CN116314560A - Led芯片封装结构、发光产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED芯片封装结构，包括金属基金刚石散热层、LED芯片、隔离框架以及导电电极；LED芯片和隔离框架均与金属基金刚石散热层连接，且隔离框架环绕LED芯片设置；隔离框架包括绝缘层，导电电极与绝缘层连接，且悬空设置于金属基金刚石散热层之上，导电电极通过引线与LED芯片电性连接。本申请提供的LED芯片封装结构，导电电极设置于隔离框架的绝缘层上且与金属基金刚石散热层悬空，避免了导电电极与金属基金刚石散热层直接接触造成的短路风险，使具有高散热性能的金属基金刚石散热层能够安全应用于LED芯片封装结构中，有效实现热电分离，有利于提高芯片的封装密度和发光效率以及长期可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及LED封装技术领域，特别是涉及LED芯片封装结构、发光产品。
背景技术
LED(半导体发光二极管)封装是指对发光芯片进行封装的技术，通过封装可以提高对发光芯片的保护能力，能够防止芯片在空气中长期暴露或机械损伤而失效，以提高芯片的稳定性；通过封装技术还可以使LED具有更高的发光效率和散热效率，从而有利于提高LED的长期可靠性和产品寿命。
目前常见的LED芯片封装主要包括正装、倒装和垂直封装三种形式。封装方案则有表面贴装器件(Surface Mounted Devices，SMD)、矩阵式集成封装(Integrated MatrixDevices，IMD)、板上芯片封装(Chip on board，COB)等。LED封装使用的材料包括散热基板、荧光粉以及灌封胶等，其中散热基板包括印刷电路板(PCB)、金属核印刷电路板(MCPCB)、陶瓷基板等，散热基板的热导率通常不超过250W/(m·k)，但随着LED功率、封装密度的不断增加，常规的散热基板已不能满足当下的散热需求。
金属基金刚石是一种高导热、低热膨胀系数的复合材料，其热导率最高可到1000w/(m·k))，导热能力强，非常适合用作为LED封装的高导热基板。但金属基金刚石具有导电性，在表面直接制造电路会导致电路短路。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够提高散热能力且能够有效避免电路短路的LED芯片封装结构、发光产品。
第一个方面，本申请提供一种LED芯片封装结构，包括金属基金刚石散热层、LED芯片、隔离框架以及导电电极；
所述LED芯片和隔离框架均与所述金属基金刚石散热层连接，且所述隔离框架环绕所述LED芯片设置；
所述隔离框架包括绝缘层，所述导电电极与所述绝缘层连接，且悬空设置于所述金属基金刚石散热层之上，所述导电电极通过引线与所述LED芯片电性连接。
在其中一个实施例中，所述隔离框架环绕所述LED芯片形成闭合的环绕结构。
在其中一个实施例中，所述导电电极与所述绝缘层的顶面连接。
在其中一个实施例中，所述导电电极与所述绝缘层的侧面连接，可选地，所述导电电极贯穿所述绝缘层的侧面。
在其中一个实施例中，所述导电电极为平面结构或呈立体结构。
在其中一个实施例中，所述导电电极包括导电正极和导电负极，所述导电正极和所述导电负极连接于所述绝缘层的不同位置处，所述导电正极通过引线与所述LED芯片的正极引脚电性连接，所述导电负极通过引线与所述LED芯片的负极引脚电性连接。
在其中一个实施例中，所述LED芯片的正极引脚和负极引脚各自独立地位于远离所述金属基金刚石散热层的一侧，所述LED芯片靠近所述金属基金刚石散热层的一侧绝缘。
在其中一个实施例中，所述LED芯片有多个且为阵列结构；
在所述阵列结构中，同一行的多个所述LED芯片间通过引线串联，最外侧的两个所述LED芯片中，其中一个所述LED芯片通过所述引线与所述导电正极电性连接，另一个所述LED芯片通过所述引线与所述导电负极电性连接；各行所述LED芯片通过所述导电正极和所述导电负极并联。
在其中一个实施例中，还包括粘接层，所述金属基金刚石散热层与所述隔离框架和/或与所述LED芯片通过所述粘接层连接。
