设置在均温板上,相比传统的封装结构减少一层导热硅胶的使用,大大提升了散热效率。

Description

一种均温板上直接封装芯片的结构及其制作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种led封装结构,尤其是涉及一种均温板上直接封装芯片的结构及 其制作方法。
背景技术
[0002] led照明应用的普及是一种趋势,其技术在于光、机、电、热的系统整合。集成封装 光源有其发光面积小、组装容易、成本低的优势,然而其缺点为对散热要求很高。散热处理 关系着LED光源芯片的发光效率及寿命,常见LED灯具质量问题就是因为散热处理不理想, 造成芯片严重光衰,进而缩短光源芯片的寿命。另外,热对产生白光的荧光粉也有不良影 响,同样对发光效率不利。
[0003] LED灯具组装,其每个材料的接触面,都容易因不平整而产生间隙,为弭补间隙所 带来的空气热组,在接触面之间一般都会填补一层导热硅胶,但导热硅胶的导热系数低,相 对灯具部件所使用金属材料如铜、银、铝以及陶瓷材料等,变成是个热阻,影响散热。
[0004]针对集成封装的缺点,传统解决方法会在封装好芯片与散热机构间,加上一片导 热效果良好的均温板,但也因此必需多增加一个界面,进而对使用均温板的效果打了折扣。 [0005]再者,集成封装选用侧面发光的芯片,在芯片紧密排列时,容易彼此阻挡光线,造 成光效的损失。
[0006]如图1所示,将LH)芯片4封装在光源电路基板3上,如果是白光光源,在LK)芯片4上 方再涂布上一层荧光粉6此时即形成LED集成光源封装芯片。再将封装好之光源底部涂上导 热硅胶7,然后固定在均温板1上;最后,将均温板丨底部涂上导热硅胶7,固定在散热结构2 上,即完成一种光源模块的基本架构。
[0007]散热结构2:金属材料,一般为铝材料,结构为鳍片方式;
[0008] 光源电路基板3: —般使用铜、铝、陶瓷等高导热材料;
[0009]均温板1:金属材料,一般为铜或铝材料,中空,里面有毛细组织、支撑体及工作流 体。其外观形状可为方形、圆形及不规则形。
发明内容
[0010]本发明设计了 一种均温板上直接封装芯片的结构及其制作方法,其解决的技术问 题是:
[0011] (1)现有LED封装时,需要使用到导热硅胶层,导热硅胶的导热系数低特性使其成 为热阻,影响散热效果。
[0012] ⑵现有Lm)灯具中,各个LED芯片会相互反射和阻挡,容易造成光线耗损,造成低 光效和高发热。
[0013]为了解决上述存在的技术问题,本发明采用了以下方案:
[0014] 一种均温板上直接封装芯片的结构,包括均温板(1),LED芯片(4)直接封装在所述 均温板(1)上。
[0015] 进一步,在均温板上盖板(10)上形成一绝缘层(82),该绝缘层(82)之上用于设置 电路层(31),在所述绝缘层(82)开有多个孔并在均温板上盖板(1〇)上形成多个芯片安 装位置(15)和多个芯片支架安装位置(14),多个LED芯片(4)分别设置于多个所述LED芯片 安装位置(15)之上,在多个LED芯片(4)上方设置一芯片支架(5),芯片支架(5)固定在芯片 支架安装位置(14)上,在所述芯片支架(5)中设有多个反光杯(9),LED芯片(4)位于反光杯 (9)中。
[0016] 进一步,所述多个Lm)芯片(4)以矩阵排列的方式分布在均温板上盖板(10)上,任 意一排或一列LED芯片(4)的两侧都分别设有一电路层(31),每排或每列LED芯片⑷的正极 连接金线(32)或负极连接金线(33)都连接在同一电路层(31)上。
[0017] 进一步,所述多个反光杯(9)以矩阵排列的方式分布在所述芯片支架(5)上,每个 反光杯(9)为倒锥形台结构或倒梯形台结构。
[0018] 进一步,在反光杯(9)中装填有荧光粉(6)。
