CN110416396B - 一种节能环保型照明装置及其制造方法 - Google Patents

一种节能环保型照明装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种节能环保型照明装置及其制造方法，本发明将LED外延片键合到绝缘基板上，可以防止切割的易碎风险，且能够提高切割的效率，孤立的多个基岛以及端子引出部可以防止基板的翘曲问题，保证封装结构的可靠性，节省电力，实现节能环保；优选的，在第二实施例中采用再分布基板进行二次布置孤立结构，可以方便焊线的同时，实现LED封装的灵活性。

Description

一种节能环保型照明装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及LED封装制造领域，具体涉及一种节能环保型照明装置及其制造方法。
背景技术
现有的LED封装多为COB形式的，其利用绝缘基板上的电路图案实现LED的串并联。在制造工艺中，首先需要对LED晶圆进行切割，然后在通过倒装或者焊线的形式固定于绝缘基板上。然而，这种晶圆的切割对LED外延片是不利的，容易对外延片的基底(例如蓝宝石)造成损伤或断裂，进而导致LED的发光效率低下或者使得LED失效。此外，大面积的绝缘基板往往会由于LED的高功率而过热，因而导致绝缘基板的翘曲。并且随着温度的提高，LED的使用寿命会大幅度较低，且耗电量也会随着增加，不利于环保节能。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种LED照明装置，其特征在于，包括：
绝缘基板，所述绝缘基板具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有第一铜层，在所述第二表面上设置有第二铜层，所述绝缘基板包括分立的多个基岛以及端子引出部；
正装的多个LED芯片，所述多个LED芯片分别焊接于所述多个基岛的第一铜层上且通过第一引线进行彼此电连接形成灯串，所述灯串的末端通过第二引线电连接至所述端子引出部的第一铜层；
粘合层，形成于所述多个基岛以及端子引出部之间的间隔槽的第一部分；
封装树脂，密封所述多个LED芯片和所述绝缘基板，且填充所述隔离槽的第二部分，并在所述隔离槽内与所述粘合层物理接触；
其中，所述隔离槽的第一部分包括第一沟槽，所述隔离槽的第二部分包括第二沟槽和第三沟槽，所述第一沟槽和第二沟槽分别上下连通设置于所述多个基岛之间，所述第一沟槽和所述第三沟槽分别上下连通设置于所述多个基岛与所述端子引出部之间。
本发明还通过了两种制造上述照明装置的方法，其一种包括以下步骤：
(1)将LED外延片键合到绝缘基板的第一铜层上，所述LED外延片包括多个LED单元和共用衬底；
(2)从所述第二表面进行第一次切割形成第一沟槽，所述第一沟槽未贯穿所述绝缘基板；
(3)在所述第一沟槽中填充粘合层；
(4)从所述第一表面进行第二次切割形成第二沟槽和第三沟槽；所述第一沟槽和第二沟槽分别上下连通、所述第一沟槽和所述第三沟槽分别上下连通，以形成隔离槽；所述隔离槽将所述绝缘基板分割为分立的多个基岛以及端子引出部；
(5)通过第一引线将所述多个LED单元串联成灯串，并通过第二引线将所述灯串的末端电连接至所述端子引出部的第一铜层；
(6)形成封装树脂，密封所述多个LED芯片和所述绝缘基板，且填充所述隔离槽的第二沟槽和第三沟槽，并在所述隔离槽内与所述粘合层物理接触。
第二种方法包括以下步骤：
(1)将LED外延片键合到绝缘基板的第一铜层上，所述LED外延片包括多个LED单元和共用衬底；
(2)从所述第二表面进行第一次切割形成第一沟槽，所述第一沟槽未贯穿所述绝缘基板；
(3)从所述第一表面进行第二次切割形成第二沟槽和第三沟槽；所述第一沟槽和第二沟槽分别上下连通、所述第一沟槽和所述第三沟槽分别上下连通，以形成第一隔离槽；所述第一隔离槽将所述绝缘基板分割为分立的多个基岛以及端子引出部，且所述第一隔离槽具有最大间距d1；
(4)将所述多个基岛和端子引出部的一部分或者全部转移至再分布基板上，且使得其通过第二隔离槽将转移的基岛和端子引出部分割为多个分立结构，且所述第二隔离槽具有最大间距d2；
