CN106920870A - 一种大功率紫外led芯片共晶焊倒装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，主要包括LED芯片、矽胶层、封装胶层、透镜和增透膜、反射杯、微型PCB基板、铜层、导电导热胶层和焊盘；所述PCB基板包括上表层、中间层和下表层，所述基板上表层的中部设有一凹槽，所述凹槽内由下往上依次设有第二铜层、SiC层和第二导热胶层。本发明通过改进基板各层顺序及层间结构以获得更好的透光和散热效果，同时最大程度避免光晕现象。本发明还在基板两端处设置电极条，同时对微型PCB基板的结构进行改进，以帮助芯片将热量散发出去，以及在上表层与下表层之间设有填充铜的实心散热孔，均加快了热量的流失。本发明还具有结构合理、对工艺的要求低、容易生产、良品率高、出光率高的优点。

Description

一种大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构

技术领域

本发明涉及LED封装结构领域，尤其涉及一种通过倒装工艺将LED芯片固定在PCB基板上的大功率紫外LED芯片倒装结构。

背景技术

紫外LED产品具有节能环保、省电、高效率、响应速度快、使用寿命长、可靠性高且不含汞等优点，因此紫外LED产业在近几年备受关注。紫外LED产品应用中具体地如：紫外LED感应灯水龙头净化器、紫外LED捕鱼灯、紫外LED医疗等。

现有技术中的一些紫外LED芯片倒装焊封装方式，将倒装芯片通过电极、焊料、导电布线层等固晶到基板上，再通过透镜等模具将封装胶注入、填充后，模顶到基板上形成对LED芯片的包裹和固定，从而完成元器件的模顶封装，但是以上封装方式会导致芯片有源区面积损失大、器件尺寸较大、芯片易氧化以及出现后期管芯测试过程中模具透镜摘除等问题，紫外LED芯片倒装结构出光率低、散热性差、透镜的抗黄能力较弱，还存在材料对光线的吸收、成本高、可靠性差等缺点。另外，运用在紫外LED芯片上的传统线焊属于点接触，存在瞬间的大电流冲击、烧断以及虚焊等问题。

如图2所示为现有技术中的一种紫外LED芯片模顶倒装焊结构，主要包括芯片、基板和金属凸点电极等，芯片正面的P、N电极处有两个对称分布的导电布线层，芯片通过导电布线层直接键合到制有凸点电极的金属化基板布线层上。而封装胶与芯片的距离较近，芯片工作过程中所释放的热量不容易被导热性差的封装胶散发出去，热辐射作用仍较强，同时由于芯片自身体积较小，封装器件不能和外界发生有效的热交换，影响其稳定性、散热性和使用寿命，因此现有紫外LED倒装结构需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高出光率、散热性好、可靠性高的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，主要包括LED芯片、设置在LED芯片处的透光结构以及微型PCB基板散热结构。所述透光结构位于LED芯片的上方，与LED芯片的顶部接触，用于提高LED芯片的出光效率。所述PCB基板散热结构位于LED芯片的下方，与LED芯片的底部接触，帮助其快速散热。

具体的，所述透光结构包括矽胶层、封装胶层、透镜和用于增加光线的折射、减少光线的反射的增透膜以及用于增强聚光效应的反射杯。所述LED芯片固定安装在反射杯内，位于反射杯的中部，LED芯片发出的光线一部分直射出去，另一部分经过反射杯后反射出去。所述矽胶层覆盖在LED芯片的多个面上，本发明所提供的矽胶层覆盖了LED芯片的五个面(除底面)、以及LED芯片的底面外缘至焊盘之间的区域，这样优化设计可以使LED芯片多面出光，明显提高芯片的出光率。同样的，所述封装胶层将矽胶层覆盖，包裹矽胶层的多个面，以进一步提高芯片的出光率。所述矽胶层、封装胶层、透镜和增透膜由内而外依次覆盖在LED芯片上。