[0019] 进一步,所述芯片支架(5)上开有支架固定用孔(51)、正级焊点孔(52)以及负级焊 点孔(53),通过锡焊填补支架固定用孔(51)、正级焊点孔(52)以及负级焊点孔(5¾的方式 将所述芯片支架(5)与均温板上盖板(10)进行固定,外接电源线通过正级焊点孔(52)以及 负级焊点孔(53)中的锡焊与电路层(31)连接。
[0020] 进一步,在均温板下盖板(12)上连接一散热结构(2)。
[0021] 一种均温板上直接封装芯片的制作方法,包括以下步骤:
[0022] 步骤1、在均温板上盖板(10)上制作不同的安装面:在均温板上盖板(10)表面分别 形成绝缘层(82)、LH)芯片安装位置(15)以及芯片支架安装位置(14),在绝缘层(82)上形成 多个电路层(31);
[0023] 步骤2、安装LED芯片:在LED芯片安装位置(15)上焊有LED芯片(4),并且将每个LED 芯片(4)的正极连接金线(32)和负极连接金线(33)分别与同一电路层(31)连接,每排LED芯 片⑷并联在两个电路层(31)之间,每列LED芯片⑷相互串联;
[0024] 步骤3、安装芯片支架(5):将芯片支架(5)焊接在芯片支架安装位置(14)上,使得 每个LED芯片⑷位于芯片支架(5)上的反光杯(9)中;
[0025] 步骤4、均温板(1)密封处理:向均温板(1)送去加工作流体,并对均温板(1)抽真 空,最后将均温板(1)的封口(16)密封起来,即完成均温板上直接封装LED芯片。
[0026] 进一步,如果制作白光光源,在步骤3与步骤4之间增加一向反光杯⑼里装填荧光 粉(6)的步骤。
[0027]进一步,步骤3中通过锡焊填补芯片支架(5)上的支架固定用孔(51)、正级焊点孔 (52)以及负级焊点孔(53)的方式将所述芯片支架(5)与均温板上盖板(10)进行固定,外接 电源线通过正级焊点孔(52)以及负级焊点孔(53)中的锡焊与电路层(31)连接。
[0028]该均温板上直接封装芯片的结构及其制作方法与传统封装结构以及制作方法相 比,具有以下有益效果:
[0029] (1)本发明由于将LED芯片和电路层设置在均温板上,相比传统的封装结构减少一 层导热硅胶的使用,大大提升了散热效率。
[0030] (2)本发明由于通过芯片支架在每个LED芯片上形成一个反光杯,避免LED芯片发 出的光线彼此阻挡,以增加LED芯片出光效率和降低了芯片的散热量。
[0031] (3)本发明中将每排LED芯片并联在两个电路层之间,每列LED芯片相互串联,使得 以矩阵排列的ED芯片组不会因为任何一颗芯片故障而影响其它芯片正常运作。
[0032] (4)本发明中反光杯为倒锥形台结构或倒梯形台结构,相比现有白光LED灯具,可 以减少荧光粉的使用量,但灯具的照明亮度反而提高了。
[0033] (5)本发明中芯片支架上的正级焊点孔和负级焊点孔不仅仅可以起到将芯片支架 与均温板进行固定的作用,同时外接电源线通过正级焊点孔和负级焊点孔中的锡焊与电路 层连接。
[0034] (6)本发明均温板内部使用蜂窝结构支撑体,利用蜂窝结构的坚固性和高强度的 优点,避免了上、下盖板之间的坍塌,同时蜂窝的多孔结构不会对工作流体流动产生任何阻 碍,工作流体可以在蜂窝腔体内进行高速流动及传热,因此可以实现支撑效果和传热效果 的最大优化。
附图说明
[0035]图1:现有LED集成封装光源使用均温板之示意图;
[0036]图2:本发明中均温板上绝缘层制作的示意图;
[0037]图3:本发明中在均温板上电路制作示意图;
[0038]图4:本发明中均温板上电路及LED芯片安装固定位置示意图;
[0039]图5:本发明中LED芯片固晶示意图;
[0040]图6:本发明中LED芯片打金线俯视图;
[0041]图7:本发明中LED芯片打金线侧视图;
[0042]图8:本发明中LED芯片支架俯视图;
[0043]图9:本发明中LED芯片支架侧视图;
[0044]图10:现有LED芯片之间光线行走示意图;
[0045]图11:本发明中LED芯片与反光杯之间光线行走示意图;
[0046]图12:本发明均温板上封LED芯片结构示意图;
[0047]图13:本发明白光均温板上封LH)芯片结构示意图;
