CN107706285A - 一种光电引擎及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光电引擎的封装方法，包括如下步骤：a.在环氧基板的发光区形成多个PIN孔；b.在每个所述PIN孔中压入所述PIN针，所述PIN针包括针头和针杆，所述针杆与所述PIN孔的尺寸匹配并穿过所述PIN孔；c.所述环氧基板的顶面在对应所述针头的位置设置焊盘，在每个所述焊盘上固定LED晶粒且所述LED晶粒与所述针头接触，然后烘烤固化。本发明生产工艺简单、实用性强，产品制作成本低并具有优良的散热性，从而保证产品的信赖性和使用寿命。

Description

一种光电引擎及其封装方法
技术领域
本发明属于LED照明技术领域，具体涉及一种光电引擎及其封装方法。
背景技术
LED光源因其节能、使用寿命长的优点在照明领域得到广泛的应用，LED封装技术通常包括扩晶、固晶、短烤、焊线、前测、灌胶、长烤、后测等步骤。其主要发展方向在于提高机械保护、加强散热、提高出光效率以及电源控制等方面。随着LED照明技术的发展，对LED封装的光学、电学和机械结构等提出了新的要求。
目前的LED光源通常采用的是铝基板、陶瓷基板等材料作为基板，存在制作成本相对较高，且导热性能有限的不足，对产品的使用寿命和工作稳定性产生不利影响。此外，传统的光引擎封装结构中结构相对复杂并且使用时需要进行复杂的电气测试，对下游产业链提出了更高的要求。而现有技术中并没有一种很好解决上述问题的LED光源。
发明内容
针对现有技术存在的技术缺陷，根据本发明的一个方面，本发明的目的是提供一种光电引擎的封装方法，包括如下步骤：
a.在环氧基板的发光区形成多个PIN孔；
b.在每个所述PIN孔中压入PIN针，所述PIN针包括针头和针杆，所述针杆与所述PIN孔的尺寸匹配并穿过所述PIN孔；
c.所述环氧基板的顶面在对应所述针头的位置设置焊盘，在每个所述焊盘上固定LED晶粒且所述LED晶粒与所述针头接触，然后烘烤固化。
优选地，所述步骤a之前执行如下步骤：
a1.在所述环氧基板上粘贴多个元器件；
a2.在所述环氧基板的底面粘结覆铜形成铜膜层。
优选地，所述元器件包括整流桥、贴片电容、贴片电阻、高压线性恒流芯片。
优选地，所述步骤b中，所述针杆穿出所述环氧基板的底面并与所述铜膜层接触，且所述步骤b执行如下步骤：
将所述针杆超出所述环氧基板的底面的部分裁剪。
优选地，所述步骤c之后执行如下步骤：
d.将多个所述LED晶粒通过金线连接。
优选地，所述步骤d之后执行如下步骤：
e.将所述光电引擎通电测试，检测是否存在损坏的LED晶粒以及损坏的金线；
f.若存在损坏的LED晶粒以及损坏的金线，则修复损坏的LED晶粒以及损坏的金线。
优选地，所述步骤f之后执行如下步骤：
g.用围坝胶对多个所述LED晶粒执行围坝步骤形成发光区，然后再烘烤固化；
h.配置硅胶荧光粉并进行灌封处理，之后再烘烤固化。
本发明还提供一种光电引擎，包括环氧基板以及设置在环氧基板上的多个元器件，所述环氧基板的发光区设置有多个PIN孔，每个所述PIN孔固定PIN针，所述PIN针包括针头和针杆，所述环氧基板的顶面在对应所述针头的位置设置焊盘，每个所述焊盘上固定LED晶粒且所述LED晶粒与所述针头接触。
优选地，所述针头紧密压合在所述环氧基板的顶面。
优选地，所述环氧基板的底部设置有铜膜层，所述针杆穿过所述PIN孔并与所述铜膜层接触。
优选地，多个所述元器件包括整流桥、贴片电容、贴片电阻、高压线性恒流芯片。
优选地，所述环氧基板的材质为FR-4。