(5)通过第一引线将所述再分布基板上的多个LED单元串联成灯串，并通过第二引线将所述灯串的末端电连接至所述再分布基板上的端子引出部的第一铜层；
(6)形成封装树脂，密封所述再分布基板上的多个分立结构，且填充所述第二隔离。
本发明的优点如下：
(1)将LED外延片键合到绝缘基板上，可以防止切割的易碎风险，且能够提高切割的效率；
(2)孤立的多个基岛以及端子引出部可以防止基板的翘曲问题，保证封装结构的可靠性，节省电力，实现节能环保；
(3)优选的，在第二实施例中采用再分布基板进行二次布置孤立结构，可以方便焊线的同时，实现LED封装的灵活性。
附图说明
图1为LED外延片的剖视图；
图2、3为LED外延片的俯视图；
图4为第一实施例的LED照明装置的剖视图；
图5-10为第一实施例的LED照明装置制造方法的示意图；
图11为第一实施例的LED照明装置的俯视图；
图12为第二实施例的LED照明装置的剖视图；
图13-20为第二实施例的LED照明装置制造方法的示意图；
图21-23为第二实施例的LED照明装置的俯视图。
具体实施方式
首先，参照图1，本发明需要键合的外延片包括共用衬底1和在共用衬底1上外延生长的多个LED单元2，所述共用衬底1可以是蓝宝石衬底或者硅衬底等合适的衬底结构；所述多个LED单元2可以包括n型层、p型层、发光层和电极结构。需要键合的外延片可以是晶圆结构的(参见图2)，也可以是由晶圆上切割而得到的条形结构或其他连体状结构(通过共用衬底1进行连体)。
第一实施例
参见图4和11，本发明的节能环保型LED照明装置，包括绝缘基板3、正装的多个LED芯片2、粘合层10、封装树脂13。其中绝缘基板3形成为多个孤岛状结构，且每个孤岛状结构上固定一LED单元，由此形成阵列或排状的结构。
所述绝缘基板3优选为陶瓷基板，例如DBC基板，所述绝缘基板3具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有第一铜层6，在所述第二表面上设置有第二铜层7，所述绝缘基板3包括分立的多个基岛4以及端子引出部5；其中每个基岛4上具有焊接所述LED单元的铜层41以及下部的铜层42，铜层42可以充当散热媒介用于提高散热。端子引出部5包括其上的铜层51和其下的铜层52以及连通所述铜层51和铜层52的通孔53，端子引出部5将多个LED单元从绝缘基板3的背面进行电引出。
所述多个LED芯片包括共用衬底1和LED单元2，分别焊接于所述多个基岛4的铜层41上且通过第一引线8进行彼此电连接形成灯串，所述灯串的末端通过第二引线9电连接至所述端子引出部的铜层51。所述第一引线8和第二引线9为银线、铜线或金线，且通过超声焊技术进行焊接。
粘合层10，形成于所述多个基岛4以及端子引出部5之间的间隔槽的第一部分；封装树脂13，密封所述多个LED芯片和所述绝缘基板3，且填充所述隔离槽的第二部分，并在所述隔离槽内与所述粘合层10物理接触；其中，所述隔离槽的第一部分包括第一沟槽14，所述隔离槽的第二部分包括第二沟槽11和第三沟槽12，所述第一沟槽14和第二沟槽11分别上下连通设置于所述多个基岛4之间，所述第一沟槽14和所述第三沟槽12分别上下连通设置于所述多个基岛4与所述端子引出部5之间。
其中，所述粘合层10和所述封装树脂13可以是相同的材质，例如聚酰亚胺、环氧树脂、硅胶等；优选的，所述粘合层10和所述封装树脂13是不同的材质，所述粘合层10为热膨胀系数小于所述绝缘基板3的聚合物，而封装树脂13可以是常规的封装树脂材料。
本发明还提供了一种较为简便的方法制造上述LED照明装置，包括以下步骤：
(1)将LED外延片键合到绝缘基板的第一铜层上，所述LED外延片包括多个LED单元和共用衬底；
(2)从所述第二表面进行第一次切割形成第一沟槽，所述第一沟槽未贯穿所述绝缘基板，所述第一沟槽未贯穿所述绝缘基板；
(3)在所述第一沟槽中填充粘合层；
(4)从所述第一表面进行第二次切割形成第二沟槽和第三沟槽；所述第一沟槽和第二沟槽分别上下连通、所述第一沟槽和所述第三沟槽分别上下连通，以形成隔离槽；所述隔离槽将所述绝缘基板分割为分立的多个基岛以及端子引出部；
