CN106449624A - 发光二极管的封装结构及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光二极管的封装结构，涉及半导体封装技术领域。该封装结构包括金属基板，金属基板上铺设有绝缘层，绝缘层上开设有多个贯穿其的通孔，通孔的底部安装有LED晶粒，绝缘层的上方还设有用于外接电源的电极层，电极层的高度高于LED晶粒的高度，且电极层通过接合导线与LED晶粒电连接；通孔内通过注塑填充形成透镜，并包覆于所述LED晶粒上。本发明同时公开一种发光二极管的封装方法。本发明通过在绝缘层的通孔内设置LED晶粒，并在绝缘层的上方设置电极层，从而使电极层与各LED晶粒之间形成一定的高度差，有效解决了接合导线由于两端电极距离过近而发生跳电和短路的问题，提高了LED封装结构的使用效率。

Description

发光二极管的封装结构及其封装方法
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种发光二极管的封装结构及其封装方法。
背景技术
现有发光二极管封装(LED package)结构一般包括：散热基板、绝缘层、贴片式LED发光芯片、金属电极及透镜，其中各LED晶粒可随制程需要而选择以覆晶方式(Flip Chip)或导线方式(Wire bond)电性连接在散热基板上，以完成LED的封装。之后，再将上述LED封装结构固定连接在发光装置的散热器上，进而组成LED发光装置。通常而言，现有LED封装结构的散热基板是由一线路层、一绝缘层及一基板依序压合形成的。当LED晶粒在发光时会产生热能，该热能一般借由散热基板及散热器向外散热，从而避免热能存积过多以致影响该LED封装结构的使用效率及寿命。
然而，在LED封装或LED发光装置等相关领域中，当各LED晶粒选择以导线方式电性连接在散热基板上时，接合导线容易因高电压而发生跳电(由于不同电极间的距离过近而直接隔空电性跳接)，从而引起短路等问题。尤其是，现有LED封装都是针对低电压或低电流而设计的，致使该LED封装结构无法适用于直接外接交流电电源(如110V或220V)，因此在线路设计上须增加变压器，相对降低了LED封装结构的使用效率，并增加了其制作成本。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种发光二极管的封装结构，能够解决现有发光二极管封装结构容易因跳电而造成短路的问题，大大提高了LED封装结构的使用效率。
本发明的另一个目的是提出一种适用于上述发光二极管封装结构的封装方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种发光二极管的封装结构，包括金属基板，所述金属基板上铺设有绝缘层，所述绝缘层上开设有多个贯穿其的通孔，所述通孔的底部安装有LED晶粒，所述绝缘层的上方还设有用于外接电源的电极层，所述电极层的高度高于所述LED晶粒的高度，且所述电极层通过接合导线与所述LED晶粒电连接；所述通孔内通过注塑填充形成透镜，并包覆于所述LED晶粒上。
作为一种发光二极管的封装结构的优选方案，所述电极层上设有多组与各通孔一一对应的第一电极组，所述第一电极组包括分别设于通孔周缘附近的第一正极和第一负极。
作为一种发光二极管的封装结构的优选方案，所述LED晶粒上设有第二电极组，所述第二电极组包括分别通过接合导线与第一电极组电连接的第二正极和第二负极。
作为一种发光二极管的封装结构的优选方案，所述绝缘层的厚度为：0.5mm≤H≤2.5mm。
作为一种发光二极管的封装结构的优选方案，所述绝缘层的材质为FR-4环氧玻璃布基板。
作为一种发光二极管的封装结构的优选方案，多个所述通孔以阵列方式设置在所述绝缘层上。
作为一种发光二极管的封装结构的优选方案，相邻两个所述通孔之间的间距为：L≥0.12mm。
作为一种发光二极管的封装结构的优选方案，所述通孔的直径为：1.2mm≤D≤1.45mm。
作为一种发光二极管的封装结构的优选方案，当所述通孔的直径等于或接近1.2mm时，所述电极层所外接的电源为110V；当所述通孔的直径等于或接近1.45mm时，所述电极层所外接的电源为220V。
一种发光二极管的封装方法，其包括以下步骤：
步骤A：提供一金属基板，在其正面上贴合多个LED晶粒；
步骤B：提供一绝缘层，在其上设置多个贯穿其的通孔，以一对一对应于多个所述LED晶粒；
步骤C：在所述绝缘层的正面制作一电极层，用于外接电源；
步骤D：将设有电极层的绝缘层贴合在所述金属基板的正面，以使各LED晶粒分别对应容置于各通孔内，且各LED晶粒的高度低于电极层的高度；
步骤E：制作多组接合导线，分别将各LED晶粒与所述电极层电连接，用于给各LED晶粒提供电能；
步骤F：向绝缘层的各通孔内注入填充液料，形成多个透镜，用于封装各LED晶粒。
本发明的有益效果为：
