CN107170734A - 一种直接板上芯片的led封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接板上芯片的LED封装结构及其封装方法,该LED封装结构是将LED芯片通过固晶层直接键合在基板上,引线的两端分别与LED芯片的上电极、基板上的电路固定连接,在基板上成型光学透镜。该直接板上芯片LED封装方法是将LED芯片通过固晶层直接键合到基板上,光学透镜采用模顶成型技术制作。本发明采用一次光学透镜配光,提高了封装模块的出光效率。同时,省略了封装支架,简化封装工艺,由芯片‑支架和支架‑基板两处界面热阻减少为芯片‑基板一处界面热阻,降低了热阻。本发明解决了垂直结构LED芯片的混光问题,提高其出光效率,尤其适用于对混光空间有较高要求的灯具,如T8、T5灯管和直下式平面灯等,同时具有工艺简单、可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及LED封装技术,尤其是涉及一种直接板上芯片的LED封装结构及其封装方法。
背景技术
是一种基于P-N结电致发光原理制成的半导体发光器件,具有电光转换效率高、使用寿命长、环保节能、体积小等优点,被誉为21世纪绿色照明光源,如能应用于传统照明领域将得到十分显著的节能效果,这在全球能源日趋紧张的当今意义重大。
大功率LED制造产业链主要包括外延生长、芯片制造、封装和应用四个环节。封装环节是连接上游芯片和下游应用的中间纽带,具有机械保护、电信号连接、光学参数调控和散热等关键功能。封装环节的质量直接决定着LED产品的最终光学性能和可靠性。
传统的LED封装工艺包括以下步骤,固晶—引线键合—荧光粉涂覆—固化—盖帽—灌胶—选BIN—印刷锡膏—贴LED元件—过回流焊—检测。工艺流程复杂将增加封装成本,并且工艺过程越复杂,对应生产过程带来的静电冲击和物理伤害的风险越高。同时,二次透镜配光具有封装模块体积大、出光效率低的缺点。
当前的封装形式如仿流明封、装贴片式封装等。对于水平结构LED芯片,多面出光(五面),属于体光源,为了实现侧面出光的利用,支架形式通常为带碗杯的结构,通过全反射实现侧面出光的收集和利用。然而,对于垂直结构LED芯片,只有顶面出光,采用带碗杯支架封装形式会吸收部分光线,造成光效的降低。因此,当前的封装形式并适用于垂直结构LED芯片。
发明内容
本发明的第一个目的在于解决垂直结构LED芯片的混光问题,提供一种结构紧凑、光源尺寸小的直接板上芯片的LED封装结构,该LED封装结构将LED芯片直接键合在基板上,光学透镜直接制作在基板上,简化了封装工艺,提高了封装模块出光效率。
本发明的第二个目的在于针对传统封装方法应用于垂直结构LED芯片存在的混光问题,提供一种直接板上芯片的LED封装方法,该LED封装方法省略了封装支架,简化了封装工艺,降低了热阻,提高了封装模块的可靠性,同时一次光学透镜配光,提高了封装模块的出光效率。
本发明的第一个目的是这样实现的:
一种直接板上芯片的LED封装结构,包括LED芯片、基板、固晶层、引线和光学透镜,若干颗LED芯片通过固晶层分别键合在基板上,引线的两端分别与LED芯片的上电极、基板上的电路固定连接,在每颗LED芯片上设有一颗光学透镜,其特征在于:LED芯片为单面出光形式的垂直结构LED芯片,LED芯片直接键合到基板上,光学透镜直接制作在基板上。
进一步地,所述的若干颗LED芯片为1~1000颗高光效垂直结构LED芯片, LED芯片的主波长范围为400nm~1000nm。
进一步地,所述的光学透镜为球帽透镜或自由曲面透镜中的一种。
进一步地,所述的基板为铝基板、金属核印刷电路板或直接键合铜基板中的一种。
进一步地,所述的若干颗LED芯片在基板上以圆周排列或者多边形排列方式分布。
