CN103107274B - 一种采用过渡电极实现的led集成封装模块 - Google Patents

一种采用过渡电极实现的led集成封装模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，涉及照明装置技术领域。包括LED芯片、位于LED芯片上的正、负电极和连接LED芯片上正、负电极的邦定引线，还包括过渡电极，所述过渡电极位于所述邦定引线之间。所述LED集成封装模块降低了模块中元件损坏的维修难度，提高了修复率和工作的可靠性，减少了维修材料损耗，LED芯片的布置距离和排列结构更加灵活。

Description

一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块
技术领域
本发明涉及照明装置技术领域，尤其涉及一种LED照明装置。
背景技术
目前，LED集成封装常见的一种方式是芯片按矩阵结构排布在基板上，此基板多为金属基板，另外还有陶瓷基板、陶瓷金属复合基板和树脂金属复合基板等，通过一条引线两端邦定在两颗LED芯片相对应的正、负电极上，实现芯片间的串联电路连接，结构如图2所示。
采用这种邦定方式LED芯片逐个串联形成一组，这一串联组的首尾两颗LED芯片尚未参与邦定的正、负电极分别邦定在与模块输入端分别相通的指定引线位置上，一个模块可以有多组这样通过芯片间引线串联起来工作的芯片组，在同一个模块中的这些芯片组可以通过每组芯片首尾两颗芯片邦定在相通的电极上实现并联工作，这种连接是先串联后并联，当其中一颗芯片或引线出现故障，如：开路时，同一个串联组上的芯片将全部不能工作；因为需要把每条线邦定在两颗芯片电极上，受引线长度限制和邦定引线设备制约，一般批量生产只能将芯片排布为密排的矩阵结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，所述LED集成封装模块降低了维修难度，提高了修复率和工作的可靠性，减少了维修材料损耗，LED芯片的布置距离和排列结构等更加灵活。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，包括LED芯片、位于LED芯片上的正、负电极和连接LED芯片上正、负电极的邦定引线，其特征在于还包括过渡电极，所述过渡电极位于所述邦定引线之间。
优选的：所述过渡电极包括衬底和电极，所述电极固定在所述衬底的上表面，所述电极的面积大于LED芯片上的正、负电极的面积。
优选的：所述过渡电极的电极的上表面平行于所述衬底的下表面。
优选的：所述过渡电极的电极和所述衬底为长方体形。
优选的：所述LED集成封装模块包括两组以上LED串，每组LED串包括两个以上LED芯片，LED芯片通过邦定引线和过渡电极并联连接，LED串通过过渡电极依次串联连接。
优选的：所述LED集成封装模块包括两个以上LED芯片，所述LED芯片间依次通过邦定引线、过渡电极和邦定引线串联连接。
优选的：所述衬底的制作材料为对光线的吸收率低的材料。
优选的：所述电极的制作材料为具有良好导电能力的材料。
优选的：所述衬底的制作材料为蓝宝石或氧化铝陶瓷。
优选的：所述电极的制作材料为金及其合金、银及其合金或铝及其合金。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：一、降低了邦定引线和LED芯片发生故障时的维修难度，提高了修复率，减少了维修材料损耗。因过渡电极的电极表面积比LED芯片的电极可以大很多倍，可以多次邦定或邦定很多条引线，当出现一条引线故障时，只需要考虑这条引线在LED芯片的焊点细心处理好就可以了，即使此LED芯片损坏需要更换，也只是涉及此芯片上下两颗过渡电极上的引线处理而不会影响到其它LED芯片。
二、可以实现先并后串的电路结构，提高了模块工作的可靠性。因为LED芯片电极一般很小，一个电极一般只允许邦定一条引线，所以LED芯片与LED芯片之间的连接方式一般只能实现串联连接。采用过渡电极的模块可以通过使LED芯片的同性电极邦定在同一颗过渡电极上或两组串联电路中的等电位过渡电极间邦定引线连接的方式实现并联，可使原来先串后并的设计改善为先并后串的电路结构。可以解决原来一颗芯片损坏就会导致一串LED不能使用的现象。
三、采用过渡电极可延长芯片间距，芯片的布置距离和排列结构更加灵活。受邦定引线长度的限制，传统的芯片邦定芯片的方式，芯片间距都不可能很大；在模块中布置上过渡电极，可以通过采用一颗或多颗过渡电极的办法延长芯片间距，理论上可以无限延长芯片间距。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的第一种电路原理示意图；
图2是现有技术的连接方式图；
图3是本发明的第二种电路原理示意图；
图4是本发明的第三种电路原理示意图；
图5是50WLED模块的现有技术原理图；
图6是50WLED模块的第一种电路原理示意图；
图7是过渡电极的结构示意图；
其中：1、衬底2、电极3、LED芯片4、LED芯片上的正、负电极5、邦定引线6、过渡电极。
具体实施方式
如图1、3、4和6所示，图中D表示LED芯片，L表示邦定引线，G表示过渡电极。一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，包括LED芯片3、位于LED芯片上的正、负电极4和连接LED芯片上的正、负电极的邦定引线5，还包括过渡电极6，所述过渡电极6位于所述邦定引线5之间。