(5)通过第一引线将所述多个LED单元串联成灯串，并通过第二引线将所述灯串的末端电连接至所述端子引出部的第一铜层；
(6)形成封装树脂，密封所述多个LED芯片和所述绝缘基板，且填充所述隔离槽的第二沟槽和第三沟槽，并在所述隔离槽内与所述粘合层物理接触。
具体的参见图5-10，其详细介绍了该实施例的制造工艺流程。
参见图5，将LED外延片键合到绝缘基板3的第一铜层6上，所述LED外延片包括多个LED单元2和共用衬底1。
参见图6，从所述第二表面进行第一次切割形成第一沟槽14，所述第一沟槽14未贯穿所述绝缘基板3。所述第一次切割为激光切割。
参见图7，在所述第一沟槽14中填充粘合层10。
参见图8，从所述第一表面进行第二次切割形成第二沟槽11和第三沟槽12；所述第一沟槽14和第二沟槽11分别上下连通、所述第一沟槽14和所述第三沟槽12分别上下连通，以形成隔离槽；所述隔离槽将所述绝缘基板3分割为分立的多个基岛4以及端子引出部5。所述第二次切割为机械切割，以使得所述第一沟槽的粗糙度大于所述第二和第三沟槽的粗糙度，这样有利于粘合层10的粘结以及基板3的散热。
参见图9，通过第一引线8将所述多个LED单元串联成灯串，并通过第二引线9将所述灯串的末端电连接至所述端子引出部5的铜层51。
参见图10，形成封装树脂13，密封所述多个LED芯片和所述绝缘基板3，且填充所述隔离槽的第二沟槽11和第三沟槽12，并在所述隔离槽内与所述粘合层10物理接触。
该实施例将LED外延片键合到绝缘基板上，可以防止切割的易碎风险，且能够提高切割的效率；孤立的多个基岛以及端子引出部可以防止基板的翘曲问题，保证封装结构的可靠性。
第二实施例
参照图12、21-23，本发明还提供了另一种节能环保型LED照明装置，其与第一实施例基本相同，包括绝缘基板3(可参见图13)、正装的多个LED芯片、封装树脂33。其中绝缘基板3形成为多个孤岛状结构，且每个孤岛状结构上固定一LED单元，由此形成阵列或排状的结构。
所述绝缘基板3优选为陶瓷基板，例如DBC基板，所述绝缘基板3具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有第一铜层6，在所述第二表面上设置有第二铜层7，所述绝缘基板3包括分立的多个基岛4以及端子引出部5；其中每个基岛4上具有焊接所述LED单元的铜层41以及下部的铜层42，铜层42可以充当散热媒介用于提高散热。端子引出部5包括其上的铜层51和其下的铜层52以及连通所述铜层51和铜层52的通孔53，端子引出部5将多个LED单元从绝缘基板3的背面进行电引出。
所述多个LED芯片包括共用衬底1和LED单元2，分别焊接于所述多个基岛4的铜层41上且通过第一引线8进行彼此电连接形成灯串，所述灯串的末端通过第二引线9电连接至所述端子引出部的铜层51。所述第一引线8和第二引线9为银线、铜线或金线，且通过超声焊技术进行焊接。
所述多个基岛4以及端子引出部5之间形成间隔槽65；封装树脂33，密封所述多个LED芯片和所述绝缘基板3，且填充所述隔离槽65；其中，所述隔离槽的第一部分包括第一沟槽14，所述隔离槽65包括下沟槽63和上沟槽64，所述上沟槽64和下沟槽63分别上下连通设置于所述多个基岛4与所述端子引出部5之间。其中，所述封装树脂13可以是聚酰亚胺、环氧树脂、硅胶等。
其与第一实施例不同的是，隔离槽65与第一实施例的隔离槽的间距不同，优选的，隔离槽65的最大间距大于第一实施例的隔离槽的最大间距；且多个基岛4和端子引出部5具有更灵活的布局，可参见图21-23，其多个基岛4呈现方形，且可以是S型排列(如图21)，可以是线状排列(单排或双排，例如图22)，可以是阵列式排布(例如图23)，且为了焊线的方便，所述方形可以沿其对角线方形排布成行(例如图22-23)。
本发明还提供了一种较为简便的方法制造上述LED照明装置，包括以下步骤：
(1)将LED外延片键合到绝缘基板的第一铜层上，所述LED外延片包括多个LED单元和共用衬底；
(2)从所述第二表面进行第一次切割形成第一沟槽，所述第一沟槽未贯穿所述绝缘基板；