本发明采用在环氧板(材质：FR-4)上插PIN针,将PIN针与PIN孔紧密压合，然后将led晶粒固在PIN针头上，这样可以将led晶粒发的热通过PIN针直接导到基板底部从而扩散到灯具散热器上，使得采用本发明制作工艺的cob光源的导热率要明显优于采用常规导热系数的普通铝基板制作的cob光源，并具有制作成本低、接口简单、免去复杂的电气测试等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了本发明的具体实施方式的，一种光电引擎的封装方法流程图；
图2示出了本发明的具体实施方式的，光电引擎中PIN孔的设置方式结构示意图；
图3示出了本发明的具体实施方式的，将PIN针插入PIN孔的俯视结构示意图；
图4示出了本发明的具体实施方式的，将PIN针插入PIN孔的侧视效果图；
图5示出本发明的具体实施方式的，LED芯片固定在环氧基板的结构示意图；
图6示出了本发明的具体实施方式的，另一种光电引擎的封装方法流程图；
图7示出了本发明的具体实施方式的，环氧基板底面形成铜膜层的结构示意图；
图8示出了本发明的具体实施方式的，裁剪PIN针后的效果示意图；
图9示出了本发明的具体实施方式的，另一种光电引擎的封装方法流程图；
图10示出了本发明的具体实施方式的，光电引擎焊线结构示意图；以及
图11示出了本发明的具体实施方式的，一种光电引擎的封装成品结构示意图。
具体实施方式
为了更好的使本发明的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1示出了本发明的具体实施方式的，一种光电引擎的封装方法流程图。本发明中，采用环氧基板取代传统的铝基板和陶瓷基板，以提高散热性能并降低加工难度。具体地，所述光电引擎的封装方法至少依次包括如下步骤：
步骤S101，在环氧基板的发光区形成多个PIN孔。参考图2，所述环氧基板1具有高的机械和电气性能，较好的耐热、耐潮性。本领域技术人员理解，本发明的所述光电引擎是在所述环氧基板1上集成有LED阵列、LED驱动、以及其他光、热、机械、电气元件的整体组合。所述发光区为设定的所述LED阵列所在的区域，所述发光区优选为方形，也可以根据发光效果的需要设计成圆形、椭圆形或其他形状。所述PIN孔为通孔，也即焊盘通孔，所述PIN孔可通过激光钻孔技术在所述环氧基板上形成。进一步地，所述PIN孔在所述环氧基板1上以行列的形式分布在所述发光区，例如设置为8行10列等。
步骤S102，在每个所述PIN孔中压入所述PIN针，所述PIN针包括针头和针杆，所述针杆与所述PIN孔的尺寸匹配并穿过所述PIN孔。具体地，结合图3以及图4，图3、图4分别示出了本发明的具体实施方式的，将PIN针插入PIN孔的俯视以及侧视结构示意图。所述PIN针11的材质优选为铜包钢线。在该步骤中，将所述PIN针11的针杆对应从所述环氧基板1的正面压入所述PIN孔。具体地，可以通过特定工具依次或一次性将根据所述PIN孔的分布排列好的具有一定高度的所述PIN针11压至与所述PIN孔平齐，使得所述PIN针11与所述PIN孔充分紧密粘合在一起。进一步地，所述针杆与所述PIN孔的尺寸匹配并穿过所述PIN孔，进一步地，所述针杆的长度大于所述环氧基板1的厚度。所述针头的形状为圆平头针头，压紧后，所述针杆穿过所述PIN孔并超出所述环氧基板1的底面。
步骤S103，所述环氧基板的顶面在对应所述针头的位置设置焊盘，在每个所述焊盘上固定LED晶粒且所述LED晶粒与所述针头接触，然后烘烤固化。本领域技术人员理解，所述焊盘作为表面贴装装配的基本构成单元，在本发明中用于将所述LED晶粒焊接或采用银胶固定在所述环氧基板上。具体地，结合图5示出了将LED晶粒固定在所述环氧基板的结构示意图，在图5中，所述焊盘12围绕在所述PIN孔的周边，所述焊盘12的内径大于所述PIN孔的外径。所述焊盘12的材料可以是铜或者锡膏。进一步地，令所述LED晶粒13固定在所述焊盘12上并与所述针头接触，实现热的传导，所述LED晶粒13优选居于所述焊盘12的正中心位置。随后，将固定所述LED晶粒13的所述环氧基板1放于恒温箱中烘烤，在本发明的一个优选实施例中，烘烤温度设置为150摄氏度，烘烤时间设置为2小时。烘烤之后，使所述光电引擎冷却固化，并用于后续操作及应用。