[0048]图14:本发明中支撑体的结构示意图;
[0049]图15:本发明中蜂窝单边薄片的结构示意图;
[0050]图16:图15的俯视图。
[0051]附图标记说明:
[0052] 1—均温板;10—均温板上盖板;11一支撑体;111一蜂窝单边薄片;丨丨丨丨一沟槽; 1112—连接部;1113—卡接槽;1114 一扣接薄片;112—蜂窝孔;12一均温板下盖板;13一注 入口; 14一芯片支架安装位置;15—LED芯片安装位置;16—封口; 2—散热结构;3—光源电 路基板;31—电路层;32—正极连接金线;33—负极连接金线;4—'LED芯片;41 一光线;5—芯 片支架;51—支架固定用孔;52—正级焊点孔;53—负级焊点孔;54—正极标识;55—负极标 识;6—荧光粉;7—导热娃胶层;81—第一层薄膜;82—绝缘层;83—第二层薄膜;84—电路 保留位置;9 一反光杯;91 一反光杯内壁。
具体实施方式
[0053] 下面结合图2至图13,对本发明做进一步说明:
[0054] 如图2所示,在均温板1的均温板上盖板10上方黏贴上有相对应LED芯片固定位置 及芯片支架固定位置的第一层薄膜81。接着在均温板上盖板10其它区域涂覆一层高导热的 绝缘介质形成一个绝缘层82。该绝缘层82用于形成电路层。
[0055] 如图3所示,接着在如图2表面上再贴上第二层薄膜83。第二层薄膜S3上露出电路 保留位置,做为后续LED芯片封装时电路导通接点。
[0056] 接着在此表面派镀一层铜,最后揭去第二层薄膜83及第一层薄膜81,即形成电路 层31。该电路层31由多块组成,每块电路层31—侧或两侧都要设置多颗Lm)芯片。
[0057] 如图4所示,完成均温板上电路层31制作,电路层31下方为绝缘层82,绝缘层82下 方就是均温板1 .LED芯片安装位置15和芯片支架安装位置14直接裸露在均温板1上,利于芯 片散热及芯片支架的固定。
[0058] 如图5所示,在均温板1上所预留下来的L^D芯片安装位置15涂上锡膏或银胶,再将 LH)芯片4放在锡膏或银胶上,以回流焊设备将LED芯片4固定在均温板1上。
[0059] 如图6所示,用金线将每颗LED芯片与电路层31接通,并注意LED芯片正负极性。每 个LED芯片4的正极连接金线32和负极连接金线33分别与同一电路层31连接,每排LED芯片4 并联在两个电路层31之间,每列LED芯片4相互串联。此封装电路形成串并连,其优点为不会 因为任何一颗LED芯片4故障而影响其它芯片正常运作。
[0060] 如图7所示,可以看出LED芯片4直接设置在均温板1上,在LED芯片4两侧设有绝缘 层82,在绝缘层82上镀有电路层31。每个LED芯片4的正极连接金线32和负极连接金线33分 别与同一电路层31连接。因此,均温板1与LED芯片4之间减少一层导热硅胶的使用,大大提 升了散热效率。
[0061]如图8所示,LED芯片支架5设有支架固定用孔51,做为芯片支架5固定在均温板1 上。正级焊点孔52和负级焊点孔53除了起到固定芯片支架5作用之外,还可以做为连接电路 层31与外部驱动电源。设置正极标识54和负极标识55的目的在于避免焊接时焊错电极。 [0062]如图9所示,反光杯9在此最为关键,反光杯9设置在芯片支架5上。在杯内上填有荧 光粉6,可以将LED芯片4侧面发光的光线反射到光源外部,增加出光效率,进而增加灯具光 效。
[0063] 进而透过反光杯内壁91的曲面设计,可以做到简单的灯具配光分布,如用于室内 及投光灯用途。反光杯杯内结构可以为倒锥形台结构或倒梯形台结构。芯片支架5外形结构 亦可以为方形及圆形,材质可为塑料或金属。
[0064] 如图10所示,无反光杯9时,LED芯片4发出的光线41易被相邻的LED芯片4阻挡到而 损失照明亮度。
[0065] 如图11所示,当LED芯片4上设有反光杯9时,光线41被杯壁反射出来,出光较多,使 得光效提高,并且降低散热量。