在其中一个实施例中，还包括封装层，所述封装层位于所述隔离框架形成的闭合的环绕结构内，且覆盖所述LED芯片、所述引线以及在所述环绕结构内的所述金属基金刚石散热层表面。
第二个方面，本申请还提供了一种发光产品，包括如本申请第一个方面所述的LED芯片封装结构。
本申请提供的LED芯片封装结构，在金属基金刚石散热层的同一侧设置LED芯片、隔离框架以及导电电极，导电电极设置于隔离框架的绝缘层上且与金属基金刚石散热层悬空，避免了导电电极与金属基金刚石散热层直接接触造成的短路风险，使具有高散热性能的金属基金刚石散热层能够安全应用于LED芯片封装结构中，有效实现热电分离，有利于提高芯片的封装密度和发光效率以及长期可靠性。
附图说明
图1为一实施例中LED芯片封装结构的俯视图；
图2为一实施例中LED芯片封装结构隔离框架中的绝缘层与导电电极的位置关系示意图；
图3为另一实施例中LED芯片封装结构隔离框架中的绝缘层与导电电极的位置关系示意图；
图4为一实施例中LED芯片封装结构关于金属基金刚石散热层、粘接层以及LED芯片的局部结构放大图；
图5为一实施例中LED芯片封装结构包括封装层的结构示意图。
附图标记说明：
10：LED芯片封装结构；110：金属基金刚石散热层；120：LED芯片；121：正极引脚；122：负极引脚；130：隔离框架；131：绝缘层；140：导电电极；141：导电正极；142：导电负极；150：引线；160：粘接层；170：封装层。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请一实施例提供了一种LED芯片封装结构10，以解决传统技术中存在散热能力不足，或采用高散热性能的金属基金刚石为散热热沉时易导致电路短路的问题。以下将结合附图对进行说明。
第一个方面，如图1所示，本申请提供一种LED芯片封装结构10，包括金属基金刚石散热层110、LED芯片120、隔离框架130以及导电电极140；
LED芯片120和隔离框架130均与金属基金刚石散热层110连接，且隔离框架130环绕LED芯片120设置；
隔离框架130包括绝缘层131，导电电极140与绝缘层131连接，且悬空设置于金属基金刚石散热层110之上，导电电极140通过引线150与LED芯片120电性连接。
发明人经研究发现，以金属基金刚石散热层为主要的热沉结构为LED芯片提供散热时，金属基金刚石散热层虽然具有非常优异的导热能力，但是这种散热层中的金属基会导致散热层同时还具有一定的导电能力，对LED芯片进行封装时，若直接将与LED芯片连接的导电电极设置于金属基金刚石散热层会导致电路短路，因此，如何解决短路问题成为金属基金刚石散热层在LED芯片封装的应用中的重要问题。
基于此，本申请提供了上述的LED芯片封装结构10，在金属基金刚石散热层110的同一侧设置LED芯片120、隔离框架130以及导电电极140，导电电极140架设于隔离框架130的绝缘层131之上且与金属基金刚石散热层110悬空，避免了导电电极140与金属基金刚石散热层110直接接触造成的短路风险，使具有高散热性能的金属基金刚石散热层110能够安全应用于LED芯片封装结构10中，有效实现热电分离，有利于提高LED芯片120的封装密度和发光效率以及长期可靠性。
可以理解地，金属基金刚石散热层110中的金属基材例如可以但不限于包括铜、铝、银以及镁等，上述金属基材组成的散热层例如可以但不限于为金刚石铜散热层、金刚石铝散热层、金刚石银散热层以及金刚石镁散热层等等。金属基金刚石散热层110具有良好的导热能力，能够将LED芯片120产生的热量及时、高效地向外传递，避免LED芯片120过热影响寿命。
可以理解地，金属基金刚石散热层110的形状可以依据发光产品的实际需求配合LED芯片120的结构而设置，其表面面积足够承载LED芯片120和绝缘层130即可。例如，金属基金刚石散热层110可以为方块状，可以为圆形状，可以为多边形状，也还可以是其他任意形状。
可以理解地，本申请中的绝缘框架130可以全部由绝缘层131构成，也可以仅与导电电极140连接的部分为绝缘层131，其他部分为非绝缘层。