进一步地，图6示出了本发明的具体实施方式的，另一种光电引擎的封装方法流程图。区别于图1所示实施例，在本实施例中，首先执行步骤S2001，在所述环氧基板上黏贴多个元器件。具体地，继续参考图5，结合图5示出的多个所述元器件安装在所述环氧基板的效果图。在所述环氧基板1正面对应的区域设置有焊盘，所述焊盘用于固定所述元器件。该步骤中，在所述环氧基板1中所述发光区域以外设置元器件焊盘，同时根据不同电子元器件的可焊接性进行处理，例如对所述元器件进行引脚镀锡等操作，令所述元器件的引脚间距与所述环氧基板1中对应的所述元器件焊盘的焊盘孔间距保持一致，最后对所述元器件通过焊接等方式令多个所述元器件黏贴在所述环氧基板上。需要说明的是，在本发明中，多个所述元器件为贴片元器件，大大减小了单个元器件的空间尺寸，提高所述光电引擎的集成度。所述电子元器件在本发明中具体包括整流桥14、贴片电容15、贴片电阻16以及高压性恒流芯片17等元器件，更为具体地，将在后述具体实施例中做更为详细的描述。
随后，步骤S2002中，在所述环氧基板的底面粘结覆铜形成铜膜层。具体地，采取大面积覆铜处理，将铜箔烧结在所述环氧基板1的底面形成一层大面积铜膜层18。本领域技术人员理解，通过这样的处理有利于COB光源及周围元器件的散热，从而保证光引擎模组的使用寿命。参考图7，所述铜膜层18完整覆盖在所述环氧基板1的底面。
接下来，依次执行步骤S203，步骤S204以及步骤S205：步骤S203，在环氧基板的发光区形成多个PIN孔；步骤S204，在每个所述PIN孔中压入所述PIN针，所述PIN针包括针头和针杆，所述针杆与所述PIN孔的尺寸匹配并穿过所述PIN孔；步骤S205，所述环氧基板的顶面在对应所述针头的位置设置焊盘，在每个所述焊盘上固定LED晶粒且所述LED晶粒与所述针头接触，然后烘烤固化。具体地，本领域技术人员可以参考上述图1中步骤S101，步骤S102及步骤S103实施上述步骤S203、步骤S204以及步骤S205，在此不予赘述。本领域技术人员理解，本实施例中所述步骤S203、步骤S204以及步骤S205阐述了，在环氧基板上插设PIN针，将PIN针与PIN孔紧密结合，然后再将用于发光的LED晶粒固定在PIN针的枕头上。通过这样的设置，使得LED晶粒工作时产生的热量通过PIN针直接传导到环氧基板的底面从而扩散到灯具散热器上。
进一步地，本领域技术人员理解，多个所述元器件与所述LED晶粒共同通过金属线键合或焊接的方式，借助于所述环氧基板的布线情况实进行电气连接，实现所述光电引擎的功能。如图5所示，所述元器件至少包括整流桥14、贴片电容15、贴片电阻16以及高压线性恒流芯片17。所述整流桥14优选为全桥结构，具体地，全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并通过绝缘塑料材料封装为一体构成的，从而实现将输入的交流电压转化为输出的直流电压；所述贴片电容15作为储能器件，能够使稳压器的输出均匀话，降低负载需求等功能，本领域技术人员可以根据电容的电容值、容差、耐压、实用温度、尺寸等参数对所述贴片电容15进行选取；所述贴片电阻16是将金属粉和玻璃铀粉混合，采用丝网印刷法印在基板上制成的电阻器。具有耐潮湿和高温，温度系数小的特点。可大大节约电路空间成本，使设计更精细化；所述高压线性恒流芯片17用于对所述LED晶粒进行恒流驱动，以避免驱动电流超过最大额定值，影响可靠性；并获得预期的亮度要求和各个所述LED晶粒发光亮度、色度的一致性。