本发明通过在绝缘层的通孔内设置LED晶粒，并在绝缘层的上方设置电极层，从而使电极层与各LED晶粒之间形成一定的高度差，有效防止了接合导线由于两端电极距离过近而发生跳电和短路的问题，而且各LED晶粒直接铺设在金属基板上，提升了该封装结构的散热功效。本发明结构简单，使用方便，不仅适用于低电压和低电流，而且适用于电压较高的交流电电源，同时还避免了采用变压器的麻烦，大大提高了该封装结构的使用效率，降低了其制作成本。另外，在绝缘层的各通孔内通过注塑形成透镜，包覆于各LED晶粒上，能有效控制用以制作该透镜的树脂用量，简化了透镜的制作过程，节约了加工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的发光二极管的封装结构的剖面示意图；
图2是本发明实施例一提供的绝缘层的俯视结构示意图；
图3是图2中A-A向剖面结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的发光二极管的封装结构的俯视结构示意图。
图中标记如下：
10-金属基板；11-正面；12-背面；20-绝缘层；21-正面；22-背面；23-通孔；30-电极层；31-第一电极组；40-LED晶粒；41-正面；42-第二电极组；50-接合导线；60-透镜。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1-图4所示，本实施例提供了一种优选的发光二极管的封装结构，其包括一金属基板10、一绝缘层20、一电极层30、多个LED晶粒40、多组接合导线50及多个透镜60。具体地，该金属基板10具有正面11和背面12，其中金属基板10的正面11上铺设贴合有绝缘层20，绝缘层20具有一定的厚度，其上开设有多个贯穿该绝缘层20的正面21和背面22的通孔23。这里，多个通孔23以阵列的方式设置在该绝缘层20上，如图2中，绝缘层20上共设有七行十列通孔23，其中相邻两通孔23的间距相等，其取值范围均为：L≥0.12mm。
进一步地，每个通孔23内容置有一个LED晶粒40，该LED晶粒40贴合在金属基板10的正面11上。此处，由于LED晶粒40直接铺设在金属基板10上，从而大大提升了该封装结构的散热功效。而且，每个LED晶粒40的正面41上设有一组第二电极组42，包括第二正极和第二负极，分别用于与电极层30电性连接。
本实施例中，绝缘层20的正面21上还设有电极层30，用于外接电源；且电极层30的高度高于LED晶粒40的高度，这里，由于电极层30是设置在绝缘层20上的，所以应保证绝缘层20的厚度大于LED晶粒40的厚度。具体地，绝缘层20的厚度为：0.5mm≤H≤2.5mm。电极层30上设有多组第一电极组31，分别与各通孔23一一相对应；其中每组第一电极组31包括分布于通孔23周缘附近的第一正极和第一负极，分别通过接合导线50与相应LED晶粒40的第二正极和第二负极电性连接。
进一步地，通孔23的直径优选为：1.2mm≤D≤1.45mm。根据通孔23直径的不同，该封装结构可以选择与不同电压的外接电源相连接，如：当通孔23的直径等于或接近1.2mm时，电极层30所外接的电源为110V；当通孔23的直径等于或接近1.45mm时，电极层30所外接的电源为220V。本发明通过在电极层30与各LED晶粒40之间形成一定的高度差，有效防止了接合导线50由于两端电极距离过近而发生跳电和短路的问题，使得该封装结构能够直接与交流电电源(如110V或220V)连接，避免了采用变压器的麻烦，大大提升了该封装结构的使用效率。
本发明各通孔23内注有液体树脂，液体树脂凝固后即形成透镜60，透镜60包覆在LED晶粒40上，完成封装。由于上述各通孔23的大小体积(如圆径和深度)皆已设定，故在制作成型该透镜60时，能事先有效控制用以制作该透镜60的树脂用量，从而更能有效控制混合在该树脂中的配料用量(如混光用配料的百分浓度)，有利于简化透镜60的制程，并降低透镜60的制作成本。
另外，本实施例中绝缘层20的材质优选采用FR-4环氧玻璃布基板。FR-4是美国电子制造业协会(NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association)所定义的代码，其中FR代表的意义是添加了不易着火的物质使PCB板具有难燃(Flame Retardent)或抗燃(Flame Resistance)性。当然，绝缘层20也可以选择FR-1材料，两者的区别在于，FR-1使用纸基板，而FR-4使用的是玻璃布基板。
实施例二
本实施例提出一种适用于上述发光二极管封装结构的封装方法，其具体包括如下步骤：
步骤A：提供一金属基板10，在其正面11上贴合多个LED晶粒40；
这里，多个LED晶粒40在金属基板10的正面11上采用阵列方式进行排布，具体可以根据需要设置为矩形阵列、圆形阵列、椭圆阵列、三角阵列等。而且，各LED晶粒40上设有第二电极组42，第二电极组42包括第二正极和第二负极。
