CN103296188B - Led封装结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED封装结构，包括：具有第一表面和相对的第二表面的子板(1)，在所述第一表面上形成有若干个彼此间隔开的杯状凹槽(3)，在各所述杯状凹槽(3)的底部均设有LED芯片(4)，在所述第二表面上在相邻杯状凹槽之间形成了相应的凹部；散热母板(2)，其设有若干个彼此间隔开的凸起(5)，其中，所述子板和母板互相连接，使得所述母板的各个凸起(5)分别接合到相应的凹部，从而导致各个凸起(5)的底面与各个杯状凹槽的底面构成一个平整的散热平面。该LED封装封装方便、散热性能更好。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制作技术领域，具体涉及一种LED封装结构及其制作方法。
背景技术
现有市场上的LED封装有支架型与基板型两种。现有技术的支架型LED封装结构中成熟的产品系列包括Lumield公司的Luxeo系列和Osram公司的Dragont系列。但支架型LED封装结构的缺点是工艺流程长、散热性能不好。
另一种LED封装是基板型LED封装，其中将芯片直接焊接在散热基板上。与支架型LED封装结构相比较，在基板型LED封装中省了点胶、固晶、固化等工艺，使工艺流程缩短，同时散热性能得到提高。但传统的基板型LED封装仍然存在光色不均匀、光色区不稳定和出光效率低的问题。
为了解决这些问题，一种现有技术的基板型LED封装提出了一种“杯状”封装结构，包括基板、设置在基板上的LED芯片以及覆盖在所述LED芯片上的光转化功能层，其中所述基板设置有LED芯片的位置被冲压形成杯状部，LED芯片处于所述杯状部的底部。但该基板型LED封装结构存在以下缺点。由于基板上设置有LED芯片的位置均被冲压形成杯状部，导致基板整体上呈现出波纹状。这样，处于基板底层的散热面的位置有上有下。当该LED封装结构与灯具进行封装时，基板的散热面不能与灯具的安装面完全接触，从而存在一定的空隙。这不仅会在与灯具封装时封装不便、导致封装质量不好，而且散热面与灯具的安装面之间的间隙会在封装时被空气填充。由于空气的导热系数只有0.023W/m·k～0.033W/m·k，使得这样封装后的LED灯具的散热性能降低，工作时的温度上升，最终导致LED的失效，缩短LED灯具的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种封装方便、散热性能更好的LED封装结构。
针对该技术问题，本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的LED封装结构，包括：
具有第一表面和相对的第二表面的子板，在所述第一表面上形成有若干个彼此间隔开的杯状凹槽，在各所述杯状凹槽的底部均设有LED芯片，在所述第二表面上在相邻杯状凹槽之间形成了相应的凹部；
散热母板，其设有若干个彼此间隔开的凸起，
其中，所述子板和母板互相连接，使得所述母板的各个凸起分别接合到相应的凹部，从而导致各个凸起的底面与各个杯状凹槽的底面构成一个平整的散热平面。
与现有技术相比，本发明的LED封装结构具有以下优点。由于散热母板的凸起的底面与子板的杯状凹槽的底面构成一个平整的散热平面，使得本发明的LED封装结构的底面为一个平面，在与灯具封装时封装方便。而且由于有散热母板的存在，LED芯片工作时的散热通过子板和散热母板，由于散热母板的散热效率远高于子板与灯具间的空气的散热效率，使得本发明的LED封装结构在LED芯片工作时散热性能更好。
作为本发明的结构的一种优选，在所述杯状凹槽中填充有透光材料。透过透光材料后能使LED灯散发光更亮。
作为本发明的结构的另一种优选，所述凸起的外形与杯状凹槽的外形相配。凸起与杯状凹槽之间不留空隙，能起到更好的散热效果。
作为本发明的结构的还有一种优选，所述凸起为方形，所述凸起的宽度与凹部的底部的宽度相适配。方形凸起容易加工和装配。
