CN103943735B - 一种led日光灯管的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED日光灯管的制作方法，包括：1)板式LED光源的制作，在倒装芯片衬底镀上底部镀层，在铝基板的上镀金或镀银作为共晶层，在共晶层表面点焊料，再把倒装芯片放在焊料上，加热铝基板共晶层，待焊料溶解后倒装芯片焊接于铝基板上；在包括有倒装芯片的铝基板上制作透镜LENS结构，完成日光灯管用板式LED光源的制作；2)日光灯管的制作，选灯罩，对灯罩表面粗化处理；在灯罩表面粗化层上再制备一层光学增透膜；将板式LED光源放在灯罩下，在板式LED光源下面设有散热体和电源后，组装成LED灯管。该LED日光灯管封装成本和应用成本低，热阻低，透光率高，亮度高，可靠性好，便于标准组装及应用。

Description

一种LED日光灯管的制作方法
技术领域
本发明属于半导体器件封装技术领域，涉及一种新型的LED日光灯管的制作方法。
背景技术
LED日光灯管已经成为21世纪室内照明的一种趋势，LED日光灯管以质优、耐用、节能、环保为主要特点，成为了照明领域的主流。LED日光灯管投射角度调节范围大，15W的亮度相当于普通40W日光灯，节电高达80％以上，寿命为普通灯管的10倍以上，几乎是免维护，不存在要经常更换灯管、镇流器、起辉器的问题。
但是传统LED日光灯管一般采用中小功率TOP型光源贴片封装，且灯罩透光率低，光效低，热阻大，封装成本和应用成本较高，制造工序繁琐。
与中小功率TOP型光源贴片组装的日光灯管相比，倒装焊接的LED光源组装的日光灯管有着相对大的发光面积和非常好的功率转化效率，因此，针对传统LED日光灯管存在的缺点，本发明将从使用的光源以及灯罩方面对其进行全面的改进。
发明内容
为了打破传统的封装和组装方式，本发明提供一种新型的LED日光灯管的制作方法，封装成本和应用成本低，热阻低，透光率高，亮度高，可靠性好，便于标准组装及应用等优点。
本发明所采用的技术方案是：
一种LED日光灯管的制作方法，该方法包括以下步骤：
1)板式LED光源的制作
A、首先使用电镀工艺或溅射其他化学方法在倒装芯片的蓝宝石衬底底部镀上纯锡或金锡合金作为倒装芯片底部的镀层；
B、在铝基板的上表面镀金或镀银作为共晶层；
C、在铝基板镀金或镀银的共晶层表面点上焊料，再把底部镀有纯锡或金锡合金的倒装芯片放置在焊料上，加热铝基板共晶层，共晶层中的金或银元素渗透到纯锡或金锡合金镀层中，待焊料溶解后倒装芯片即可焊接于铝基板上；
D、在步骤C完成的基础上，在包括有倒装芯片的铝基板上制作透镜LENS结构，即可完成日光灯管用板式LED光源的制作；
2)日光灯管的制作
A、选用有机玻璃或PC材质的灯罩，使用蚀刻法对灯罩表面进行粗化处理；
B、表面粗化完成后，然后使用真空蒸镀、化学气相沉积或溶胶—凝胶镀膜方法在灯罩表面粗化层上再制备一层光学增透膜；
C、将步骤1)制作好的板式LED光源放置在表面粗化并加有光学增透膜的灯罩下面，在板式LED光源下面设置散热体和电源后，组装成LED灯管，即完成LED日光灯管的制作。
进一步地，所述倒装芯片底部的镀层厚度为0.2-1μm，所述铝基板表面的共晶层的厚度与倒装芯片底部的镀层厚度相同。
进一步地，所述加热铝基板共晶层温度至280-320℃。
进一步地，所述灯罩表面进行粗化处理是在灯罩外表面沿其长度方向蚀刻为水波纹图案，相邻水波纹之间的距离为1-3mm，相邻水波纹之间的表面粗化层粗糙度为500-1000nm。
进一步地，所述将制作好的板式LED光源呈阵列方式布置在表面粗化并加有光学增透膜的灯罩下面。
进一步地，所述光学增透膜材质为CaF2、MgF2、PbS或PbSe，所述增透膜的厚度为100-200nm，增透膜的折射率为1.23-1.4。
进一步地，所述倒装芯片的功率选择为1-3W。
