CN104409616A - 一种覆晶led集成光源结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种覆晶LED集成光源结构，所述结构包括预制基板和覆晶，所述覆晶通过回流焊焊接到预制基板上，其中，所述预制基板包括氮化铝陶瓷层，所述氮化铝陶瓷层上的敷铜线路层、反射区的普通反射层、电极焊盘，所述普通反射层上覆盖有白色硅胶反射层；回流焊前覆晶电极上预敷了焊锡。本发明有效地防止了以往技术中由于高温共晶回流焊致使普通反射层黄化而引起的覆晶集成光源光衰；有效地防止了以往技术中采用镀银造成的硫化和氧化；经过回流焊后，焊锡内的空穴少，有效地降低了焊锡结构的热阻；降低了LED集成光源加散热体组合的热阻；有效地把热导出到散热体上。
Description
技术领域
本发明涉及照明领域，特别是涉及一种覆晶LED集成光源结构。
背景技术
以往的LED覆晶集成光源(或称之为覆晶COB)，其制造方法一是通过金锡共晶(AuSn 80/20)回流焊，把覆晶焊接到LED集成光源预制基板上的(参见附图1)。采用该结构有如下问题：金锡共晶回流焊是通过固晶，然后对预敷在覆晶电极上的金锡共晶进行高温(>283C)回流焊，使得覆晶和预制基板结合。所以当覆晶集成光源反光区的反光材料为普通反光材料，即白色油墨阻焊层(Liquid photoimageable solder mask)时，由于采用了高温共晶回流焊致使反光材料发生黄化，而使其对可见光的反射率下降，最终导致覆晶集成光源的光效降低。其结构和方法二是通过锡膏SAC305回流焊，把覆晶焊接到LED集成光源预制基板上的(参见附图2)。采用该结构有如下问题：锡膏回流焊是采用钢网印刷锡膏到预制基板的芯片电极上，然后通过固晶以及共晶回流焊，使得覆晶和预制基板结合。好处是锡膏SAC305的熔点小于220C，避免了普通反光材料高温黄化问题。但坏处是锡膏回流焊后会形成焊锡含有空穴(10～30％的空穴率)，导致同等厚度的焊锡热阻比金锡共晶的热阻大，空穴越多，热阻越大。这种含空穴的焊锡成为覆晶集成光源的导热瓶颈。
以往的覆晶集成光源的反射区表面上露出了镀银的导线层(参见附图1和2)，容易被硫化和氧化，镀银层在覆晶集成光源长时间工作时会发黑，导致反射区可见光的反射率下降，最终导致覆晶集成光源的光衰。
以往的覆晶集成光源，基板背面为无其他敷着材料的氮化铝AlN陶瓷表面。覆晶集成光源在散热体上的散热，需要通过导热率不高的导热硅脂，或导热膏(1～8w/mk导热率)进行传热。可能成为整体覆晶集成光源加散热体组合的导热瓶颈。
发明内容
本发明提供了一种覆晶LED集成光源结构，其中，
所述结构包括预制基板和覆晶，所述覆晶通过回流焊焊接到预制基板上，其中，所述预制基板包括氮化铝陶瓷层，所述氮化铝陶瓷层上的敷铜线路层、反射区的普通反射层、电极焊盘，所述普通反射层上覆盖有白色硅胶反射层；回流焊前所述覆晶上预敷了焊锡。
进一步地，所述预制基板的芯片焊盘、电极焊盘以及导线表面镀了金或银。
进一步地，所述焊锡成分为AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C。
进一步地，所述氮化铝陶瓷背面选择块状的敷铜结构，其表面镀金。
进一步地，所述光源结构应用于不同功率、不同串并联电路、不同尺寸大小的覆晶集成光源。
进一步地，若预制基板金属表面为镀银，围坝胶区域内被防硫化涂层覆盖。
本发明还提供了一种覆晶LED集成光源结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)形成所述预制基板，具体包括：
(1a)通过现有的厚膜印刷技术，或薄膜直接镀铜技术，完成氮化铝陶瓷上布置敷铜线路层；
(1b)制作集成光源发光区普通反射层，材料一般为白色阻焊层油墨，通过曝光显影、蚀刻技术和平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，保持反射层和敷铜层高度一致；
(1c)通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨；
(1d)露铜层表面化学沉金；
(1e)基板反射区的普通反射层之上，覆盖白色硅胶反射层；
(2)覆晶放置和布满在所述预制基板的芯片焊盘上；
(3)共晶回流焊把阵列覆晶焊接到预制基板上；
(4)硅胶围坝胶制作；
(5)覆盖荧光粉硅胶层。
本发明又提供了一种覆晶LED集成光源结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)形成所述预制基板，具体包括：
(1a)通过现有的厚膜印刷技术，或薄膜直接镀铜技术技术，完成氮化铝陶瓷上布置敷铜线路层；
(1b)制作集成光源发光区普通反射层，材料一般为白色阻焊层油墨，通过曝光显影、蚀刻技术和平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，保持反射层和敷铜层高度一致；
(1c)通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨；
(1d)露铜层表面化学沉银；
(1e)基板反射区的普通反射层之上，覆盖白色硅胶反射层；
(2)共晶回流焊把阵列覆晶焊接到预制基板上；
(3)硅胶围坝胶制作；
(4)围坝胶区域内防硫化涂层覆盖；
(5)覆盖荧光粉硅胶层。
本发明的优点在于：有效地防止了以往技术中由于高温共晶回流焊致使普通反射层黄化而引起的覆晶集成光源光衰；有效地防止了以往技术中采用镀银造成的硫化和氧化；经过回流焊后，焊锡内的空穴少，有效地降低了焊锡结构的热阻；降低了LED集成光源加散热体组合的热阻；有效地把热导出到散热体上。