进一步地，在所述步骤S204的一个变化例中，即在每个所述PIN孔中压入所述PIN针的过程中，所述针杆穿出所述环氧基板的底面并与所述铜膜层接触以实现电气连接。更进一步地，结合图8，所述步骤S204还包括如下子步骤，将所述针杆超出所述环氧基板的底面的部分裁剪。具体地，可以通过特定的剪PIN针治具将所述环氧基板1底面凸出部分的所述PIN针11的针杆平齐于所述环氧基板底面裁剪，在此不予赘述。
进一步地，图9示出了本发明的具体实施方式的，另一种光电引擎的封装方法流程图。作为图1、图6所示实施例的共同变化例，依次包括如下步骤：
步骤S3001，在所述环氧基板上黏贴多个元器件。具体地，可以参考上述图6中步骤S2001实现该步骤，多个所述元器件黏贴在所述环氧基板上的结构情况可以参考图5。
在步骤S3002中，在所述环氧基板的底面粘结覆铜形成铜膜层。该步骤的实现可以参考上述图5中步骤S2002，同时，结合图7，示出了所述铜膜层覆盖在所述环氧基板底面的效果图，在此不予赘述。
随后，进入步骤S301，在环氧基板的发光区形成多个PIN孔，所述发光区根据需要人为设定，所述PIN孔的数目和排列方式也可以根据需要进行相应设置，这些都不影响本发明的实质；
步骤S302，在每个所述PIN孔中压入所述PIN针，所述PIN针包括针头和针杆，所述针杆与所述PIN孔的尺寸匹配并穿过所述PIN孔。进一步地，在该步骤中，所述针杆穿出所述环氧基板的底面并与所述铜膜层接触，并将所述针杆超出所述环氧基板的底面的部分裁剪；
步骤S303，所述环氧基板的顶面在对应所述针头的位置设置焊盘，在每个所述焊盘上固定LED晶粒且所述LED晶粒与所述针头接触，然后烘烤固化。本领域技术人员可以参考上述图1中步骤S101至步骤S103实现，在此不予赘述。
进一步地，在图9所述实施例中，还依次包括如下步骤：
步骤S304，将多个所述LED晶粒通过金线连接。即焊线操作，具体地，将金线从第一焊点开始打线至第二焊点，依次将多个所述LED晶粒依次通过所述金线连接。在焊线过程中需注意保证金线焊接良好，P极金球不能联接到N极，N极金球不能联接到P极。保证焊点位置的准确并使焊线的幅度及拉力要求满足焊线作业标准。具体可以参考图10中将多个所述LED晶粒通过所述金线2的连接效果示意图。所述金线用于连接所述LED晶粒与外部电路，实现通电。
步骤S305，将所述光电引擎通电测试，检测是否存在损坏的LED晶粒以及损坏的金线。在该步骤中，若存在损坏的LED晶粒或者金线，则对应的一个或多个LED晶粒因不能通电而不亮，或者通电后亮度低于正常值的情况。该步骤的目的在于将不亮或亮度不够的所述LED晶粒和断金线的COB材料筛选出来，进行修复LED晶粒或者金线的作业，以保证良品率。随后，根据检测结果，在步骤S306，若存在损坏的LED晶粒以及损坏的金线，则修复损坏的所述LED晶粒以及损坏的金线。
进一步地，还包括步骤S307，用围坝胶对多个所述LED晶粒执行围坝步骤形成发光区，然后再烘烤固化。具体地，该步骤作为所述光电引擎的封装阶段，在所述发光区域选定4个围坝定位点进行COB光源围坝，围坝完成后将围坝好的光电引擎放于恒温箱中烘烤。所述恒温箱的工作参数优先设置为100摄氏度，烘烤时间为15至20分钟之间的任意时间长度。本领域技术人员理解，所述围坝胶可以是单组分围坝胶，也可以采用在乙烯基硅油、乙烯基硅树脂等基体树脂中引入碳酸钙等填料制备。所述围坝胶形成所述发光区的边缘，将全部所述LED晶粒围合在一个封闭区域内。其应具备附着力好，强度高，优异的耐老化性能。且具有防潮，防水，耐臭氧，耐辐射，耐气候老化、耐高温、电器性能好，化学稳定性好等优点。