具体的，所述基板散热结构位于LED芯片的下方，主要包括微型PCB基板、设置在基板两端处的第一铜层以及用于连接第一铜层与焊盘的导电导热胶层。所述第一铜层只覆盖在基板上表面的两端面处，所述导电导热胶层的底部固定在第一铜层上，与两端处的第一铜层电气连接；同时，第一铜层和导电导热胶层的内边缘均与焊盘内侧齐平。所述LED芯片的底部设有用于电气连接的焊盘，所述焊盘与导电导热胶层的顶部电气连接。优选的，所述导电导热胶层的尺寸与焊盘相匹配，用于连接第一铜层和焊盘，使LED芯片内部的正、负电极与外部电路形成电气回路。

具体的，所述基板散热结构的中部为板层结构，主要分为上表层、中间层和下表层。所述上表层设有一凹槽，所述凹槽内由下往上依次设有第二铜层、用于散热的SiC层和第二导热胶层。优选的，所述第二导热胶层的中部向上凸起形成凸台，所述凸台的顶部与LED芯片底部接触，两侧与焊盘接触，将LED芯片产生的热量快速发散出去。所述中间层为微型PCB基板所固有的绝缘介电层，所述下表层为用于快速散热的铝层。

进一步的，为了保持和固定LED的封装形状，本发明还包括起固定和保护作用的外封装支架，所述外封装支架的一端固定在微型PCB基板上，另一端向上延伸，将LED芯片及透光结构包围，对整个封装结构起到很好的固定和支撑作用。所述外封装支架一般采用耐高温陶瓷材料，具有绝缘、防水耐腐蚀、机械强度高等优点，保护芯片免受外部影响；同时还可以较好地与外界进行散热，从而延长LED使用寿命。

为了进一步优化透光结构，提高透光率，减少光晕现象，本发明通过以下多种不同的方案来实现该目的：

方案一：所述封装胶层、透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构，其特点是中央较厚，边缘较薄，平行光线经凸起结构以及透镜折射作用将光线会聚后集中出射。所述增透膜的高度大于反射杯和外封装支架的高度，增强了透射，起到了望远等效果，增大了光线的出射角度以及照射面积。

方案二：所述封装胶层、透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯与外封装支架向上延伸且高于增透膜，减小了光线的出射范围，使得光线更好地沿竖直平面出射，减少了光线散射以及避免光晕现象。

方案三：所述封装胶层和透镜顶部均为向上凸起结构；所述反射杯与外封装支架向上延伸，且与增透膜齐平，增大了光线的出射范围，使封装结构出光率更高；所述增透膜的顶部水平，尽可能的使光线集中地沿竖直面平行出射。

方案四：所述封装胶层、透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯与外封装支架向上延伸，且高于增透膜，反射杯内形成凹腔，所述凹腔内填充折射匹配材料，其特点是中央较薄,周边较厚，芯片处的出射光线通过凹起结构发生偏折以及透镜的折射作用，更多、更好地将光线发散出去。

方案五：所述封装胶层的顶部为向下凹陷结构，以便光线向各个方向射出；所述透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构，芯片处的光线先经过凹陷结构的散射，再到达凸起结构处发生偏折以及透镜的折射作用，出光率增大；所述反射杯与外封装支架向上延伸，且高于增透膜，起到了定向和聚光的作用，以及有效地限制了光线的出射方向和出射角度。

方案六：所述透光结构还包括设置于封装胶层与透镜之间的聚合物透光/镜材料层，所述封装胶层的顶部为向下凹陷结构，所述聚合物透光/镜材料层、透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构，由于聚合物透光/镜材料层所特有的表面张力特性，以及结合所使用的材料数量，可以形成凹、凸结构，当呈现半球形时，将光线汇聚以便再沿各个方向射出；所述反射杯与外封装支架向上延伸，且高于增透膜，限定了出光角度以便光线的充分反射，同时减少封装结构以外的材料对紫外LED芯片处发出光线的吸收。

方案七：所述透光结构还包括设置于增透膜之上的聚合物透光/镜材料层，所述封装胶层和聚合物透光/镜材料层的顶部均为向下凹陷结构，所述透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构，将出光面上其余的散射光线进行汇聚；所述反射杯与外封装支架向上延伸，且高于聚合物透光/镜材料层，由于材料层更低的反射系数，可以将入射光线更好地反射出去。