附图说明
图1a、1b是现有技术中的覆晶集成光源结构一。
图2a、2b是现有技术中的覆晶集成光源结构二。
图3a-3d是本发明中的覆晶集成光源结构一。
图4a-4d是本发明中的覆晶集成光源结构二。
图5是本发明中的覆晶集成光源背面结构。
图6是本发明中的12串联2并联线路的覆晶集成光源。
图7是本发明中的12串联3并联线路的覆晶集成光源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的覆晶LED集成光源结构的具体实施方式做详细说明。
实施例1
如图3所示，其中基板反射区的普通反射层上，覆盖白色硅胶反射层(white reflective silicone)，其对可见光的反射率达90％以上。其中预制基板的芯片焊盘，和电极焊盘以及导线表面采用了镀金。其中回流焊前覆晶电极上预敷了焊锡，焊锡成分为AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料。其中所采用的覆晶截面如图3所示。其中覆晶是通过固晶和共晶回流焊焊接到预制基板上的。
如图5所示，预制氮化铝基板背面，可选择块状的敷铜结构，其表面镀金。
如图6和7所示，上述基板结构可以应用于不同功率，不同串并联电路，不同尺寸大小的覆晶集成光源。
对于反射区的普通反射层上的覆盖白色硅胶反射层(white reflectivesilicone)，其对可见光的反射率达90％以上，其在高温下(<350℃)无黄变。有效的防止了以往技术中由于高温共晶回流焊致使普通反射层黄化而引起的覆晶集成光源光衰。
同时，由于预制基板的芯片焊盘，和电极焊盘和导线表面采用了镀金，有效的防止了以往技术中采用镀银造成的硫化和氧化。
另外，由于芯片电极上的焊锡(AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料)是预敷上的，和以往的锡膏回流焊技术相比，无空穴。经过回流焊后，焊锡内的空穴少，有效的降低了焊锡结构的热阻。
再者，预制氮化铝(AlN)基板背面，可选择块状的表面镀银的敷铜结构。当选择这个结构时，用户端可以把集成光源，和集成光源的散热体通过低温焊锡(60w/mk导热率，<220℃熔点)连接，和以往的采用导热硅脂，或导热膏(1～8w/mk导热率)连接技术相比，降低了LED集成光源加散热体组合的热阻。有效的把热导出到散热体上。
所述LED覆晶集成光源结构的具体制备方法为：
首先形成预制基板：第一步，通过业界现有的厚膜印刷技术(thick filmscreen printing)，或薄膜直接镀铜技术(thin film Direct Plating Copper)技术，完成氮化铝(AlN)陶瓷上布置敷铜线路层。第二步，制作集成光源发光区普通反射层，材料一般为白色阻焊层油墨(Liquid photoimageable soldermask)，通过曝光显影，蚀刻技术和平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，保持反射层和敷铜层高度一致，如图所示。第三步，通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨(Liquidphotoimageable solder mask)。第四步，露铜层表面化学沉金。第五步，基板反射区的普通反射层之上，覆盖白色硅胶反射层(white reflective silicone)。
再形成LED集成光源：第一步，采用如图3中的覆晶，放置和布满在图3中的预制基板的芯片焊盘上。第二步，共晶回流焊把阵列覆晶，焊接到预制基板上。第三步，硅胶围坝胶制作。第四步，覆盖荧光粉硅胶层。
实施例2
如图4所示，其中基板反射区的普通反射层上，覆盖白色硅胶反射层(white reflective silicone)，其对可见光的反射率达90％以上。其中预制基板的芯片焊盘和电极焊盘以及导线表面采用了镀银。其中回流焊前覆晶电极上预敷了焊锡，其中焊锡成分为AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料。其中采用的覆晶截面如图四所示，覆晶是通过固晶和共晶回流焊焊接到预制基板上的。
当覆晶通过固晶和共晶回流焊焊接到预制基板上后，覆晶集成光源在围坝胶区域内，被包裹了防硫化涂层(silver-protective coating agent)，如图4所示。
如图5所示，预制氮化铝基板背面，可选择块状的敷铜结构，其表面镀银。
如图6和7所示，上述基板结构可以应用于不同功率，不同串并联电路，不同尺寸大小覆晶集成光源。
对于反射区的普通反射层上的覆盖白色硅胶反射层(white reflectivesilicone)，其对可见光的反射率达90％以上，其在高温下(<350℃)无黄变。有效的防止了以往技术中由于高温共晶回流焊致使普通反射层黄化而引起的覆晶集成光源光衰。
当预制基板的芯片焊盘，和电极焊盘和导线表面采用了镀银，为了防止镀银面的氧化和硫化，当覆晶通过固晶和共晶回流焊焊接到预制基板上后，在围坝胶区域内，被包裹了防硫化涂层(silver-protective coatingagent)。可以有效的提升银层面的抗氧化，抗硫化能力。
另外，由于芯片电极上的焊锡(AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料)是预敷上的。和以往的锡膏回流焊技术相比，无空穴。经过回流焊后，焊锡内的空穴少，有效的降低了焊锡结构的热阻。