步骤B：提供一绝缘层20，在其上设置多个贯穿其的通孔23，以一对一对应于多个LED晶粒40；
本步骤中，绝缘层20具有一定的厚度，且该厚度大于LED晶粒40的厚度，以保证封装完成后，绝缘层20上的电极层30的高度高于LED晶粒40的高度。此外，绝缘层20上的多个通孔23也采用阵列方式进行排布，并且与步骤A中各LED晶粒40的排布方式相一致。
步骤C：在绝缘层20的正面21制作一电极层30，用于外接电源；
该步骤还包括，在电极层30上设置多组第一电极组31，其中各第一电极组31均由第一正极和第一负极组成，且各第一电极组31分布在靠近各通孔23的周缘位置处。
步骤D：将设有电极层30的绝缘层20贴合在金属基板10的正面11上，以使各LED晶粒40分别对应容置于绝缘层20的各通孔23内；
该步骤完成后，各LED晶粒40的高度应低于电极层30的高度，通过两者形成的高度差，有效防止现有技术中由于电极距离过近而发生跳电和短路的问题。
步骤E：制作多组接合导线50，分别将各LED晶粒40与电极层30电连接，用于给各LED晶粒40提供电能；
这里，各组接合导线50均包含两根接合导线50，每根接合导线50的一端与第一电极组31的正极(或负极)连接，另一端与对应的第二电极组42的正极(或负极)连接。
步骤F：向绝缘层20的各通孔23内注满树脂材料，形成多个透镜60，用于封装各LED晶粒40。
通过本方法制作的发光二极管封装结构，不仅适用于低电压和低电流，而且适用于电压较高的交流电电源，同时还避免了采用变压器的麻烦，大大提高了该封装结构的使用效率，降低了其制作成本。
注意，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装结构，包括金属基板(10)，所述金属基板(10)上铺设有绝缘层(20)，所述绝缘层(20)上开设有多个贯穿其的通孔(23)，所述通孔(23)的底部安装有LED晶粒(40)，其特征在于，所述绝缘层(20)的上方还设有用于外接电源的电极层(30)，所述电极层(30)的高度高于所述LED晶粒(40)的高度，且所述电极层(30)通过接合导线(50)与所述LED晶粒(40)电连接；所述通孔(23)内通过注塑填充形成透镜(60)，并包覆于所述LED晶粒(40)上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其特征在于，所述电极层(30)上设有多组与各通孔(23)一一对应的第一电极组(31)，所述第一电极组(31)包括分别设于通孔(23)周缘附近的第一正极和第一负极。
3.根据权利要求2所述的发光二极管的封装结构，其特征在于，所述LED晶粒(40)上设有第二电极组(42)，所述第二电极组(42)包括分别通过接合导线(50)与第一电极组(31)电连接的第二正极和第二负极。
4.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管的封装结构，其特征在于，所述绝缘层(20)的厚度为：0.5mm≤H≤2.5mm。
5.根据权利要求4所述的发光二极管的封装结构，其特征在于，所述绝缘层(20)的材质为FR-4环氧玻璃布基板。
6.根据权利要求4所述的发光二极管的封装结构，其特征在于，多个所述通孔(23)以阵列方式设置在所述绝缘层(20)上。
7.根据权利要求6所述的发光二极管的封装结构，其特征在于，相邻两个所述通孔(23)之间的间距为：L≥0.12mm。
8.根据权利要求7所述的发光二极管的封装结构，其特征在于，所述通孔(23)的直径为：1.2mm≤D≤1.45mm。
9.根据权利要求8所述的发光二极管的封装结构，其特征在于，当所述通孔(23)的直径等于或接近1.2mm时，所述电极层(30)所外接的电源为110V；当所述通孔(23)的直径等于或接近1.45mm时，所述电极层(30)所外接的电源为220V。
10.一种发光二极管的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：提供一金属基板(10)，在其正面上贴合多个LED晶粒(40)；
步骤B：提供一绝缘层(20)，在其上设置多个贯穿其的通孔(23)，以一对一对应于多个所述LED晶粒(40)；
步骤C：在所述绝缘层(20)的正面制作一电极层(30)，用于外接电源；
步骤D：将设有电极层(30)的绝缘层(20)贴合在所述金属基板(10)的正面，以使各LED晶粒(40)分别对应容置于各通孔(23)内，且各LED晶粒(40)的高度低于电极层(30)的高度；
步骤E：制作多组接合导线(50)，分别将各LED晶粒(40)与所述电极层(30)电连接，用于给各LED晶粒(40)提供电能；
步骤F：向绝缘层(20)的各通孔(23)内注入填充液料，形成多个透镜(60)，用于封装各LED晶粒(40)。
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