方案八：所述透光结构还包括设置于增透膜之上的折射匹配材料层和聚合物透光/镜材料层，所述封装胶层、折射匹配材料层和聚合物透光/镜材料层的顶部均为向下凹陷结构，以便最大限度地将芯片处的出射光线发散出去；所述透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构，所述反射杯与外封装支架向上延伸，且高于聚合物透光/镜材料层，起到遮光的作用，减少光线散射到外界。

另外，所述微型PCB板散热结构也有另一种实施方案：所述PCB基板的中部设有一条用于加快散热的开槽，所述开槽从PCB基板的上表层延伸至下表层并贯穿整块PCB基板。所述第二导热胶层延伸至开槽内并填满开槽，从而形成上凸下凸结构，以便于LED芯片产生的热量快速从底部散去，获得更好的散热效果。

为了进一步减少穿透反射杯的光线，避免光晕现象，本发明所述反射杯的外侧还设有用于吸收光线的光吸收层，光吸收层的设置能够最大限度地吸收穿过反射杯的光线，从而阻断光线从侧面折射的途径。所述透光结构还包括设置于增透膜之上的折射匹配材料层和聚合物透光/镜材料层，所述透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构，所述聚合物透光/镜材料层中的透镜经过优化处理后，可以调整聚合物透光/镜材料层表面处的光模式以及光密度。

进一步的，为了使LED芯片内部的热量尽快发散出去，提高芯片的出光率，本发明所述外封装支架与光吸收层之间设有第一导热胶层，所述第一导热胶层的内侧面与光吸收层接触，外侧面与外封装支架接触，LED芯片产生的热量通过反射杯和光吸收层传导至外封装支架后，散发到空气当中，可以明显加快热量的散失，提高封装器件的可靠性。

进一步的，为了加快LED芯片的散热速度，提高散热效率，所述微型PCB基板上还设有用于快速散热的散热孔，所述散热孔从基板的上表层贯穿至下表层，所述散热孔为实心散热孔，孔内填充铜或其他散热性好的材料。

进一步的，所述PCB基板两端处还分别设有正、负电极条，所述电极条由若干相互独立的、一定间隔的并联子电极条构成，并作为LED芯片内部与外部电路连接的桥梁。采用多条子电极条并联的连接方式确保了电气回路的可靠性；同时也有助于将LED芯片焊盘处产生的热量通过第一铜层、电极条等路径快速散发到外界，以提高芯片的散热效率。

发明的工作过程和原理是：本发明在LED芯片上依次覆盖矽胶层、封装胶层、透镜和增透膜，通过改进各层顺序及层间结构以获得更好的透光效果，最大程度地避免光晕现象，使LED芯片的出光率进一步提高；本发明还提供了多种透光结构衍生方案，这些方案都能够获得更好的出光效果。本发明还对基板的结构进行改进，在基板的上表层依次设置第二铜层、用于散热的SiC层和第二导热胶层，以帮助芯片将热量散发出去，下表层则采用散热性好的铝层，并且在上表层与下表层之间设有填充铜的实心散热孔，以加快热量的流失，获得更好的散热效果。本发明还具有结构合理、对工艺的要求低容易生产、良品率高、出光率高的优点。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构采用改进的透光结构以及优化的透镜，使LED芯片的出光率大大提高，而且能够最大程度避免光晕现象，获得理想的出光效果。

(2)本发明所提供的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构对LED芯片、芯片两个焊盘与PCB基板三者之间的空隙填充导热胶，从而形成接触LED芯片底部与PCB基板的凸台结构，该凸台结构有助于使芯片产生的热量快速散去，降低芯片的工作温度，从而提高芯片的出光率和使用寿命。

(3)本发明所提供的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构采用经过优化的填充导热胶的凸台结构，该凸台结构对生产工艺的要求较低且良品率高，从而降低了生产成本，缩短了生产周期。

(4)本发明所提供的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构采用从PCB基板的上表层贯穿到下表层的实心散热铜孔，LED芯片产生的热量经散热孔快速到达铝层，从而将热量散发到空气中，有效提高了芯片的散热性能以及封装器件的可靠性。