作为本发明的结构的还有一种优选，所述杯状凹槽的深度为0.2～1.0mm，杯状凹槽的底部直径为1～6mm，所述杯状凹槽的侧面的斜度为5°～60°。杯状凹槽的大小影响到LED芯片安装后的透光强度，杯状凹槽的深度若小于0.2mm，起不到好的光线反射及聚拢作用，杯状凹槽的深度若大于1.0mm，容易影响LED芯片工作时的光的照射范围。杯状凹槽的侧面的斜度的大小也影响LED灯的照射范围及透光强度。
作为本发明的结构的还有一种优选，所述子板包括散热层、设在散热层上的介电层和设在介电层上的电路层。所述三层均在子板中起到不同的作用，与LED芯片配合后使LED灯具呈现更好的效果。
作为本发明的结构的还有一种优选，所述散热层为铜箔或铝箔，其厚度为50～120μm。散热层的厚度和材质直接影响到散热效果。所述介电层由聚酰亚胺、液晶高分子聚合物、聚萘二甲酸乙二醇脂或聚脂中的一种制作成，其厚度为10～25μm。介电层与灯具的绝缘性能相关，其材质和厚度直接影响到LED灯具的使用寿命。
作为本发明的结构的还有一种优选，所述电路层为由铜箔制作成，其厚度为20～60μm。电路层的厚度跟LED灯的短路等性能相关。
本发明要解决的另一技术问题是，提供一种制作所述LED封装结构的方法。
针对该技术问题，提供的技术解决方案是，该制作方法包括以下步骤，1）子板的制作；
I．先得到包括散热层、介电层和电路层的子板基板，再在所述基板上倒装贴装LED芯片；
II．然后对所有的LED芯片表面涂覆含荧光粉的胶；
III．再然后以每个LED芯片为中心，对应每个LED芯片均冲压出一个杯状凹槽，使LED芯片位于杯状凹槽的底部；
IV．最后向杯状凹槽内填充高透光树脂；
2）散热母板的制作；采用模具和冲床对散热母板材料进行冲切，冲切出与子板的杯状凹槽的外形相配的若干个凸起；
3）散热母板与子板固定连接；
将子板放置在散热母板上，并使子板的杯状凹槽与散热母板的凸起间隔排列；
若散热母板的材料为导热胶，则采用压合的方式使子板与散热母板连接；
若散热母板的材料为铜、铝或铜表面镀锡中的一种，则通过焊接的方式使子板与散热母板连接；
子板与散热母板压合或焊接后，凸起的底部与杯状凹槽的底部位于同一平面，构成一整个平整的散热平面方便散热以及与灯具连接。
作为本发明的方法的另一种制作子板的方式，步骤1)中子板的制作；
I．先得到包括散热层、介电层和电路层的子板基板，再在所述基板上倒装贴装LED芯片；
II．然后每个LED芯片为中心，对应每个LED芯片均冲压出一个杯状凹槽，使LED芯片位于杯状凹槽的底部；
III．最后，再用含荧光粉的高透光树脂填充杯状凹槽。
两者的效果差不多，仅采用了另外一种实现方式来制作子板。
附图说明
图1所示是本发明LED封装结构的一种实施例。
图2所示是本发明LED封装结构的另一种实施例。
图3所示是本发明LED封装结构的子板的结构示意图。
图4所示是图1中的母板的前视图。
图5所示是图4中的俯视图。
图6所示是图2中的母板的前视图。
图7所示是图6中的俯视图。
图中所示：1、子板，1.1、散热层，1.2、介电层，1.3、电路层，2、散热母板，3、杯状凹槽，4、LED芯片，5、凸起。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示为本发明的LED封装结构的两种具体实施例。在图1和图2的实施例中，本发明的LED封装结构包括：
具有第一表面和相对的第二表面的子板1，在所述第一表面上形成有若干个彼此间隔开的杯状凹槽3，在各所述杯状凹槽3的底部均设有LED芯片4，在所述第二表面上在相邻杯状凹槽之间形成了相应的凹部；
散热母板2，其设有若干个彼此间隔开的凸起5，其中，所述子板和母板互相连接，使得所述母板的各个凸起5分别接合到相应的凹部，从而导致各个凸起5的底面与各个杯状凹槽的底面构成一个平整的散热平面。
在所述杯状凹槽3中填充有透光材料。
如图1、图3、图4和图5所示为本发明的一种具体实施例。图4和图5为该实施例的散热母板2的一种具体形状。所述散热母板2上间隔设有若干个凸起5，凸起5的形状与杯状凹槽3外形相配，凸起5的底面与杯状凹槽3的底面构成一个平整的散热平面。
