CN103094465A - Led模组及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

一种LED模组，包括散热器、PCB板、LED芯片和透镜模组，散热器与PCB板贴合形成面接触，所述透镜模组安装在LED芯片上方，一个LED芯片对应一透镜模组上的凹坑，在透镜凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，荧光粉设置在LED芯片的远端且不直接接触LED芯片。荧光粉与LED芯片远离，两者发热互不影响，LED芯片和荧光粉的光衰变慢，荧光粉的转换效率高。

Description

LED模组及其制作工艺

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模组及其制作工艺。

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LED封装的是将LED芯片固定到封装支架上，经过焊线后，将荧光粉点到芯片上，封胶形成LED器件。再将LED器件焊接到铝基板，固定散热器，加盖透镜形成LED模组。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器件103，LED器件103焊接到PCB板102（如铝基板），PCB板102通过螺钉或者硅脂等方式固定在散热器101，透镜盖在PCB板102之上。

传统的LED模组存在以下几种不足之处：

第一，          荧光粉效率低，光衰快；

传统的LED模组中，荧光粉覆盖在LED芯片上，两者直接接触结合，而LED芯片和荧光粉都是发热的热源，由于两者直接贴合，热量叠加，温度上升。温度的上升不仅导致LED芯片的光衰加快，而且会降低荧光粉的转换效率，以及加快荧光粉转换效率的衰减速度。

第二，          导热通道复杂，散热不佳；

传统的LED模组其导热通道为：热量从LED芯片，通过封装内部热沉、PCB板102、以及散热器101，最终传导到空气。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PCB板102、PCB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。

第三，          光线经过介质多，光损失大；

传统的LED模组，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，传统的LED模组，存在散热性能不佳、荧光粉效率低、光衰快、光学透过率低、生产工序复杂、成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED模组，以解决现有技术中荧光粉效率低，光衰快的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种LED模组的的制作工艺，以解决现有技术中荧光粉效率低，光衰快的技术问题。

一种LED模组，包括散热器、PCB板、LED芯片和透镜模组，其特征在于，散热器与PCB板贴合形成面接触，所述透镜模组安装在LED芯片上方，一个LED芯片对应一透镜模组上的凹坑，在透镜凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，荧光粉设置在LED芯片的远端且不直接接触LED芯片。

荧光粉预先涂覆或喷涂在各个该透镜凹坑内表面。

所述荧光粉混设在molding胶体中，molding胶体填充后，静置使荧光粉沉降到凹坑内表面，呈中心厚四周渐薄的分布。

在透镜模组注塑过程中，荧光粉混设在原材料中，使荧光粉分布在透镜模组内部。     PCB板从电气层起向内开有未穿透的若干凹坑，凹坑的底部为平面结构，各个LED芯片分别覆载在一凹坑底部，通过引线焊接到PCB板电气层的焊盘上，LED芯片与凹坑底部形成面接触。

LED芯片通过引线焊接到PCB板为以下的一种情况：

情况一：LED芯片为正装芯片，将引线分别焊接到LED芯片的正负极和PCB板的正负极焊盘；

情况二：LED芯片为垂直芯片，LED芯片下表面通过共晶工艺与PCB板键合，引线仅需焊接单个电极到PCB板相应的电极焊盘；

情况三：LED芯片为倒装芯片，则通过覆晶工艺，芯片正负极直接焊接到PCB上的焊盘。

一种LED模组还包括透镜模组四周内侧涂上一层密封硅胶，涂密封硅胶的位置开有对应的凹槽，外侧放置成型的硅胶密封圈；或者透镜模组四周内侧放置成型的硅胶密封圈，外侧涂上一层密封硅胶，涂密封硅胶的位置开有对应的凹槽。

一种LED模组的制作工艺，包括：

(1) 将LED芯片焊接在PCB板上；

(2)将步骤(1)的PCB板固定在散热器上，所述PCB板的底部与所述散热器紧密贴合形成面接触;

(3) 透镜模组安装在LED芯片上方，一个LED芯片对应一透镜模组上的凹坑，在透镜凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，荧光粉设置在LED芯片的远端且不直接接触LED芯片。

荧光粉预先涂覆或喷涂在各个该透镜凹坑内表面。

所述荧光粉混设在molding胶体中，molding胶体填充后，静置使荧光粉沉降到凹坑内表面，呈中心厚四周渐薄的分布。

本工艺还包括：使用标准光源在点有荧光粉的透镜上方照射，下方使用色温检测仪器，分析每一透镜的色温，并根据检测的色温值进行补粉或补不含荧光粉的molding胶体。

根据色温偏差进行补粉的工艺可以为以下任意一种：

再将荧光粉涂覆或喷涂在需要补粉的透镜凹坑内表面；

或者根据molding胶体的凝固时间周期，将混有荧光粉的molding胶体再点在需要补粉的透镜凹坑内，静置使荧光粉沉降到凹坑内或凹坑内表面。

本发明的有益效果如下：

首先，荧光粉与LED芯片远离，两者发热互不影响，LED芯片和荧光粉的光衰慢，荧光粉的转换效率高。

其次，传统的封装的理念都是把LED芯片封装到器件的支架上，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器件的支架，LED芯片直接封装在PCB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PCB板及散热器，散热效果好。