(5)本发明所提供的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构采用微型PCB基板代替了传统的散热基板，并对PCB基板进行改进，散热性能大大提升，同时降低了封装器件的整体质量，节约了成本。

(6)本发明所提供的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构采用正、负电极条来作为芯片内部与外部电路电气连接的桥梁，该电极条由若干贯穿微型PCB基板的、独立的、一定间隔的并联子电极条组成，子电极条之间相互无影响，确保了电路的可靠性；同时子电极条的数量较多，也可以将散发的热量通过多条路径迅速带出。

附图说明

图1是本发明所提供的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构横截面示意图。

图2是现有技术中的紫外LED芯片封装结构横截面示意图。

图3a是本发明所提供的微型PCB基板结构横截面示意图。

图3b是本发明所提供的微型PCB基板结构的俯视图。

图4是本发明所提供的反射杯结构半截面示意图。

图5是本发明所提供的第一种倒装结构横截面示意图。

图6是本发明所提供的第二种倒装结构横截面示意图。

图7是本发明所提供的第三种倒装结构横截面示意图。

图8是本发明所提供的第四种倒装结构横截面示意图。

图9是本发明所提供的第五种倒装结构横截面示意图。

图10是本发明所提供的第六种倒装结构横截面示意图。

图11是本发明所提供的第七种倒装结构横截面示意图。

图12是本发明所提供的第八种倒装结构横截面示意图。

上述附图中的标号说明：

1-封装胶层，2-反射杯，3-光吸收层，4-PCB基板，5a-第一铜层，5b-第二铜层，6-LED芯片，7-焊盘，8-SiC层，9-增透膜，10-透镜，11-铝层，12-矽胶层，13a-第一导热胶层，13b-第二导热胶层，14-绝缘介电层，15-散热孔,16-导电导热胶层,17-聚合物透光/镜材料，18-折射匹配材料，19-外封装支架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本发明公开了一种大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，该结构主要包括紫外LED芯片6、封装胶层1、反射杯2、第一铜层5a、焊盘7、透镜9、增透膜10和矽胶层12。LED芯片6通过焊盘7、导电导热胶层16依次焊接在第一铜层5a上，且使得两部分铜层中间相互隔开绝缘。直角三角形反射杯2通过第一导热胶层13a固定在第一铜层5a上，与第一铜层5a相连接。所述反射杯2用于反射LED芯片6射向侧面的部分紫外光线以及固定LED的封装形态。

其中微型PCB基板的制作采用模具在PCB基板上表面生长有第二铜层5b、SiC层8、第二导热胶层13b以及PCB基板中间的绝缘介电层14等主材料模压成型，或将主材料成型为平板状，在平板状主材料上辅以刻蚀、填充、再生长等工艺处理，形成放置LED芯片6的凹杯单元。铜层的底部设有导热性好、散热快和质量轻的SiC，两铜层分别通过中间的第二导热胶层13b与SiC层8相连接，连接处的第二导热胶层13b在两铜层之间向上凸出，形成隔离铜层的凸台，增大了与铜层、芯片底面和两个焊盘7之间的接触面积，使芯片的散热速度加快；同时第二导热胶层13b延伸至反射杯2和绝缘外封装支架19之间，形成固定在基板上的围栏坝侧壁挡板结构，该结构实施方便、强度高，还能承受一定条件的外部撞击，保护了芯片封装结构，同时也延长了芯片的使用寿命。两个焊盘7顶部与芯片焊脚处通过抗紫外焊料电气连接，减小了虚焊的可能性，两铜层内端面与焊盘7相连接处也分别填充一定厚度的抗紫外的导电导热胶层16。

具体的，所述焊盘7底部与第一铜层5a相匹配后形成电气连接，再通过导电导热胶层16与焊盘7相连接。所述微型PCB基板两端处通过光刻、ICP和电子束蒸镀等工艺来制作贯穿基板的正、负电极条，在第一铜层5a边缘处的两端面上分别设有电极导电层，使得电极条与第一铜层5a之间相互导通。所述矽胶层12、透镜9、增透膜10和封装胶层1均设置在反射杯2内，且由内而外依次覆盖在芯片上。作为本发明的优选方案，所述矽胶层12和封装胶层1主要涂于芯片的多个表面，除去两个焊盘导电层之间的小部分底面之外，总体上形成了对芯片的多面包裹，使得封装器件发光面积增大，提高了LED器件的整体发光效率。