如图2、图3、图6和图7所示为本发明的另一种具体实施例。图6和图7为该实施例的散热母板2的一种具体形状。所述凸起5方形，所述散热母板2间隔设有若干个方形凸起5，所述凸起5与杯状凹槽3交错排列，所述凸起5的宽度与凹部的底部的宽度相适配。凸起5的顶部与子板1的凹部相抵，凸起5的侧面与杯状凹槽3的斜面之间留有间隙，凸起5的底面与杯状凹槽3的底面构成一个平整的散热平面。
如图2所示，在本实施例中，所述杯状凹槽3的深度为0.2～1.0mm，杯状凹槽3的底部直径为1～6mm，所述杯状凹槽3的侧面的斜度为5°～60°。所述斜度是指侧面的中部的直线与纵向方向的夹角。
所述子板1包括散热层1.1、设在散热层1.1上的介电层1.2和设在介电层1.2上的电路层1.3。
所述散热层1.1为铜箔或铝箔，其厚度为50～120μm。
所述介电层1.2由聚酰亚胺、液晶高分子聚合物、聚萘二甲酸乙二醇脂或聚脂中的一种制作成，其厚度为10～25μm。
所述电路层1.3为由铜箔制作成，其厚度为20～60μm。
本发明还包括一种制作上述LED封装结构的方法，包括以下步骤：
1）子板1的制作；
I．先得到包括散热层1.1、介电层1.2和电路层1.3的子板基板，再在所述基板上倒装贴装LED芯片4；
II．然后对所有的LED芯片4表面涂覆含荧光粉的胶；
III．再然后以每个LED芯片4为中心，对应每个LED芯片4均冲压出一个杯状凹槽3，使LED芯片4位于杯状凹槽3的底部；
IV．最后向杯状凹槽3内填充高透光树脂；
2）散热母板2的制作；采用模具和冲床对散热母板材料进行冲切，冲切出与子板1的杯状凹槽3的外形相配的若干个凸起5；
3）散热母板2与子板1固定连接；
将子板放置在散热母板2上，并使子板1的杯状凹槽3与散热母板2的凸起5间隔排列；
若散热母板2的材料为导热胶，则采用压合的方式使子板1与散热母板2连接；
若散热母板2的材料为铜、铝或铜表面镀锡中的一种，则通过焊接的方式使子板1与散热母板2连接；
子板1与散热母板2压合或焊接后，凸起5的底部与杯状凹槽3的底部位于同一平面，构成一整个平整的散热平面方便散热以及与灯具连接。
作为制作子板1的一种替换方式，
I．先得到包括散热层1.1、介电层1.2和电路层1.3的子板基板，再在所述基板上倒装贴装LED芯片4；
II．然后每个LED芯片4为中心，对应每个LED芯片4均冲压出一个杯状凹槽3，使LED芯片4位于杯状凹槽3的底部；
III．最后，再用含荧光粉的高透光树脂填充杯状凹槽3。
说明的是，上述制作方法中的高透光树脂可替换为任何一种透光材料。
作为本发明的制作方法的一种具体实施例。电路层1.3采用厚度为18～22μm的铜箔，介电层1.2采用12.5μm厚的聚酰亚胺，散热层1.1采用厚度为50μm的铜箔；
采用倒装芯片(flipchip)的形式在基板电路层1.3的上表面固定LED芯片4，该LED芯片4选用的是CREE的C450DA3547-0311，该LED芯片4的大小为0.35mm×0.47mm，高度0.155mm。
采用第一种制作子板1的方式，先在LED芯片4处涂覆含荧光粉的胶，等胶固化后
再以LED芯片4为中心，在基板上冲压出可控弧度的杯状凹槽3，该杯状凹槽3的尺寸为：深度为0.20mm～0.30mm、上口的直径为0.5～0.55mm，下口的直径为0.40mm～0.50mm；
然后，往杯状凹槽3内填充高透光率树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯树脂。完成子板1的制作。如图2所示。
子板1制作完成后再制作母板2。
取0.20mm～0.30mm导热胶，采用冲床与模具进行冲切出与子板1形状相配的散热母板。
将得到的子板1与散热母板2进行压合得到本发明的LED封装结构，最后将本发明的LED封装结构与凹型灯具进行粘合，测定其热阻。
其中，R=（T2-T1）/P，P=0.155W，并与现有技术的杯状封装结构进行对比。
从以上测试结果可看出，本发明的LED封装结构与现有杯状封装结构相比，热阻明显下降，LED芯片4在工作时的温度更低。也就是说本发明的LED封装结构的散热性能更好。
虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种LED封装结构，其特征在于，包括：
具有第一表面和相对的第二表面的子板(1)，在所述第一表面上形成有若干个彼此间隔开的杯状凹槽(3)，在各所述杯状凹槽(3)的底部均设有LED芯片(4)，在所述第二表面上在相邻杯状凹槽之间形成了相应的凹部；
散热母板(2)，其设有若干个彼此间隔开的凸起(5)，
其中，所述子板和母板互相连接，使得所述母板的各个凸起(5)分别接合到相应的凹部，从而导致各个凸起(5)的底面与各个杯状凹槽的底面构成一个平整的散热平面，所述子板(1)包括散热层(1.1)、设在散热层(1.1)上的介电层(1.2)和设在介电层(1.2)上的电路层(1.3)。
2.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，在所述杯状凹槽(3)中填充有透光材料。
3.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述凸起(5)的外形与杯状凹槽(3)的外形相配。
4.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述凸起(5)为方形，所述凸起(5)的宽度与凹部的底部的宽度相适配。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的LED封装结构，其特征在于，所述杯状凹槽(3)的深度为0.2～1.0mm，杯状凹槽(3)的底部直径为1～6mm，所述杯状凹槽(3)的侧面的斜度为5°～60°。
6.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述散热层(1.1)为铜箔或铝箔，其厚度为50～120μm；所述介电层(1.2)由聚酰亚胺、液晶高分子聚合物、聚脂中的一种制作成，其厚度为10～25μm。
7.根据权利要求6所述的LED封装结构，其特征在于，所述电路层(1.3)为由铜箔制作成，其厚度为20～60μm。
8.一种LED封装结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)子板(1)的制作；
I.先得到包括散热层(1.1)、介电层(1.2)和电路层(1.3)的子板基板，再在所述基板上倒装贴装LED芯片(4)；
II.然后对所有的LED芯片(4)表面涂覆含荧光粉的胶；
III.再然后以每个LED芯片(4)为中心，对应每个LED芯片(4)均冲压出一个杯状凹槽(3)，使LED芯片(4)位于杯状凹槽(3)的底部；
IV.最后向杯状凹槽(3)内填充高透光树脂；
2)散热母板(2)的制作；采用模具和冲床对散热母板材料进行冲切，冲切出与子板(1)的杯状凹槽(3)的外形相配的若干个凸起(5)；
3)散热母板(2)与子板(1)固定连接；
将子板放置在散热母板(2)上，并使子板(1)的杯状凹槽(3)与散热母板(2)的凸起(5)间隔排列；
若散热母板(2)的材料为导热胶，则采用压合的方式使子板(1)与散热母板(2)连接；
若散热母板(2)的材料为铜、铝或铜表面镀锡中的一种，则通过焊接的方式使子板(1)与散热母板(2)连接；
子板(1)与散热母板(2)压合或焊接后，凸起(5)的底部与杯状凹槽(3)的底部位于同一平面，构成一个平整的散热平面。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤1)中子板(1)的制作；
I.先得到包括散热层(1.1)、介电层(1.2)和电路层(1.3)的子板基板，再在所述基板上倒装贴装LED芯片(4)；
II.然后每个LED芯片(4)为中心，对应每个LED芯片(4)均冲压出一个杯状凹槽(3)，使LED芯片(4)位于杯状凹槽(3)的底部；
III.最后，再用含荧光粉的高透光树脂填充杯状凹槽(3)。
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