最后，在步骤S308中，配置硅胶荧光粉并进行灌封处理，之后再烘烤固化。具体地，根据相关色温显指要求对所述硅胶荧光粉在胶水中的配比进行配置并点胶处理，将所述发光区进行灌封。再进行COB胶水固化前的色温显指检验测试，色温显指符合要求后即可将点好胶水的光电引擎放于恒温箱中烘烤一定时间。优选地，烘烤温度参数设置为150摄氏度，烘烤时间设置为4小时。
本领域技术人员理解，通过上述步骤，即获得如图11所示的光电引擎的成品。进一步地，通过对所述光电引擎成品进行分光分色测试，对所述光电引擎的性能进行评价并用于后续应用。
下面对根据本发明的封装方法获得光电引擎成品进行详细描述。具体地，所述光电引擎的成品结构可以参考图11所示实施例，结合图2至图5、图7、图8以及图10的描述可以更清晰地了解本发明的光电引擎产品。所述光电引擎包括环氧基板以及设置在所述环氧基板上的多个元器件。具体地，环氧基板的材质优选为FR-4环氧基板，本领域技术人员理解，FR-4环氧基板是以环氧树脂作粘合剂，以电子级玻璃纤维布作增强材料的一类基板。其粘结片和内芯薄型覆铜板，是制作多层印制电路板的重要基材。具有较高的机械性能和介电性能，较好的耐热性和耐潮性，并有良好的机械加工性。进一步地，多个所述元器件根据各自不同的用途，实现所述光电引擎整体作为电子元件的电气连接和功能的实现。在本发明中，多个所述元器件至少包括整流桥、贴片电容、贴片电阻以及高压线性恒流芯片。所述整流桥优选为全桥结构，具体地，全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并通过绝缘塑料材料封装为一体构成的，从而实现将输入的交流电压转化为输出的直流电压；所述贴片电容作为储能器件，能够使稳压器的输出均匀话，降低负载需求等功能，本领域技术人员可以根据电容的电容值、容差、耐压、实用温度、尺寸等参数对所述贴片电容进行选取；所述贴片电阻是将金属粉和玻璃铀粉混合，采用丝网印刷法印在基板上制成的电阻器。具有耐潮湿和高温，温度系数小的特点。可大大节约电路空间成本，使设计更精细化；所述高压线性恒流芯片用于对所述LED晶粒进行恒流驱动，以避免驱动电流超过最大额定值，影响可靠性；并获得预期的亮度要求和各个所述LED晶粒发光亮度、色度的一致性。多个所述元器件为贴片元器件，可通过粘贴在所述环氧基板的焊盘上实现固定。
进一步地，所述环氧基板未设置所述元器件的区域包括发光区，所述发光区设置有多个PIN孔，多个所述PIN孔的位置、数目与LED晶粒的数目及安装位置对应。具体地，每个所述PIN孔固定有PIN针，所述PIN针的材料优选为硬质合金，具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，其用于实现电信号的传输。更进一步地，所述PIN针包括针头和针杆，所述PIN针的主要材质为铜包钢线，所述PIN针的针杆的直径与所述PIN孔的孔径相适应且所述针头与所述PIN孔平齐，即令所述针头紧密压合在所述环氧基板的顶面，使得所述PIN针与所述PIN孔紧密结合。在所述环氧基板的顶面在对应所述针头的位置设置焊盘，所述焊盘覆盖所述PIN孔。进一步地，在每个所述焊盘上固定LED晶粒且所述LED晶粒与所述针头接触。在本发明的具体实施例中，所述LED晶粒的数目为80个，被均匀排列在所述环氧基板的发光区，所述LED晶粒与所述针头接触，保证电气连接。更进一步地，在所述环氧基板的底部设置有铜膜层，所述针杆穿过所述PIN孔并与所述铜膜层接触。所述铜膜层通过大面积覆铜方式覆盖在所述环氧基板的底面，通过这样的设置，有利于所述光电引擎中COB光源及所述元器件的散热，从而保证所述光电引擎的寿命。
