CN104900780B - Led卷对卷封装模组 - Google Patents

Abstract

一种LED卷对卷封装模组，包括基板、LED芯片、驱动电源、电子线路、传感器和片状荧光粉、封帽，其特征在于基板、LED芯片、驱动电源、电子线路、传感器和片状荧光粉，通过基于卷对卷集成封装为一体化模块，LED芯片、驱动电源、电子线路和片状荧光粉平面放置在基板上或一侧或两侧，LED芯片隐埋在基板上，基板表面和内部设有布线层，基板上设有凹槽，一个或者多个由单个或多个传感器芯片堆叠集成的多种传感器被封装在凹槽之中，用封帽与基板键合起来将传感器封装在凹槽腔体内。本发明的优点是可以实现超低成本直接白光封装及相应的卷对卷/卷对版封装,提高生产效率、降低生产成本。

Description

LED卷对卷封装模组

技术领域

本发明涉及一种LED封装模块,特别涉及一种LED卷对卷封装模组。

背景技术

中游封装是实现LED从芯片走向最终产品所必需的中间环节，起着保护芯片、电信号连接和增强性能等功能；然而制约白光LED走向普及的障碍之一就是封装成本。目前封装技术工艺步骤多，产品的一致性较差，离理想的单Bin档还有距离，其中封装及测试成本占据了LED制造成本中的近一半。封装成本下降是未来发展的一个趋势，所以研发低成本大批量高质量的LED封装技术也成了亟待解决的难点和热点。

目前，各大跨国LED公司也都在研究晶圆级LED封装。可见研究大尺寸晶圆级封装是厂商和研究人员们的共识。

随着技术的进步，有了直接白光的芯片，人们就可以极大简化传统的封装工艺，有了拿来即用的白光器件，可以采用IC工业中系统封装（SiP）的概念进一步集成形成各种白光模组。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,提供一种LED卷对卷封装模组。针对LED封装中关键的荧光粉涂覆工艺，本发明提出晶圆级直接白光技术，采用该技术将能够制备直接用于照明模块的直接白光LED芯片，该技术有望大大提高生产效率，节省荧光粉胶材料，有可能实现大规模封装单Bin的光色一致性。本发明通过基于基板的卷对卷封装技术，将LED芯片通过封装进行集成。从而在很小的封装体积内低成本地实现LED芯片的卷对卷封装，而且方便安装与使用。在完成直接白光LED芯片制作后，本发明提出采用类似大幅面卷到卷（Roll-to-Roll,R2R）/卷到版（Roll-to-Plate,R2P）技术（如RFID射频标签、微光学导光板、OLED、柔性太阳能电池以及纳米压印），在柔性/硬性基板上进行多功能LED照明模块和系统封装，大幅面卷对卷/卷对版封装一次可以做出几千个模块，可以期望封装成本大大降低，产品一致性大大提高。

本发明主要包括:基板、LED芯片、驱动电源、电子线路、传感器和片状荧光粉、封帽，其特征在于基板、LED芯片、驱动电源、电子线路和片状荧光粉经卷对卷集成封装为一体化模块，LED芯片、驱动电源、电子线路、传感器和片状荧光粉平面放置在基板侧面，其中LED芯片隐埋在基板上，基板表面和内部设有布线层，基板上设有凹槽，一个或者多个LED芯片被封装在凹槽之中，用封帽与基板键合起来将传感器封装在凹槽腔体内。

所述基板为陶瓷基板或环氧玻璃布层压板(FR4基板)或硅基板或柔性基板或直接敷铜陶瓷（简称DBC）基板或直接电镀陶瓷（简称DPC）基板或印刷电路板（简称PCB基板），印刷电路板（简称PCB基板）、FR4基板的材料为覆铜板和铝基板。

所述印刷电路板、环氧玻璃布层压板(FR4基板)在基板的中间线处设有一腔体，腔体处于应力低区域，应力低区域比基板表面应力(Pa)低1/3～2/3。

所述印刷电路板用卷对卷封装技术，挠性覆铜板经贴膜、曝光、湿洗流程形成电路，在挠性覆铜板上附着有一层保护挠性覆铜板及键合材料的保护层，其厚度为50μm～100μm。

所述LED芯片与基板连接方式为倒装焊或引线键合方式，LED芯片可以为水平结构LED芯片、倒装结构LED芯片、垂直结构LED芯片或者是高压LED芯片。LED芯片经焊球与驱动电源、电子线路、传感器连接，在隐埋的LED上方按LED的轮廓保形涂覆一层薄层保护材料，或者在隐埋的LED空腔内完全填满保护材料或不填充任何保护介质，或者在隐埋的LED空腔上方设置保护的封帽。LED芯片隐埋在基板上（隐埋式封装），隐埋LED的空腔上方盖有保护的封帽，封帽上的键合环区域为带有缓冲腔的双墙结构。封装方式中还包含触点阵列封装(LGA)、球栅阵列封装(BGA)、基板侧面加工有用于信号互连的金属面。

本发明的优点是将大幅面卷对卷/卷对版技术应用于LED封装中，制作集成电源驱动、电路和直接白光LED芯片的照明模块，将大幅降低LED制造成本，为LED照明技术带来新的革命。

附图说明

图1基板集成方式下专用集成电路与LED芯片集成后再进行卷对卷封装结构示意图；

图2本发明在硬性基板上封装集成方式的结构示意图；

图3采用卷对卷技术将LED芯片封装与柔性基板上的结构示意图。

图中：1水平结构LED、2高压LED、3交流LED、4驱动电源芯片、5封帽、6电路转换芯片、7基板、7b挠性覆铜板、8焊料、9焊点、9b焊球、10专用集成电路、11填充物、12填充物、14中介层、17a柔性电路、19薄层保护材料。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