相对于现有的LED日光灯管，本发明的有益效果在于：
(1)新型板式倒装芯片封装的LED光源散热通道更直接，直接从倒装芯片→助焊剂→铝基板，而传统SMD光源应用于日光灯管，热阻较高，散热通道从芯片→固晶胶→支架→PIN脚→锡膏→铝基板；并且板式LED封装结构气密性较好。
(2)该LED日光灯管使用的板式LED光源，比贴片封装视觉大且容易调整，减少了出光折射损失，间接提高了光效。且板式LED光源使用共晶工艺封装，降低了器件的热阻，提高了器件的可靠性。并且新型的光源结构，节省了支架等物料成本，贴片和焊接工艺，整体成本会大幅下降。
(3)该LED日光灯管采用的灯罩经表面粗化处理且加有光学增透膜后，可以给光子提供更多出射的机会，这是因为表面粗化后增加了接触面积和经过激光辐照后，具有了更高的空穴浓度。光学增透膜减少了反射光的强度，从而增加了透射光的强度。
(4)使用大功率1-3W的倒装芯片，可以得到亮度高的板式LED光源，其中，倒装芯片的功率最佳选择为1W，因为功率越小，其产生的热量越小，越利于日光灯管的散热，其可靠性越好。
(5)倒装芯片镀层厚度和铝基板的共晶层厚度为0.2-1μm，其最佳厚度均为0.6μm，在此厚度下，共晶效果最佳。
(6)采用共晶工艺封装的倒装焊接板式LED光源，使用共晶焊接工艺，无须额外附加焊力，不会因固晶焊力过大而令过多的共晶合金溢出，减低了LED光源产生短路的机会。倒装芯片底部镀层选用屈服强度很高的纯锡或金锡合金，能够胜任气密性的要求。因没有金线焊垫阻碍，电流流通的距离缩短，电阻减低，所以热的产生也相对降低。同时这样的接合亦能有效地将热转至下一层的散热基板再转到器件外面去。
(7)经过表面处理的独特的灯罩，其表面粗糙度为500-1000nm，其最优表面粗糙度为780nm，此时，出光效率达到最大。若表面粗糙度过小，其接触面积太小，表面粗糙度过大，不利于出光。
(8)相对于现有的采用中小功率TOP型光源贴片封装和普通灯罩组装技术，本发明采用倒装焊接的LED光源和表面处理的灯罩组装的日光灯管有着相对大的发光面积和非常好的功率转化效率，透光率高。
根据本发明提供的LED日光灯管，其发光角度在210°左右，而传统LED日光灯管的发光角度在360°左右，与传统LED日光灯管相比，本发明的LED日光灯管亮度大大提高。
此外，本发明的LED日光灯管制造工序相对简单，封装成本和应用成本较低，且散热通道直接，减少了热阻，也间接提高了LED日光灯管的寿命，适应于LED日光灯管的发展趋势。
附图说明
图1是本发明提供的使用共晶工艺封装单颗LED光源的剖面示意图。
图2是本发明提供的封装好的板式LED光源的整体示意图。
图3是本发明提供的LED日光灯管灯罩经表面粗化后的示意图。
图4是本发明提供的LED日光灯管灯罩表面制备有光学增透膜的示意图。
图5是本发明LED日光灯管形成的典型的配光曲线效果图。
其中，1是铝基板；2是铝基板表面的共晶层；3是焊料；4是倒装芯片底部的镀层；5是倒装芯片；6是Lens透镜；7是灯罩的表面粗化层；8是灯罩的光学增透膜层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种新型日光灯管的制作方法，包括板式LED光源的制作和日光灯管的制作。
首先，制作板式LED光源：
第一，使用电镀工艺或溅射等其他化学方法在倒装芯片5的蓝宝石衬底底部镀上纯锡或金锡合金作为与铝基板接触面的倒装芯片底部的镀层4，所用倒装芯片5的功率为1-3W，镀层厚度为0.2-1μm。
第二，在铝基板1的上表面镀金或镀银作为共晶层2，共晶层厚度与倒装芯片底部的镀层厚度基本相当。
第三，在铝基板共晶层2表面点上流动性高、颗粒细的焊料锡膏；再把底部镀有纯锡或金锡合金的倒装芯片5按照一定的间距一颗颗地放置在焊料3上，加温铝基板1至适当的共晶温度约300℃左右时，金或银元素就会渗透到金锡合金层，待焊料溶解后倒装芯片5即可焊接于铝基板1上。