(3)从所述第一表面进行第二次切割形成第二沟槽和第三沟槽；所述第一沟槽和第二沟槽分别上下连通、所述第一沟槽和所述第三沟槽分别上下连通，以形成第一隔离槽；所述第一隔离槽将所述绝缘基板分割为分立的多个基岛以及端子引出部，且所述第一隔离槽具有最大间距d1；
(4)将所述多个基岛和端子引出部的一部分或者全部转移至再分布基板上，且使得其通过第二隔离槽将转移的基岛和端子引出部分割为多个分立结构，且所述第二隔离槽具有最大间距d2；
(5)通过第一引线将所述再分布基板上的多个LED单元串联成灯串，并通过第二引线将所述灯串的末端电连接至所述再分布基板上的端子引出部的第一铜层；
(6)形成封装树脂，密封所述再分布基板上的多个分立结构，且填充所述第二隔离；
(7)移除所述再分布基板。
具体的参见图13-20，其详细介绍了该实施例的制造工艺流程。
参见图13，将LED外延片键合到绝缘基板3的第一铜层6上，所述LED外延片包括多个LED单元2和共用衬底1。
参见图14，从所述第二表面进行第一次切割形成第一沟槽14，所述第一沟槽14未贯穿所述绝缘基板3。
参见图15，将所述绝缘基板3固定于临时载板70的粘合层71上。
参见图16，从所述第一表面进行第二次切割形成第二沟槽11和第三沟槽12；所述第一沟槽14和第二沟槽11分别上下连通、所述第一沟槽14和所述第三沟槽12分别上下连通，以形成第一隔离槽(未标注序号)；所述第一隔离槽将所述绝缘基板3分割为分立的多个基岛4以及端子引出部5，且所述第一隔离槽具有最大间距d1。其中，第一次切割为激光切割，第二次切割为机械切割，以使得所述第一沟槽14的粗糙度大于所述第二和第三沟槽11、12的粗糙度。
参见图17-18，将所述多个基岛4和端子引出部5的一部分或者全部转移至再分布基板上，且使得其通过第二隔离槽65将转移的基岛4和端子引出部分5割为多个分立结构，且所述第二隔离槽65具有最大间距d2；其中，d2〉d1。所述再分布基板上可以具有固定层或粘合层。
参见图19，通过第一引线8将所述再分布基板上的多个LED单元串联成灯串，并通过第二引线9将所述灯串的末端电连接至所述再分布基板上的端子引出部5的第一铜层51；形成封装树脂33，密封所述再分布基板上的多个分立结构，且填充所述第二隔离槽65。
参见图20，移除所述再分布基板。
作为优选的第二实施例，其采用再分布基板进行二次布置孤立结构，可以方便焊线的同时，实现LED封装的灵活性。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种LED照明装置的制造方法，其包括以下步骤：
(1)将LED外延片键合到绝缘基板的第一铜层上，所述外延片是晶圆结构或由晶圆上切割而得到的连体状结构，所述LED外延片包括多个LED单元和共用衬底；其中，所述绝缘基板具有相对的第一表面和第二表面；
(2)从所述第二表面进行第一次切割形成第一沟槽，所述第一沟槽未贯穿所述绝缘基板；
(3)从所述第一表面进行第二次切割形成第二沟槽和第三沟槽，并同时切断所述共用衬底；所述第一沟槽和第二沟槽分别上下连通、所述第一沟槽和所述第三沟槽分别上下连通，以形成第一隔离槽；所述第一隔离槽将所述绝缘基板分割为分立的多个基岛以及端子引出部，且所述第一隔离槽具有最大间距d1；其中，所述第一次切割为激光切割，所述第二次切割为机械切割，以使得所述第一沟槽的粗糙度大于所述第二和第三沟槽的粗糙度；
(4)将所述多个基岛和端子引出部的一部分或者全部转移至再分布基板上，且使得其通过第二隔离槽将转移的基岛和端子引出部分割为多个分立结构，且所述第二隔离槽具有最大间距d2；其中，d2>d1；
(5)通过第一引线将所述再分布基板上的多个LED单元串联成灯串，并通过第二引线将所述灯串的末端电连接至所述再分布基板上的端子引出部的第一铜层；
(6)形成封装树脂，密封所述再分布基板上的多个分立结构，且填充所述第二隔离槽。
2.根据权利要求1所述的LED照明装置的制造方法，其特征在于：所述多个分立结构成单排、双排或者阵列形式排布。
3.根据权利要求1所述的LED照明装置的制造方法，其特征在于：还包括步骤(7)移除所述再分布基板。
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