作为本发明的优选方案，为了提高透光性，采用高折射率、透明的矽胶层12，所述矽胶层12位于LED芯片6和封装胶层1之间，使得LED芯片6和封装胶层1间隔分布，避免两者之间的直接接触，从而有效减少光线在分界面上的损失，提高出光效率。所述矽胶层12还可以对芯片进行机械保护和应力释放；矽胶层12作为一种光导结构，还具有透光率高、热稳定性好、流动性好、易于喷涂、低吸湿性、低应力、耐老化等优点，从而提高了LED倒装的可靠性。在实际封装时，将传统的丝网印刷技术运用到LED芯片6的矽胶涂层领域，在倒装芯片上表面、侧面和部分下表面生成均匀细致、厚度可控的矽胶层12涂层。该方法只需普通的胶带纸、丝网印刷装置、取放机器等，大大降低了制造成本。也可以将LED芯片6置于矽胶溶液中，采用通电发热、旋转和浸渍等方法进行镀胶涂覆处理，一段时间后取出，等到均匀覆盖在芯片上的矽胶层12冷却、凝固后，再放回真空干燥箱内进一步烘干、凝固处理1h，使芯片的多个表面均涂有矽胶层12，重复4-5次，以获得覆盖均匀的矽胶层12。此外，还可通过改变混胶比例、烘烤工艺等方式，在芯片的表面形成矽胶层12的多面包裹，使其多面出光。

作为本发明的优选方案，为了增强透镜9的抗黄变能力、减少封装材料对紫外光线的吸收以及提高封装结构的出光率，所述透镜9内表面上镀有增透膜10，所述透镜9外罩住LED芯片6，芯片为边长800-1600um的正方形或长方形。所述透镜9为高透光率的石英玻璃，替换了传统的环氧树脂透镜9，解决了环氧树脂的透镜9等模具不能透过紫外光线、紫外线束分解环氧树脂、加速树脂氧化以及在管芯测试中需将模具透镜9摘除等难题，延长紫外LED的使用寿命。

作为本发明的优选方案，为了更好地透光，结合光学设计将封装胶层1与LED芯片6分离，形成间隔分布结构，使封装胶层1和芯片之间的距离进一步拉大。具体地，运用了远程灌封胶技术，设置了矽胶层12、封装胶层1这两层结构，使得封装胶层1与芯片间接接触，降低了封装胶层1的工作环境温度，散热更快，使得发出的光线更均匀，增加光通量，改善LED的品质因素和光效，提高封装效率；将矽胶层12形成对芯片的多面包裹，也起到防水隔氧的作用，避免了芯片与封装胶层1的直接接触而造成污染，同时减弱了封装胶层1对入射光线的反向光散射效应，提高出光效率。

进一步的，为了尽量避免光晕现象和提高出光质量，所述直角三角形反射杯2沿斜边方向，在反射杯2的内表面镀有一层铬，该铬层对紫外波段的光线具有很高反射率；从而将射向侧面的大部分光线能够被反射回去，使光线更集中地往竖直方向出射，维持了出射光线的光饱和度、流明效率、颜色对比度(色域)、发光效率(发光质量)、发光均匀度以及解决了芯片发光时的热稳定性问题，最终获得理想的发光效果。

更进一步的，虽然反射杯2内表面镀有铬，但仍有极少部分光线能够继续从反射杯界面处出射，因此所述反射杯2的外侧还设有用于避免光线散射的光吸收层3，使得从反射杯2界面处出射的光线全部被光吸收层3予以吸收，从根本上避免光线对外散射和光晕现象，确保出射光线只在竖直方向上射出，提供竖直平面上的优质光源。