使用过渡电极实现的LED集成封装模块中LED芯片间的连接方式有很多种，其中一种连接方式如图1和3所示，所述LED集成封装包括两组以上LED串，LED串依次串联连接，每组LED串包括两个以上LED芯片3，LED芯片3通过邦定引线5和过渡电极6并联连接。另一种连接方式如图4所示，所述LED集成封装模块包括两个以上LED芯片3，所述LED芯片3间依次通过邦定引线5、过渡电极6和邦定引线5串联连接。
为了实现邦定和方便使用，确定过渡电极结构为图7所示的多面体结构，其中上部为电极、下部为衬底，上下表面平行。为了满足LED集成封装器件的光、电特性和批量生产的目的，要求过渡电极必须具备如下特点：
一、衬底材料对光线的吸收率要低。LED集成封装模块是光的发生器件，器件内的材料对光的吸收率会影响整体器件的出光效率，过渡电极的衬底材料应当尽量选取对光线吸收比较少的材料；二、衬底材料一般必须绝缘。因为一般LED芯片集成封装在金属基板上，为了防止过渡电极影响电路结构，这时要求过渡电极的衬底材料必须绝缘。若过渡电极固定的位置与其它部分绝缘，此时衬底材料的绝缘性不做要求。三、过渡电极的尺寸要尽量小。过渡电极的引入占用了部分LED芯片的空间，其尺寸应该相对比较小，必须不能影响整体LED集成封装模块中芯片的排布及发光。
四、电极应具有良好的邦定性能。电极是完成功能的关键部分，为起到可靠的电路连接作用，此电极的邦定性能至关重要；五、电极的面积要比LED集成芯片的电极大，至少可邦定两条以上的引线。为了连接电路结构中上、下两颗LED芯片甚至更多颗LED芯片或实现多颗过渡电极间的连接，就要求此过渡电极的电极的面积必须足够大，要能容纳至少两条以上的邦定引线；六、电极材料导电能力能够适应电路要求。电极材料应具有足够的导电性能，不能因为此电极的使用使原有电路中的阻抗有明显比例的增加。七、过渡电极的包装应适合批量生产。此过渡电极产品的包装及排列方式应适合LED集成封装的批量生产形式，应该具备可以方便的采用自动固晶及自动邦线设备操作的性能。
过渡电极的制备方法如下：1、首先确定过渡电极的衬底材料。满足上述对过渡电极提出的要求，一般可以采用透明的衬底材料，如蓝宝石或白色陶瓷材料，如氧化铝陶瓷。2、在衬底材料上生长电极。一般可采用金、银及其合金或铝及其合金等金属材料，根据电极材料确定生长电极的工艺，如蒸镀、印刷或烧结等工艺。3、切割、分检、包装。根据使用需求设计过渡电极的尺寸，并规则排布在晶片膜上，以方便后续批量自动生产使用。
图5是现有技术的50WLED集成封装模块的电路原理图，其芯片排布为5行10列矩阵结构，纵向为每列5颗LED芯片，芯片邦芯片的方式形成一组串联LED，10列芯片组分别首尾两颗芯片邦定在共用的正、负极板上，实现5串10并，先串后并的电路结构。
如图6所示，采用过渡电极的封装方式，可以在两行LED芯片间加入一行过渡电极，过渡电极上下两行LED芯片分别将对应的正、负电极邦定在过渡电极上，同一行过渡电极间也邦定多条引线连接，即实现了先并后串的电路结构。
所述LED集成封装模块引入了“过渡电极”的概念，即在原本通过一条邦定引线连接的LED芯片电极间加入一个独立中性的电极，使原LED芯片上的对应电极通过分别和这个电极邦定引线连接在一起，起到LED芯片电极连接的“过渡”作用，并且不会因为添加了此“过渡电极”而降低了原有电路功能、性能。
采用过渡电极封装LED集成模块的优点如下：
一、降低邦定引线和LED芯片发生故障时的维修难度，提高修复率，减少维修材料损耗。
LED芯片上的正、负电极间直接邦定引线的缺点之一是：如果有一条邦定引线出现故障，要重新邦线时，就要对两个LED芯片的相应电极进行残线清理才能重新邦线，而这种修理经常会造成LED芯片的失效，这种失效芯片更换又会影响到LED芯片上的另一条引线，从而又影响到这条引线连接着的另一颗芯片，以此类推使返修的成功率极大降低。由此可见，传统LED集成封装模块邦定方式维修一条引线至少要涉及两颗LED芯片，甚至有可能要处理此一串联组上的多颗LED芯片才能修复。
而采用“过渡电极”的连接方式，因过渡电极的电极表面积比LED芯片上的正、负电极面积可以大很多倍，可以多次邦定或邦定很多条引线，当出现一条邦定引线故障时，只需要考虑这条邦定引线在LED芯片的焊点细心处理好就可以了，即使此芯片损坏需要更换，也只是涉及此LED芯片上下两颗过渡电极上的邦定引线处理而不会影响到其它LED芯片。
二、可以实现先并后串的电路结构，提高了模块工作的可靠性。
因为LED芯片电极一般很小，一个电极一般只允许邦定一条引线，所以LED芯片与LED芯片之间的连接方式一般只能实现串联连接。采用过渡电极的模块可以通过使LED芯片的同性电极邦定在同一颗过渡电极上或两组串联电路中的等电位过渡电极间邦定引线连接的方式实现并联，可使原来先串后并的设计改善为先并后串的电路结构。可以解决原来一颗芯片损坏就会导致一串LED不能使用的现象。
三、采用过渡电极可延长芯片间距，芯片的布置距离和排列结构更加灵活。
受邦定引线长度的限制，传统的芯片邦定芯片的方式，芯片间距都不可能很大；在模块中布置上过渡电极，可以通过采用一颗或多颗过渡电极的办法延长芯片间距，理论上可以无限延长芯片间距。