本发明的第二个目的是这样实现的:
一种直接板上芯片的LED封装方法,其特征在于:包括以下步骤:
A、准备若干颗LED芯片: LED芯片为高光效垂直结构LED芯片;
B、采用固晶工艺,通过固晶层将若干颗LED芯片分别键合在基板上,实现LED芯片下电极与基板的电连接;
C、采用引线键合工艺,通过引线实现LED芯片上电极和基板的电路的电连接;
D、提供自由曲面或球帽模具,采用成型工艺,直接在基板上制作光学透镜,实现一次配光,得到成品。
进一步地,光学透镜的材料为硅胶,或为环氧树脂,或为荧光粉和硅胶混合物,或为荧光粉和环氧树脂混合物中的一种。
进一步地,光学透镜的制作方法为模顶成型。
进一步地,光学透镜的材料为两层结构:其中第一层为荧光粉和硅胶混合物或荧光粉和环氧树脂混合物,第二层为硅胶或环氧树脂。
进一步地,光学透镜的第一层制作方法为保形涂覆、自由点涂或模顶成型中的一种,光学透镜的第二层制作方法为模顶成型。
本发明所提出的以上技术方案与现有技术相比,优点是:
采用一次光学透镜配光,提高了封装模块的出光效率,结构紧凑,光源尺寸小。同时,省略了封装支架,简化了封装工艺,由芯片-支架和支架-基板两处界面热阻减少为芯片-基板一处界面热阻,降低了热阻,从而散热能力更好,结温更低,封装模块的可靠性更高。
本发明解决了垂直结构LED芯片的混光问题,提高其出光效率,尤其适用于对混光空间有较高要求的灯具,如T8、T5灯管和直下式平面灯等,同时具有工艺简单、可靠性高等优点。
附图说明
图1为传统LED封装工艺流程图;
图2为本发明直接板上芯片LED封装工艺流程图;
图3为传统LED的封装结构示意图,图中:11—LED芯片,12—支架,13—固晶层,14—引线,15—电路,16—焊接层,17—基板,18—一次光学透镜,19—二次光学透镜;
图4为本发明实施例1直接板上芯片LED封装结构示意图;
图5为本发明实施例2直接板上芯片LED封装结构示意图;
图6为本发明实施例3直接板上芯片LED封装结构示意图;
图7为本发明实施例4直接板上芯片LED封装结构示意图;
图8为本发明实施例5直接板上芯片LED封装结构示意图,图中:61—LED芯片,62—直接键合铜基板,63—固晶层,64—金线,65—电路,66—球帽透镜;
图9为本发明实施例3应用于LED灯管的结构示意图;
图10为本发明实施例3应用于LED面板灯的结构示意图;
图11为本发明实施例3应用于LED球泡灯的结构示意图。
具体实施方式
下面通过借助实施例更加详细地说明本发明,但以下实施例仅是说明性的,本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。
实施例1:
如图1所示为传统LED封装工艺流程图,对应的传统LED封装结构如图3所示。本发明提出的直接板上芯片LED封装工艺流程如图2所示。对应的封装结构如图4所示,一种直接板上芯片的LED封装结构包括LED芯片21、铝基板22、固晶层23、金线24、自由曲面透镜,其中自由曲面透镜包含两层:第一层为荧光粉和硅胶混合物26、第二层为硅胶27, LED芯片21通过固晶层23键合在铝基板22上,金线24的两端分别与LED芯片21的上电极、铝基板22上的电路25固定连接,在LED芯片21上涂覆有自由曲面透镜的第一层荧光粉和硅胶混合物26,在铝基板22上直接制作有自由曲面透镜的第二层硅胶27,第二层硅胶27将LED芯片21、固晶层23、金线24、电路25、荧光粉和硅胶混合物26密封在铝基板22上。
其中,LED芯片21为主波长为455nm的蓝光LED芯片。
一种直接板上芯片的LED封装方法,具体实施步骤如下:
1、准备高光效垂直结构蓝光LED芯片21;