进一步的，所述LED芯片6采用共晶焊倒装结构，无需制作金属凸点，降低了工艺复杂度；所述LED芯片6焊接结构属于面面接触，将芯片直接共晶焊在散热基板上，散热面积大大增加，其工作时产生的热量直接通过散热基板传导，有效提高了热传导效率和机械强度，散热效果好，还可耐较大电流冲击。所述封装结构支架采用低成本的微型PCB基板取代了蓝宝石衬底基板结构，如图3a所示，在微型PCB基板下表面生长有铝层11，而在微型PCB基板凹槽结构上表面先沉积有第二铜层5b，再依次设置SiC层8、第二导热胶层13b，形成一种间隔分布的板层结构。该板层结构具有高效的导热性能，能够及时将芯片处所产生的热量通过散热结构传递到基板，从而通过有效的散热手段将热量及时地从器件中散出，确保LED的正常工作以及提供稳定的性能。

进一步的，为了提高LED芯片6的散热效果，在SiC层8、LED芯片6底部与两个焊盘7这三部分结构之间，通过界面处凸台形状的第二导热胶层13b将其完全填充、固定和连接，形成凸台形状的导热胶层。采用导热系数远高于常用的银锡混合浆的导热胶进行粘结，LED芯片6产生的热量一方面依次通过焊盘7、导电导热胶层16、铜层和SiC层8之间的相互接触快速散热，使得散热效率更高、效果更好，也避免了胶层因热应力而导致的断裂；另一方面还可以依次通过中间凸台部分的第二导热胶层13b和SiC层8快速散热，提高和优化封装器件及其LED模组的散热特性。封装结构中需要严格控制导热胶的量，使其完全填充在倒装LED芯片6底部和两个焊盘7形成的结构之间，以确保获得理想的散热效果。

更进一步的，采用两块对称分布的铜层、若干电极条分别作为LED封装器件内部电路与外部正、负电极结构相互连接的中间层，外部封装电极由结构简单、电流密度分布均匀的若干电极条构成，有效地提高了LED模组的电流负载能力，确保了LED封装密度的可行性，同时能够将芯片内部的热量通过该结构迅速散出。

作为本发明的优选方案，为了达到更好的散热效果，防止LED芯片6过热，延长使用寿命。所述SiC可以通过MOCVD、HVPE、磁控溅射、黄光微影等工艺来制备，上表面沉积有铜层的微型PCB基板表面上再直接制备厚度约为2um厚的SiC层8，辅以溅镀、电/电化学沉积或者光刻等方式来改变线路结构，使得产品具有高线路精准度、高平整度等特点。在实际封装时，利用分选排列设备将LED芯片6按照固定的周期序列进行排列，焊盘7与芯片电极布线层区域相匹配；同时将两个焊盘7通过抗紫外的导电导热胶层16分别紧密地焊接在两块铜层上，使焊盘7与铜层电气连接。将上下表面分别沉积有不同金属层的微型PCB基板按照封装结构，如图3b所示的圆周弧线方向进行切割，将多余的基板边料切割去除，以形成独立的元器件结构。

作为本发明的优选方案，也可以将传统的丝网印刷技术运用到LED芯片6的封装胶层1的涂覆、填充、灌封等领域，在倒装芯片上表面、侧面和部分下表面生成均匀的、厚度可控的封装胶涂覆层。该方法只需普通的胶带纸、丝网印刷装置、取放机器即可，大大节省了制造成本。作为本发明的优选方案，为了提高反射杯2的反射效果以及封装时的固定效果，所述反射杯2结构，沿直角三角形斜边方向，内表面上设有一层在紫外波段具有很高反射率的硫酸钡、铬或者高漫反射纳米涂料，从而限制了LED的出光角度；所述封装结构均关于中心轴对称，因此将反射杯2的半截面(以中心轴线和任意一条半径所构成的平面去截取反射杯2，得到的截面为半截面)都设计为直角三角形，其中，角度关系如图4所示，较大的直角三角形中夹角α∈(45°,90°)，同时确保β≥90°，使得入射到反射杯2表面处的光线更好的反射回去，提高了出光质量；同样地，另外一个直角三角形也考虑这样的角度设计。