Claims (7)

1.一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，包括LED芯片（3）、位于LED芯片上的正、负电极（4）和连接LED芯片上正、负电极的邦定引线（5），其特征在于还包括过渡电极（6），所述过渡电极包括衬底（1）和电极（2），所述电极（2）固定在所述衬底（1）的上表面，所述电极（2）的面积大于LED芯片上的正、负电极（4）的面积；所述过渡电极（6）位于所述邦定引线（5）之间；所述LED集成封装模块包括两组以上LED串，每组LED串包括两个以上LED芯片（3），LED芯片（3）通过邦定引线（5）和过渡电极（6）并联连接，LED串通过过渡电极（6）依次串联连接；
所述模块通过使LED芯片的同性电极邦定在同一颗过渡电极上或两组串联电路中的等电位过渡电极间邦定引线连接的方式实现并联，使原来先串后并的设计改善为先并后串的电路结构。
2.根据权利要求1所述的一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，其特征在于所述过渡电极的电极（2）的上表面平行于所述衬底（1）的下表面。
3.根据权利要求1所述的一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，其特征在于所述过渡电极的电极（2）和所述衬底（1）为长方体形。
4.根据权利要求1所述的一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，其特征在于所述衬底（1）的制作材料为对光线的吸收率低的材料。
5.根据权利要求1所述的一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，其特征在于所述电极（2）的制作材料为具有良好导电能力的材料。
6.根据权利要求5所述的一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，其特征在于所述衬底（1）的制作材料为蓝宝石或氧化铝陶瓷。
7.根据权利要求1所述的一种采用过渡电极实现的LED集成封装模块，其特征在于所述电极（2）的制作材料为金及其合金、银及其合金或铝及其合金。
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