实施例一

本实施例中采用卷对卷（roll-to-roll）技术，在柔性或硬性基板上进行多功能LED照明模块和系统封装，通过基于卷对卷封装技术进行封装集成为一体化模块，大幅面卷对卷/卷对版封装一次可以做出几千个模块。本实施例中的基板为硬性基板，参见图1，LED模块由水平结构LED1、高压LED2、交流LED3、驱动电源芯片4、电路转换芯片6、专用集成电路10组成。水平结构LED1、高压LED2、交流LED3、驱动电源芯片4、电路转换芯片6及专用集成电路10通过焊料8与带互连的基板7进行平面阵列集成为一体化的LED模块，并由焊点9将信号引出。为了提升可靠性，本实施例所述的LED模块采用封帽5进行保护。将专用集成电路做在封帽中与上述LED模块集成。基板7为陶瓷基板或环氧玻璃布层压板(FR4基板)或硅基板或柔性基板或直接敷铜陶瓷基板或直接电镀陶瓷基板或印刷电路板。本实施例中的基板7为陶瓷基板。印刷电路板及环氧玻璃布层压板(FR4基板)的材料为覆铜板和铝基板，本实施例中为覆铜板。印刷电路板用卷对卷封装技术，挠性覆铜板经贴膜、曝光、湿洗流程形成电路，在挠性覆铜板上附着有一层保护挠性覆铜板及键合材料的保护层，其厚度为50μm～100μm。印刷电路板在基板的中间线处设有一腔体，腔体处于应力低区域，应力低区域比基板表面应力(Pa)低1/3～2/3。LED芯片1、驱动电源芯片4、电路转换芯片6和片状荧光粉平面放置在基板7上，LED模块隐埋在基板7上。基板7表面和内部设有布线层，基板7上设有凹槽，一个或者多个LED芯片被封装在凹槽之中，用封帽5与基板7键合起来将传感器封装在凹槽腔体内。

实施例二

实施例二与实施例一相同,所不同的是水平结构LED1、高压LED2、交流LED3、驱动电源芯片4、电路转换芯片6通过系统级封装于封帽5内，并通过硅通孔TSV与中介层14下的专用集成电路10互连，同时，交流LED3也与专用集成电路10互连。专用集成电路10通过填充物12进行保护，参见图2。

基板7的凹槽内填按LED模块轮廓涂覆一薄层保护材料。水平结构LED1与基板7连接方式为引线键合方式，水平结构LED1经焊点与驱动电源芯片4、电子线路、传感器连接，在隐埋的LED模块上方，按LED模块的轮廓保形涂覆一层薄层保护材料，在隐埋的LED模块空腔内不填充任何保护介质，在隐埋的LED模块空腔上方设置保护的封帽5。

实施例三

实施例三与实施例一相同,所不同的是本实施例中的基板为柔性基板7b。水平结构LED1封装在挠性覆铜板7b之上。本实施例中采用卷对卷（roll-to-roll）技术，在柔性基板上进行多功能LED模块和系统封装，大幅面卷对卷/卷对版封装一次可以做出几千个模块。将LED照明模块封装在挠性覆铜板7b上，卷对卷技术是一种高效能、连续性的生产方式，专门处理可挠性质的薄膜，该类薄膜或软板从原筒状的料卷卷出后，再在软版上加入特定用途的功能，或在软版的表面加工，然后再卷成圆筒状或进行裁切。参见图3。将LED芯片通过焊球9b键合与挠性覆铜板7b上的柔性电路17a互连，19为薄层保护材料，保护材料19的厚度为50～100μm，用于保护挠性覆铜板及键合材料，这层材料的厚度为70um-150um,并且这层材料可以采用光刻、刻蚀等微加工工艺对其进行加工，在其上形成微结构。

Claims (5)

1.一种LED卷对卷封装模组,包括：基板、LED芯片、驱动电源、电子线路、传感器和片状荧光粉、封帽，其特征在于基板、LED芯片、驱动电源、电子线路、传感器和片状荧光粉经卷对卷集成封装为一体化模块，LED芯片、驱动电源、电子线路和片状荧光粉平面放置在基板侧面，其中LED芯片隐埋在基板上，基板表面和内部设有布线层，基板上设有凹槽，一个或者多个LED芯片被封装在凹槽之中，用封帽与基板键合起来将传感器封装在凹槽腔体内，印刷电路板、环氧玻璃布层压板在基板的中间线处设有一腔体，腔体处于应力低区域，应力低区域比基板表面应力低1/3～2/3。

2.根据权利要求1所述的LED卷对卷封装模组，其特征在于基板为陶瓷基板或环氧玻璃布层压板或硅基板或柔性基板或直接敷铜陶瓷基板或直接电镀陶瓷基板或印刷电路板，印刷电路板及环氧玻璃布层压板的材料为覆铜板和铝基板。

3.根据权利要求1所述的LED卷对卷封装模组，其特征在于所述基板的凹槽内填充满保护材料或按LED轮廓涂覆一薄层保护材料。

4.根据权利要求1所述的LED卷对卷封装模组，其特征在于所述印刷电路板用卷对卷封装技术，挠性覆铜板经贴膜、曝光、湿洗流程形成电路，在挠性覆铜板上附着有一层保护挠性覆铜板及键合材料的保护层，其厚度为50μm～100μm。

5.根据权利要求1所述的LED卷对卷封装模组，其特征在于所述LED芯片与基板连接方式为倒装焊或引线键合方式，LED芯片经焊球与驱动电源、电子线路、传感器连接，在隐埋的LED上方按LED的轮廓保形涂覆一层薄层保护材料，或者在隐埋的LED空腔内完全填满保护材料或不填充任何保护介质，或者在隐埋的LED空腔上方设置保护的封帽。