2、采用固晶工艺,通过固晶层23将LED芯片21键合在铝基板22上,实现LED芯片21下电极与铝基板22的电连接;
3、采用引线键合工艺,通过金线24实现LED芯片21上电极和铝基板的电路25的电连接;
4、采用保形涂覆工艺,将自由曲面透镜的第一层荧光粉和硅胶混合物26涂覆在LED芯片21上表面,加热实现自由曲面透镜的第一层荧光粉和硅胶混合物26的固化;
5、提供自由曲面的模具,采用模顶(molding)成型工艺,直接在铝基板上22制作自由曲面透镜的第二层硅胶27,实现一次配光,得到成品。
实施例2:
图5为本实施例封装结构示意图,一种直接板上芯片的LED封装结构包括LED芯片31、金属核印刷电路板32、固晶层33、金线34、球帽透镜,其中球帽透镜包含两层:第一层为荧光粉和环氧树脂混合物36、第二层为环氧树脂37, LED芯片31通过固晶层33键合在金属核印刷电路板32上,金线34的两端分别与LED芯片31的上电极、金属核印刷电路板32上的电路35固定连接,在LED芯片31上涂覆有球帽透镜的第一层荧光粉和环氧树脂混合物36,在金属核印刷电路板32上直接制作有球帽透镜的第二层环氧树脂37,第二层环氧树脂37将LED芯片31、固晶层33、金线34、电路35、荧光粉和环氧树脂混合物36密封在金属核印刷电路板32上。
其中,LED芯片31为主波长为445nm的蓝光LED芯片。
一种直接板上芯片的LED封装方法,具体实施步骤如下:
1、准备高光效垂直结构蓝光LED芯片31;
2、采用固晶工艺,通过固晶层33将LED芯片31键合在金属核印刷电路板32上,实现LED芯片31下电极与金属核印刷电路板32的电连接;
3、采用引线键合工艺,通过金线34实现LED芯片31上电极和金属核印刷电路板的电路35的电连接;
4、采用自由点涂工艺,将球帽透镜的第一层荧光粉和环氧树脂混合物36涂覆在LED芯片31上表面,加热实现球帽透镜的第一层荧光粉和环氧树脂混合物36的固化;
5、提供自由曲面的模具,采用模顶(molding)成型工艺,直接在金属核印刷电路板上32制作球帽透镜的第二层环氧树脂37,实现一次配光,得到成品。
实施例3:
图6为本实施例封装结构示意图,一种直接板上芯片的LED封装结构包括LED芯片41、直接键合铜基板42、固晶层43、金线44和自由曲面透镜46, LED芯片41通过固晶层43键合在直接键合铜基板42上,金线44的两端分别与LED芯片41的上电极、直接键合铜基板42上的电路45固定连接,在直接键合铜基板42上直接制作有自由曲面透镜46,自由曲面透镜46将LED芯片41、固晶层43、金线44、电路45密封在铜基板42上。
其中,LED芯片41为主波长为465nm的蓝光LED芯片,自由曲面透镜46的材料为荧光粉和硅胶混合物。
一种直接板上芯片的LED封装方法,具体实施步骤如下:
1、准备高光效垂直结构蓝光LED芯片41;
2、采用固晶工艺,通过固晶层43将LED芯片41键合在直接键合铜基板42上,实现LED芯片41下电极与直接键合铜基板42的电连接;
3、采用引线键合工艺,通过金线44实现LED芯片41上电极和直接键合铜基板的电路45的电连接;
4、提供自由曲面的模具,采用模顶(molding)成型工艺,直接在直接键合铜基板上42制作自由曲面透镜46,实现一次配光,得到成品。
实施例4:
图7为本实施例封装结构示意图,一种直接板上芯片的LED封装结构包括LED芯片51、直接键合铜基板52、固晶层53、金线54和自由曲面透镜56, LED芯片51通过固晶层53键合在直接键合铜基板52上,金线54的两端分别与LED芯片51的上电极、直接键合铜基板52上的电路55固定连接,在直接键合铜基板52上直接制作有自由曲面透镜56,自由曲面透镜56将LED芯片51、固晶层53、金线54、电路55密封在铜基板52上。