进一步的，考虑到反射杯2高反射率的光学结构设计，所述反射杯2采用密度分布不均匀的透明绝缘材料制成，透明度≥95％，厚度≤1mm，反射杯2的密度ρ和厚度d跟反射杯2与芯片的距离r成反比。具体地，反射杯2由内而外密度逐渐降低，厚度逐渐减小(用简单的关系式可以表示为：ρ＝k₁/r；同理，d＝k₂/r,其中k1,k2是不同的比例系数)。光线出射量大的地方，反射杯2密度加大、加厚处理，以增强反射杯2入射面处入射光线的反射量，也就是同时减少反射杯2出射面处出射光线的出射量，光吸收层3处入射的光线减少，光吸收层3所需要反吸收的光线也相应地减少，从而确保从源头处就避免对后续的封装装置中光线的循环干扰影响。

作为本发明的优选方案，涂覆的矽胶层12太厚，会造成LED的出光损耗、出现LED芯片6自身发热严重以及散热困难等问题；同样的，涂覆的矽胶层12太薄，也会影响到芯片的出光效率，因此，本发明将所述矽胶层12的厚度优化地设为0.5um。

作为本发明的优选方案，SiC层8和上下表面分别沉积有不同金属层的微型PCB基板4共同取代了蓝宝石衬底的基板结构，降低了封装结构的成本和工艺复杂度；如图3b所示，在上下表面分别沉积有不同金属层的微型PCB基板上打散热孔15，通过在散热孔15中填充铜将基板支架上下表面的金属层相连接，使其整体的导热系数远大于界面处粘结胶的导热系数，改善传统PCB基板整体的导热性能，降低热阻，提高LED外量子效率。

为了进一步优化透光结构，提高透光率，减少光晕现象，本发明通过以下多种不同的方案来实现该目的：

方案一：如图5所示，所述封装胶层1、透镜9和增透膜10的顶部均为向上凸起结构；所述增透膜10的高度大于反射杯2和外封装支架19的高度。

方案二：如图6所示，所述封装胶层1、透镜9和增透膜10的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯2与外封装支架19向上延伸且高于增透膜10。

方案三：如图7所示，所述封装胶层1和透镜9顶部均为向上凸起结构；所述反射杯2与外封装支架19向上延伸，且与增透膜10齐平，所述增透膜10的顶部水平。

方案四：如图8所示，所述封装胶层1、透镜9和增透膜10的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯2与外封装支架19向上延伸，且高于增透膜10，反射杯2内形成凹腔，所述凹腔填充折射匹配材料18。

方案五：如图9所示，所述封装胶层1的顶部为向下凹陷结构，所述透镜9和增透膜10的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯2与外封装支架19向上延伸，且高于增透膜10。

方案六：如图10所示，所述透光结构还包括设置于封装胶层1与透镜9之间的聚合物透光/镜材料层17，所述封装胶层1的顶部为向下凹陷结构，所述聚合物透光/镜材料层17、透镜9和增透膜10的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯2与外封装支架19向上延伸，且高于增透膜10。

方案七：如图11所示，所述透光结构还包括设置于增透膜10之上的聚合物透光/镜材料层17，所述封装胶层1和聚合物透光/镜材料层17的顶部均为向下凹陷结构，所述透镜9和增透膜10的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯2与外封装支架19向上延伸，且高于聚合物透光/镜材料层17。

方案八：如图12所示，所述透光结构还包括设置于增透膜10之上的折射匹配材料层18和聚合物透光/镜材料层17，所述封装胶层1、折射匹配材料层18和聚合物透光/镜材料层17的顶部均为向下凹陷结构，所述透镜9和增透膜10的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯2与外封装支架19向上延伸，且高于聚合物透光/镜材料层17。

另外，所述微型PCB基板散热结构也有另一种实施方案：所述微型PCB基板4的中部设有一条用于加快散热的开槽，所述开槽从基板上表层延伸至下表层并贯穿整块基板。所述第二导热胶层13b延伸至开槽内并填满开槽，从而形成上凸下凸结构，以便于LED芯片6产生的热量快速从底部散去，获得更好的散热效果。