本发明提供的所述光电引擎具有良好的散热性能，同时在结构上可以省去恒流驱动源的印制板，且采用线性高压驱动电源方案成本比传统的开关电源方案成本低。进一步地，本发明的光引擎结构，机械上只要固定到散热器，电气上只有两根市电电源线须要连接到光引擎的L、N焊盘上，接口十分简单，同时不需要有任何复杂的电气测试。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (12)

1.一种光电引擎的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在环氧基板的发光区形成多个PIN孔；
b.在每个所述PIN孔中压入PIN针，所述PIN针包括针头和针杆，所述针杆与所述PIN孔的尺寸匹配并穿过所述PIN孔；
c.所述环氧基板的顶面在对应所述针头的位置设置焊盘，在每个所述焊盘上固定LED晶粒且所述LED晶粒与所述针头接触，然后烘烤固化。
2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述步骤a之前执行如下步骤：
a1.在所述环氧基板上粘贴多个元器件；
a2.在所述环氧基板的底面粘结覆铜形成铜膜层。
3.根据权利要求2所述的封装方法，其特征在于，所述元器件包括整流桥、贴片电容、贴片电阻、高压线性恒流芯片。
4.根据权利要求2所述的封装方法，其特征在于，所述步骤b中，所述针杆穿出所述环氧基板的底面并与所述铜膜层接触，且所述步骤b执行如下步骤：
将所述针杆超出所述环氧基板的底面的部分裁剪。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的封装方法，其特征在于，所述步骤c之后执行如下步骤：
d.将多个所述LED晶粒通过金线连接。
6.根据权利要求5所述的封装方法，其特征在于，所述步骤d之后执行如下步骤：
e.将所述光电引擎通电测试，检测是否存在损坏的LED晶粒以及损坏的金线；
f.若存在损坏的LED晶粒以及损坏的金线，则修复损坏的LED晶粒以及损坏的金线。
7.根据权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述步骤f之后执行如下步骤：
g.用围坝胶对多个所述LED晶粒执行围坝步骤形成发光区，然后再烘烤固化；
h.配置硅胶荧光粉并进行灌封处理，之后再烘烤固化。
8.一种光电引擎，包括环氧基板以及设置在环氧基板上的多个元器件，其特征在于，所述环氧基板的发光区设置有多个PIN孔，每个所述PIN孔固定PIN针，所述PIN针包括针头和针杆，所述环氧基板的顶面在对应所述针头的位置设置焊盘，每个所述焊盘上固定LED晶粒且所述LED晶粒与所述针头接触。
9.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述针头紧密压合在所述环氧基板的顶面。
10.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述环氧基板的底部设置有铜膜层，所述针杆穿过所述PIN孔并与所述铜膜层接触。
11.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，多个所述元器件包括整流桥、贴片电容、贴片电阻、高压线性恒流芯片。
12.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述环氧基板的材质为FR-4。
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