其中,LED芯片51为主波长为560nm的黄光LED芯片,自由曲面透镜56的材料为硅胶。
一种直接板上芯片的LED封装方法,具体实施步骤如下:
1、准备高光效垂直结构黄光LED芯片51;
2、采用固晶工艺,通过固晶层53将LED芯片51键合在直接键合铜基板52上,实现LED芯片51下电极与直接键合铜基板52的电连接;
3、采用引线键合工艺,通过金线54实现LED芯片51上电极和直接键合铜基板的电路55的电连接;
4、提供自由曲面的模具,采用模顶(molding)成型工艺,直接在直接键合铜基板上52制作自由曲面透镜56,实现一次配光,得到成品。
实施例5:
与实施例4不同之处在于,其中,LED芯片51为主波长为1000nm的红外光LED芯片,自由曲面透镜56的材料为环氧树脂。
实施例6:
图8为本实施例封装结构示意图,与实施例4不同之处在于: LED芯片61为主波长为400nm的蓝光LED芯片,光学透镜66为球帽透镜,球帽透镜66的材料为硅胶。
图9为本发明实施例3应用于LED灯管的结构示意图,其中,包含六颗呈直线分布的LED芯片。
图10为本发明实施例3应用于LED面板灯的结构示意图,其中,包含十六颗呈正四边形分布的LED芯片。
图11为本发明实施例3应用于LED球泡灯的结构示意图,其中,包含七颗LED芯片,中心一颗,外围六颗呈圆周分布。
Claims (10)
1.一种直接板上芯片的LED封装结构,包括LED芯片、基板、固晶层、引线和光学透镜,若干颗LED芯片通过固晶层分别键合在基板上,引线的两端分别与LED芯片的上电极、基板上的电路固定连接,在每颗LED芯片上设有一颗光学透镜,其特征在于:LED芯片为单面出光形式的垂直结构LED芯片,LED芯片直接键合到基板上,光学透镜直接制作在基板上。
2.根据权利要求1所述的直接板上芯片的LED封装结构,其特征在于:所述的若干颗LED芯片为1~1000颗高光效垂直结构LED芯片, LED芯片的主波长范围为400nm~1000nm。
3.根据权利要求1所述的直接板上芯片的LED封装结构,其特征在于:所述的光学透镜为球帽透镜或自由曲面透镜中的一种。
4.根据权利要求1所述的直接板上芯片的LED封装结构,其特征在于:所述的基板为铝基板、金属核印刷电路板或直接键合铜基板中的一种。
5.根据权利要求1所述的直接板上芯片的LED封装结构,其特征在于:所述的若干颗LED芯片在基板上以圆周排列或者多边形排列方式分布。
6.一种直接板上芯片的LED封装方法,其特征在于:包括以下步骤:
A、准备若干颗LED芯片: LED芯片为高光效垂直结构LED芯片;
B、采用固晶工艺,通过固晶层将若干颗LED芯片分别键合在基板上,实现LED芯片下电极与基板的电连接;
C、采用引线键合工艺,通过引线实现LED芯片上电极和基板的电路的电连接;
D、提供自由曲面或球帽模具,采用成型工艺,直接在基板上制作光学透镜,实现一次配光,得到成品。
7.根据权利要求6所述的直接板上芯片的LED封装方法,其特征在于:光学透镜的材料为硅胶,或为环氧树脂,或为荧光粉和硅胶混合物,或为荧光粉和环氧树脂混合物中的一种。
8.根据权利要求7所述的直接板上芯片的LED封装方法,其特征在于:光学透镜的制作方法为模顶成型。
9.根据权利要求6所述的直接板上芯片的LED封装方法,其特征在于:光学透镜的材料为两层结构:其中第一层为荧光粉和硅胶混合物或荧光粉和环氧树脂混合物,第二层为硅胶或环氧树脂。
10.根据权利要求9所述的直接板上芯片的LED封装方法,其特征在于:光学透镜的第一层制作方法为保形涂覆、自由点涂或模顶成型中的一种,光学透镜的第二层制作方法为模顶成型。
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