[0066]如图12所示,将如图8所的LK)芯片支架放在如图6之均温板上方。先利用焊锡,填 补固定芯片支架四周四个支架固定用孔51。再利用焊锡填补正级焊点孔52和负级焊点孔 53,使正级焊点孔52和负级焊点孔53填满焊锡。
[0067]如图13所示,如果制作白光光源,在反光杯9里涂布萤光粉后,再向均温板1送去工 作流体、抽真空,最后将封口密封起来,即完成白光均温板上封LED芯片结构。
[0068]如图14所示,均温板1包括均温板上盖板10和均温板下盖板12,均温板上盖板1〇和 均温板下盖板12之间的支撑体11为蜂窝结构。均温板1内部支撑体u由复数片蜂窝单边薄 片ill组成,相邻两片蜂窝单边薄片ill之间形成一排六边形蜂窝孔ns。支撑体上的蜂窝孔 112在均温板上盖板10和均温板下盖板12之间形成工作流体通道。
[0069]如图15所不,每片蜂窝单边薄片111包括多个沟槽1111和多个连接部1112,任意两 个沟槽1111之间通过连接部1112过渡,任意两片蜂窝单边薄片丨丨通过连接部1112之间的固 定连接形成蜂窝孔112或者通过沟槽1111底部之间的固定连接形成蜂窝孔112。
[0070]如图16所不,在蜂窝单边薄片111上冲压出多条卡接槽1113,每两条卡接槽1113平 行设置并且在两条卡接槽1113之间形成一个扣接薄片1114;相邻蜂窝单边薄片ill上的扣 接薄片1114相互通过扣接方式进行固定。
[0071]均温板1内部使用蜂窝结构支撑体11,利用蜂窝结构的坚固性和高强度的优点,避 免了上、下盖板之间的坍塌,同时蜂窝的多孔结构不会对工作流体流动产生任何阻碍,工作 流体可以在蜂窝腔体内进行高速流动及传热,因此可以实现支撑效果和传热效果的最大优 化。
[0072]上面结合附图对本发明进行了示例性的描述,显然本发明的实现并不受上述方式 的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进将本发明 的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种均温板上直接封装芯片的制作方法,包括以下步骤: 步骤1、在均温板上盖板(10)上制作不同的安装面:在均温板上盖板(10)表面分别形成 绝缘层(82)、LED芯片安装位置(15)以及芯片支架安装位置(14),在绝缘层(82)上形成多个 电路层(31); 步骤2、安装LED芯片:在LED芯片安装位置(15)上焊有LED芯片(4),并且将每个LED芯片 (4)的正极连接金线(32)和负极连接金线(33)分别与同一电路层(31)连接,每排LK)芯片 ⑷并联在两个电路层(31)之间,每列LED芯片⑷相互串联; 步骤3、安装芯片支架(5):将芯片支架(5)焊接在芯片支架安装位置(14)上,使得每个 LED芯片(4)位于芯片支架(5)上的反光杯(9)中;通过锡焊填补芯片支架(5)上的支架固定 用孔(51)、正极焊点孔(52)以及负极焊点孔(53)的方式将所述芯片支架(5)与均温板上 盖板(10)进行固定,外接电源线通过正极焊点孔(52)以及负极焊点孔(53)中的锡焊与电 路层(31)连接; 步骤4、均温板(1)密封处理:向均温板(1)送去工作流体,并对均温板(1)抽真空,最后 将均温板(1)的封口(16)密封起来,即完成均温板上直接封装LED芯片;均温板(1)包括均温 板上盖板⑽和均温板下盖板⑽,均温板上盖板⑽和均温板下盖板⑽之间的支撑体 (11)^¾蜂窝结构,均温板⑴内部支撑体(U)由复数片蜂窝单边薄片(111)组成,相邻两 片蜂禹单边薄片(ill)之间形成一排六边形蜂窝孔(U2),支撑体上的蜂窝孔(112)在均温 板上盖板(10)和均温板下盖板(12)之间形成工作流体通道。
2.根据权利要求1所述均温板上直接封装芯片的制作方法,其特征在于:如果制作白光 光源,在步骤3与步骤4之间增加一向反光杯(9)里装填荧光粉(6)的步骤。
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