第四，在焊好的倒装芯片上制作LENS透镜6结构，严格控制Lens透镜成型，即可完成日光灯管用板式LED光源的制作，图2是封装好的板式LED光源的整体示意图。
其次，参阅图3，选用透光率相对较高、折射率高，折射率范围为1.5-1.9之间的有机玻璃或PC材质的灯罩，对灯罩表面使用蚀刻法进行表面粗化处理，7是灯罩经粗化后的表面粗化层，在灯罩外表面沿其长度方向蚀刻为水波纹图案，相邻水波纹之间的距离为1-3mm，相邻水波纹之间的灯罩的表面粗糙度为500-1000nm。表面粗化完成后，参阅图4，使用真空蒸镀、化学气相沉积、溶胶—凝胶镀膜等方法在表面粗化的灯罩表面再制备一层光学增透膜8，增透膜材质为CaF2、MgF2、PbS或PbSe等，增透膜的厚度为100-200nm，增透膜的折射率为1.23-1.4。
最后，使用制作好的倒装芯片封装的板式LED光源放置在表面粗化并加有光学增透膜的灯罩下面，在板式LED光源下面设置散热体和电源后，组装成LED灯管，即完成LED日光灯管的制作。
图5是本发明LED日光灯管配光曲线的效果图，根据本发明提供的LED日光灯管，其发光角度在210°左右，而传统LED日光灯管的发光角度在360°左右，LED日光灯管与传统LED日光灯管相比，亮度大大提高。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (7)

1.一种LED日光灯管的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)板式LED光源的制作
A、首先使用电镀工艺或溅射化学方法在倒装芯片的蓝宝石衬底底部镀上纯锡或金锡合金作为倒装芯片底部的镀层；
B、在铝基板的上表面镀金或镀银作为共晶层；
C、在铝基板镀金或镀银的共晶层表面点上焊料，再把底部镀有纯锡或金锡合金的倒装芯片放置在焊料上，加热铝基板共晶层，共晶层中的金或银元素渗透到纯锡或金锡合金镀层层中，待焊料溶解后倒装芯片即可焊接于铝基板上；
D、在步骤C完成的基础上，在包括有倒装芯片的铝基板上制作LENS透镜结构，即可完成日光灯管用板式LED光源的制作；
2)日光灯管的制作
A、选用有机玻璃或PC材质的灯罩，使用蚀刻法对灯罩表面进行粗化处理，表面粗化层粗糙度为500-1000nm；
B、表面粗化完成后，然后使用真空蒸镀、化学气相沉积或溶胶—凝胶镀膜方法在灯罩表面粗化层上再制备一层光学增透膜；
C、将步骤1)制作好的板式LED光源放置在表面粗化并加有光学增透膜的灯罩下面，在板式LED光源下面设置散热体和电源后，组装成LED灯管，即完成LED日光灯管的制作。
2.根据权利要求1所述的LED日光灯管的制作方法，其特征在于，所述倒装芯片底部的镀层厚度为0.2-1μm，所述铝基板表面的共晶层的厚度与倒装芯片底部的镀层厚度相同。
3.根据权利要求1所述的LED日光灯管的制作方法，其特征在于，所述加热铝基板共晶层温度至280-320℃。
4.根据权利要求1所述的LED日光灯管的制作方法，其特征在于，所述灯罩表面进行粗化处理是在灯罩外表面沿其长度方向蚀刻为水波纹图案，相邻水波纹之间的距离为1-3mm。
5.根据权利要求1所述的LED日光灯管的制作方法，其特征在于，所述将制作好的板式LED光源呈阵列方式布置在表面粗化并加有光学增透膜的灯罩下面。
6.根据权利要求1所述的LED日光灯管的制作方法，其特征在于，所述光学增透膜材质为CaF2、MgF2、PbS或PbSe，所述增透膜的厚度为100-200nm，增透膜的折射率为1.23-1.4。
7.根据权利要求1所述的LED日光灯管的制作方法，其特征在于，所述倒装芯片的功率选择为1-3W。
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