进一步的，所述微型PCB基板4两端处的正、负电极条由独立的、一定间隔的并联的子电极条组成，所述电极条作为LED芯片6内部与外部电路连接的桥梁，采用若干子电极条相互并联的连接方式确保了电气回路的可靠性；同时也有助于将LED芯片的焊盘7处产生的热量通过第一铜层5a、电极条等路径快速散发到外界，以提高芯片的散热效率。

本发明的工作过程和原理是：LED芯片6多面发出的光线大部分经过矽胶层12、封装胶层1、透镜9和增透膜10集中在竖直方向平行射出，散发到四周的光线能够被反射杯2以及内表面上涂覆的铬层反射回来，其中少部分光线在反射杯2处发生折射后到达光吸收层3，将穿过反射杯2的光线予以完全吸收，避免光线散射到侧面造成光晕现象。芯片底部的焊盘7通过抗紫外的导电导热胶层16与第一铜层5a电气连接，上表面沉积有铜层的微型PCB基板上再设有用于散热的SiC层8，芯片底部、两个焊盘7与SiC层8这三者之间填充第二导热胶层13b，形成凸台结构，LED芯片6产生的热量可以通过焊盘7、导电导热胶层16、第一铜层5a和SiC层8之间的相互接触快速散热，也可以通过中间凸台结构的第二导热胶层13和SiC层8之间的相互接触来获得更好的散热效果。本发明具有高出光率、散热效果好、封装尺寸小、成本低、工艺简单等优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，包括LED芯片、设置在LED芯片处的透光结构以及微型PCB基板散热结构；所述透光结构位于LED芯片的上方，基板散热结构位于下方；

所述透光结构包括矽胶层、封装胶层、透镜和增透膜、以及用于增强聚光效应的反射杯；所述LED芯片固定在反射杯内；所述矽胶层、封装胶层先后覆盖在LED芯片的多个表面上，所述矽胶层、封装胶层、透镜和增透膜由内而外依次覆盖在LED芯片上；

所述微型PCB基板散热结构包括PCB基板、设置在PCB基板上的第一铜层、以及导电导热胶层；所述第一铜层覆盖在PCB基板的上表面，所述导电导热胶层固定在第一铜层上，与第一铜层电气连接；所述LED芯片底部设有两个用于电气连接的焊盘，所述焊盘与导电导热胶层连接。

所述PCB基板包括上表层、中间层和下表层，所述上表层中部设有一凹槽，所述凹槽内由下往上依次设有第二铜层、SiC层和第二导热胶层；所述第二导热胶层的中部向上凸起形成凸台，所述凸台的顶部与LED芯片底部接触，两侧与焊盘接触；所述中间层为PCB基板的绝缘介电层，所述下表层为铝层。

2.根据权利要求1所述的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，还包括起固定和保护作用的外封装支架，所述外封装支架的一端固定在微型PCB基板上，另一端向上延伸将LED芯片及透光结构包围。

3.根据权利要求1所述的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，所述反射杯的外侧还设有用于吸收光线的光吸收层。

4.根据权利要求3所述的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，所述外封装支架与光吸收层之间设有第一导热胶层。

5.根据权利要求1所述的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，所述PCB基板上还设有用于快速散热的散热孔，所述散热孔从PCB基板的上表层贯穿至下表层，所述散热孔内填充铜。

6.根据权利要求2所述的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，所述封装胶层、透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构；所述增透膜的高度大于反射杯和外封装支架的高度。

7.根据权利要求2所述的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，所述封装胶层、透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯与外封装支架向上延伸且高于增透膜。

8.根据权利要求2所述的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，所述封装胶层和透镜顶部均为向上凸起结构；所述反射杯与外封装支架向上延伸，且与增透膜齐平，所述增透膜的顶部水平。

9.根据权利要求2所述的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，所述封装胶层、透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯与外封装支架向上延伸，且高于增透膜，反射杯内形成凹腔，所述凹腔填充折射匹配材料。

10.根据权利要求2所述的大功率紫外LED芯片共晶焊倒装结构，其特征在于，所述封装胶层的顶部为向下凹陷结构，所述透镜和增透膜的顶部均为向上凸起结构；所述反射杯与外封装支架向上延伸，且高于增透膜。