再者，预制氮化铝(AlN)基板背面，可选择块状的表面镀银的敷铜结构。当选择这个结构时，用户端可以把集成光源，和集成光源的散热体通过低温焊锡(60w/mk导热率，<220℃熔点)连接，和以往的采用导热硅脂，或导热膏(1～8w/mk导热率)连接技术相比，降低了LED集成光源加散热体组合的热阻。有效的把热导出到散热体上。
所述LED覆晶集成光源结构的具体制备方法为：
第一步，通过业界现有的厚膜印刷技术(thick film screen printing)，或薄膜直接镀铜技术(thin film Direct Plating Copper)技术，完成氮化铝(AlN)陶瓷上布置敷铜线路层。第二步，制作集成光源发光区普通反射层，材料一般为白色阻焊层油墨(Liquid photoimageable solder mask)，通过曝光显影，蚀刻技术和平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，保持反射层和敷铜层高度一致，如图所示。第三步，通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨(Liquid photoimageablesolder mask)。第四步，露铜层表面化学沉银。第五步，基板反射区的普通反射层之上，覆盖白色硅胶反射层(white reflective silicone)。
再形成LED集成光源：第一步，采用如图四中的覆晶，放置和布满在图四中的预制基板的芯片焊盘上。第二步，共晶回流焊把阵列覆晶，焊接到预制基板上。第三步，硅胶围坝胶制作。第四步，围坝胶区域内防硫化涂层覆盖。第五步，覆盖荧光粉硅胶层。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，在上述说明书的描述中提到的数值及数值范围并不用于限制本发明，只是为本发明提供优选的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种覆晶LED集成光源结构，所述结构包括预制基板和覆晶，所述覆晶通过回流焊焊接到预制基板上，
其中，所述预制基板包括氮化铝陶瓷层，所述氮化铝陶瓷层上的敷铜线路层、反射区的普通反射层、电极焊盘，所述普通反射层上覆盖有白色硅胶反射层；
回流焊前所述覆晶上预敷了焊锡。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述预制基板的芯片焊盘、电极焊盘以及导线表面镀了金或银。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述焊锡成分为AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C。
4.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述氮化铝陶瓷背面选择块状的敷铜结构，其表面镀金。
5.根据权利要求1-3任一项所述的结构，其特征在于，所述光源结构应用于不同功率、不同串并联电路、不同尺寸大小的覆晶集成光源。
6.根据权利要求1-3任一项所述的结构，其特征在于，若预制基板金属表面为镀银，围坝胶区域内被防硫化涂层覆盖。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的覆晶LED集成光源结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)形成所述预制基板，具体包括：
(1a)通过现有的厚膜印刷技术，或薄膜直接镀铜技术，完成氮化铝陶瓷上布置敷铜线路层；
(1b)制作集成光源发光区普通反射层，材料一般为白色阻焊层油墨，通过曝光显影、蚀刻技术和平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，保持反射层和敷铜层高度一致；
(1c)通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨；
(1d)露铜层表面化学沉金；
(1e)基板反射区的普通反射层之上，覆盖白色硅胶反射层；
(2)覆晶放置和布满在所述预制基板的芯片焊盘上；
(3)共晶回流焊把阵列覆晶焊接到预制基板上；
(4)硅胶围坝胶制作；
(5)覆盖荧光粉硅胶层。
8.一种如权利要求3所述的覆晶LED集成光源结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)形成所述预制基板，具体包括：
(1a)通过现有的厚膜印刷技术，或薄膜直接镀铜技术技术，完成氮化铝陶瓷上布置敷铜线路层；
(1b)制作集成光源发光区普通反射层，材料一般为白色阻焊层油墨，通过曝光显影、蚀刻技术和平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，保持反射层和敷铜层高度一致；
(1c)通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨；
(1d)露铜层表面化学沉银；
(1e)基板反射区的普通反射层之上，覆盖白色硅胶反射层；
(2)共晶回流焊把阵列覆晶焊接到预制基板上；
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(5)覆盖荧光粉硅胶层。
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