再则，透镜模组与LED芯片之间，仅有填充胶体，而填充胶体折射率在1.4和1.6之间，光线经过介质少，透过率高，并且填充胶体与透镜模组的折射率匹配，反射损失少，提高了LED模组的出光效率。

另外，透镜模组灌入molding胶体，并注满整个透镜模组内腔，固化成型，或者是直接是先灌入molding胶体，再倒扣紧固，均无脱模过程，不损伤内引线。

还有，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LED模组的实施例示意图；

图3为本发明PCB板组成及其凹坑结构示意图；

图4为本发明PCB板组成及其凹坑结构剖面图；

图5为透镜镜组的倒扣结构的剖示图。

图中，101是散热器，102是PCB板，103是LED器件，201是散热器，202是PCB板，203是LED芯片，204是LED开路保护器，206是密封硅胶，207是透镜模组，301是金属层，302是绝缘层，303是电气层，401是倒扣结构，402是胶水，403荧光粉。

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：

请参阅图1至图5，一种荧光粉热隔离的LED模组，包括散热器201 PCB板202、LED芯片203、荧光粉、密封硅胶206和透镜模组207，PCB板202从电气层303起向内开有未穿透的凹坑；LED芯片203覆载在凹坑底部，并通过引线焊接到PCB板202电气层303的电极焊盘；PCB板202与散热器201贴合。

PCB板202包括电气层303、绝缘层302、金属层301，在凹坑中，电气层303和绝缘层302穿透，金属层301未穿透。通过钻杯工艺在PCB板的电气层303和绝缘层302形成穿孔，并在PCB板的金属层301设置未穿透的凹坑，LED芯片203直接覆载在未穿透的凹坑底部上，并通过引线焊接到PCB板202电气层303的电极焊盘， PCB板可以为铝基板，则其包括电气层、绝缘层、金属层。PCB板202可以为陶瓷基板，则其包括电气层、陶瓷层。PCB板22设置的凹坑，凹坑穿透电气层和绝缘层，到达金属层或者陶瓷层。凹坑底部为平面，这样，LED芯片204即可与凹坑进行面接触。并且，凹坑的大小与LED芯片204相适配，最好为圆形，也可以是其它形状，能容置LED芯片204为准，或略大于LED芯片204，方便散热。凹坑内表面可以为亮化的光滑面。作为优选，亮化的光滑面带有镀层镜面。

对于PCB板202，通过钻杯工艺在PCB板202的电气层303和绝缘层302形成的穿孔形成的杯壁，与金属层301凹坑的杯壁形成圆锥面，该圆锥面的杯壁与凹坑底部的水平面形成90度～120度之间的夹角，且该圆锥面的杯壁通过钻杯工艺打磨成可反光的光滑面，或者镀上银进行反光。所述的穿孔杯壁与凹坑杯壁形成的面，可以是除了圆锥面外的其他形状，如台状、多面柱状、圆柱状，所成的面由加工工艺以及对穿孔杯壁与凹坑底面的夹角的要求来决定的。

LED芯片204通过引线焊接到PCB板202为以下的一种情况：

情况一：LED芯片为正装芯片，将引线分别焊接到LED芯片的正负极和PCB板的正负极焊盘；

情况二：LED芯片为垂直芯片，LED芯片下表面通过共晶工艺与PCB板键合，引线仅需焊接单个电极到PCB板相应的电极焊盘；

情况三：LED芯片为倒装芯片，则通过覆晶工艺，芯片正负极直接焊接到PCB上的焊盘。

以上三种情况，PCB板202的电气层303设置有电极焊盘，表面镀银或金或镍。

一种方式为：透镜模组207盖在LED芯片203之上，透镜模组207的透镜凹坑内壁预先涂覆或喷涂有荧光粉403，并且在内部填充封装胶体402，并通过密封硅胶206与PCB板202和散热器201形成密封结构。在透镜凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，荧光粉不接触LED芯片。

第二种方式为：在透镜凹坑与LED芯片203之间的空间内全部填设混有荧光粉的molding胶体，静置后使荧光粉沉降到凹坑内表面，最好能呈中心厚四周渐薄的分布。最后，通过密封硅胶206与PCB板202和散热器201形成密封结构。

第三种方式为：在透镜模组注塑过程中，在原材料中混合荧光粉，使荧光粉分布在透镜模组内部，再向凹坑注入封装胶体。

在上述过程中，透镜模组207可以直接盖在LED芯片203之上，通过注胶口进行注胶。也可以是透镜模组207倒置，注满胶后，再将散热器扣在其上后密封。即，透镜模组207设计有倒扣结构401，散热器201倒扣在透镜模组207上形成紧闭固定。不管哪种方式，只要实现透镜模组207安装在LED芯片203上方即可。

密封硅胶206包括安装在透镜模组207上的固体硅胶圈。固体硅胶圈侧边对应的透镜模组207平面的位置上，开有凹槽，用于涂molding胶体。透镜模组207有一个整体平面，平面上明显看到一个个是透镜凹坑（如果倒转180度看，就是凸起的透镜），该平面四周边缘位置先附上一个固体硅胶圈，固体硅胶圈侧边对应的透镜模组207平面上，有一圈凹槽，可以用于涂molding胶体。当然，也可以不设置凹槽，直接涂上molding胶体（折射率在1.4到1.6之间）。

LED芯片203并联有LED开路保护器204，其作用为开路保护以及防静电。

一种LED模组的制作工艺，包括：

S110： 将LED芯片焊接在PCB板上；

S120：将步骤S110的PCB板固定在散热器上，所述PCB板的底部与所述散热器紧密贴合形成面接触;

S130：透镜模组安装在LED芯片上方，一个LED芯片对应一透镜模组上的凹坑，在透镜凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，荧光粉设置在LED芯片的远端且不直接接触LED芯片。

设置荧光粉工艺步骤，其为以下步骤中的其中之一：

在透镜模组的各个透镜凹坑处分别注入混有荧光粉的molding胶体，静置后使荧光粉沉降到凹坑内表面；最佳地，荧光粉呈中心厚四周渐薄的分布;

在透镜模组各个凹坑内表面分别喷涂荧光粉，再向凹坑注入molding胶体；

在透镜模组注塑过程中，在原材料中混合荧光粉，使荧光粉分布在透镜模组内部，再向凹坑注入封装胶体。

还包括步骤S140：

将安装有PCB板的散热器，倒扣透镜模组上，通过透镜模组上的倒扣结构固定，形成密封的LED模组。当然，散热哭和透镜模组可以直接安装形成密封的LED模组，后通过注胶孔进行注胶，使得molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，这种方式，就不需要透镜模组先进行倒置在各个凹坑内填充molding胶体了。

实施例

一种基于荧光粉热隔离的LED模组的制造工艺，步骤如下：

（1）在PCB板芯片覆载处涂上底胶，将LED芯片固定在底胶上，经烘烤固定；

（2）若LED芯片为正装芯片，将引线分别焊接到LED芯片的正负极和PCB板的正负极焊盘；若LED芯片为垂直芯片，LED芯片下表面通过共晶工艺与PCB板键合，引线仅需焊接单个电极到PCB板相应的电极焊盘；若LED芯片为倒装芯片，则通过覆晶工艺，芯片正负极直接焊接到PCB上；

（3）将PCB板安装在散热器上；

（4）在透镜模组的透镜凹坑处注入混有荧光粉的封装胶体，静置后使荧光粉沉降到凹坑内表面，较佳地，荧光粉沉降后，呈中心厚四周渐薄的分布；

或者，在透镜模组凹坑内表面喷涂荧光粉，再向凹坑注入封装胶体；

或者，在透镜模组注塑过程中，在原材料中混合荧光粉，使荧光粉分布在透镜模组内部，再向凹坑注入封装胶体；

（5）使用标准光源在第（4）步骤的点有荧光粉的透镜模组上方照射，下方使用色温检测仪器，分析透镜模组每一凹坑的色温，并根据检测的色温值进行补粉。

较佳地，标准光源采用第（2）步骤的固有芯片的PCB板，所述芯片为经过标定的芯片。

所述的补粉过程为，色温偏高的凹坑再点入含荧光粉的胶水，色温偏低的凹坑再点入不含荧光粉的胶水。

使用标准光源在点有荧光粉的透镜上方照射，下方使用色温检测仪器，分析每一透镜的色温，并根据检测的色温值进行补粉或补不含荧光粉的molding胶体。根据色温偏差进行补粉的工艺可以为以下任意一种：再将荧光粉涂覆或喷涂在需要补粉的透镜凹坑内表面；或者根据molding胶体的凝固时间周期，将混有荧光粉的molding胶体再点在需要补粉的透镜凹坑内，静置使荧光粉沉降到凹坑内或凹坑内表面。

（6）在透镜模组上放置固体硅胶圈，所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组平面的位置上涂有液体硅胶。透镜模组四周内侧涂上一层密封硅胶，外侧放置成型的硅胶密封圈；或者透镜模组四周内侧放置成型的硅胶密封圈，外侧涂上一层密封硅胶。

（7）将步骤（3）的安装有PCB板的散热器，倒扣在步骤（5）的透镜模组上，通过透镜模组上的倒扣结构固定，形成密封的LED模组。

在所述的步骤（1）（2）之间，还可以包括以下步骤：LED芯片并联LED开路保护器，并将其固定在金属基PCB板上。

所述的PCB板为金属基板，通过钻杯工艺开出凹坑，电气层和绝缘层穿透，金属层未穿透。

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 (13)

1.一种LED模组，包括散热器、PCB板、LED芯片和透镜模组，其特征在于，散热器与PCB板贴合形成面接触，所述透镜模组安装在LED芯片上方，一个LED芯片对应一透镜模组上的凹坑，在透镜凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，荧光粉设置在LED芯片的远端且不直接接触LED芯片。

2.如权利要求1所述的LED模组，其特征在于，荧光粉预先涂覆或喷涂在各个该透镜凹坑内表面。

3.如权利要求1所述的LED模组，其特征在于，所述荧光粉混设在molding胶体中，molding胶体填充后，静置使荧光粉沉降到凹坑内表面，呈中心厚四周渐薄的分布。

4.如权利要求1所述的LED模组，其特征在于，在透镜模组注塑过程中，荧光粉混设在原材料中，使荧光粉分布在透镜模组内部。

5.  如权利要求1所述的LED模组，其特征在于，PCB板从电气层起向内开有未穿透的若干凹坑，凹坑的底部为平面结构，各个LED芯片分别覆载在一凹坑底部，通过引线焊接到PCB板电气层的焊盘上，LED芯片与凹坑底部形成面接触。

6.如权利要求4所述 LED模组，其特征在于，LED芯片通过引线焊接到PCB板为以下的一种情况：

情况一：LED芯片为正装芯片，将引线分别焊接到LED芯片的正负极和PCB板的正负极焊盘；

情况二：LED芯片为垂直芯片，LED芯片下表面通过共晶工艺与PCB板键合，引线仅需焊接单个电极到PCB板相应的电极焊盘；

情况三：LED芯片为倒装芯片，则通过覆晶工艺，芯片正负极直接焊接到PCB上的焊盘。

7.如权利要求1或3所述的LED模组，其特征在于，还包括透镜模组四周内侧涂上一层密封硅胶，涂密封硅胶的位置开有对应的凹槽，外侧放置成型的硅胶密封圈；或者透镜模组四周内侧放置成型的硅胶密封圈，外侧涂上一层密封硅胶，涂密封硅胶的位置开有对应的凹槽。

8.一种LED模组的制作工艺，其特征在于，包括：

(1) 将LED芯片焊接在PCB板上；

(2)将步骤(1)的PCB板固定在散热器上，所述PCB板的底部与所述散热器紧密贴合形成面接触;

(3) 透镜模组安装在LED芯片上方，一个LED芯片对应一透镜模组上的凹坑，在透镜凹坑与LED芯片之间的空间内全部填设molding胶体，由molding胶体全部包覆LED芯片且之间未留空气，荧光粉设置在LED芯片的远端且不直接接触LED芯片。

9.如权利要求8所述的LED模组的制作工艺，其特征在于，荧光粉预先涂覆或喷涂在各个该透镜凹坑内表面。

10.如权利要求8所述的LED模组的制作工艺，其特征在于，所述荧光粉混设在molding胶体中，molding胶体填充后，静置使荧光粉沉降到凹坑内表面，呈中心厚四周渐薄的分布。

11.如权利要求8所述的LED模组的制作工艺，其特征在于，在透镜模组注塑过程中，荧光粉混设在原材料中，使荧光粉分布在透镜模组内部。

12. 如权利要求8所述的LED模组的制作工艺，其特征在于，还包括：使用标准光源在点有荧光粉的透镜上方照射，下方使用色温检测仪器，分析每一透镜的色温，并根据检测的色温值进行补粉或补不含荧光粉的molding胶体。

13.如权利要求12所述的LED模组的制作工艺，其特征在于，根据色温偏差进行补粉的工艺可以为以下任意一种：

再将荧光粉涂覆或喷涂在需要补粉的透镜凹坑内表面；

或者根据molding胶体的凝固时间周期，将混有荧光粉的molding胶体再点在需要补粉的透镜凹坑内，静置使荧光粉沉降到凹坑内或凹坑内表面。

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