在其中一个实施例中，绝缘层131的材质包括塑料、陶瓷以及硅胶中的一种或多种。塑料、陶瓷以及硅胶等均是良好的绝缘材料，可以有效实现绝缘。可以理解地，在其他的实施例中，也可以采用其他的绝缘材料，只要能够达到绝缘的效果即可。可以理解地，隔离框架130能够将LED芯片120环绕即可，隔离框架130可以设置于金属基金刚石散热层110之上的任意位置。优选地，隔离框架130靠近于金属基金刚石散热层110的边缘设置，可以理解地，隔离框架130不超出金属基金刚石散热层110的边缘。
在其中一个实施例中，隔离框架130环绕LED芯片120形成闭合的环绕结构。
可以理解地，在本申请的LED芯片封装结构10中，导电电极140架设于隔离框架130的绝缘层131之上且与金属基金刚石散热层110悬空设置不与其接触即可避免短路风险，具体地，导电电极140可以位于绝缘层131上使其与金属基金刚石散热层110悬空的任何位置处。在其中一个实施例中，如图2所示，导电电极140与绝缘层131的顶面连接。
在另一个实施例中，如图3所示，导电电极140与绝缘层131的侧面连接，可选地，导电电极140贯穿绝缘层131的侧面。
可以理解地，LED芯片120可以通过导电电极140与外部供电电路实现电气连接。
在其中一个实施例中，导电电极140为平面结构或呈立体结构。可以理解地，导电电极140可以是平面结构的电极，也可以是立体结构的电极，只要能够保证导电电极140的导电能力、且易于制作即可。
可以理解地，导电电极140的材质可以选用LED芯片封装领域常用的电极材料，例如为铜、铝等等。
在其中一个实施例中，请参图1和图4，导电电极140包括导电正极141和导电负极142，导电正极141和导电负极142连接于绝缘层131的不同位置处，导电正极141通过引线150与LED芯片120的正极引脚121电性连接，导电负极142通过引线150与LED芯片120的负极引脚122电性连接。可以理解地，导电正极141和导电负极142位于绝缘层131的不同位置处，彼此间有间隔，能够避免导电正极141和导电负极142直接接触造成短路。可以理解地，导电正极141和导电负极142只要分开不接触即可，本申请对导电正极141和导电负极142在绝缘层131上的具体位置不作特别限定。
在其中一个实施例中，隔离框架130全部为绝缘层131，绝缘层131与金属基金刚石散热层110各自独立地呈方形结构，导电正极141和导电负极142设置于绝缘层131相对的两侧。
在其中一个实施例中，请再参图4，LED芯片120的正极引脚121和负极引脚122各自独立地位于远离金属基金刚石散热层110的一侧，LED芯片120靠近金属基金刚石散热层110的一侧绝缘。LED芯片120的正极引脚121和负极引脚122均位于同一侧的芯片表面时，LED芯片120为正装芯片，正装芯片120背向正极引脚121和负极引脚122一侧的芯片表面是绝缘的，具有绝缘性的芯片表面可以直接与金属基金刚石散热层110进行粘接，且不存在LED芯片120与金属基金刚石散热层110之间易导电的问题，避免了采用垂直芯片或倒装芯片与金属基金刚石散热层110粘接而导致的短路风险，也可以减少为了避免短路而需在LED芯片120与金属基金刚石散热层110之间额外增加绝缘垫层结构的工艺，有利于减少LED芯片封装结构10的热阻，提高散热效率。
在其中一个实施例中，LED芯片120有多个且为阵列结构；
在阵列结构中，同一行的多个LED芯片120间通过引线150串联，最外侧的两个LED芯片120中，其中一个LED芯片120通过引线150与导电正极141电性连接，另一个LED芯片120通过引线150与导电负极152电性连接；各行LED芯片120通过导电正极141和导电负极142并联。
在其中一个实施例中，请再参图4，LED芯片封装结构10还包括粘接层160，金属基金刚石散热层110与隔离框架130和/或与LED芯片120通过粘接层160连接。可以理解地，粘接层160例如可以但不限于是锡膏、银胶、银浆或胶水等等。在另一个的实施例中，金属基金刚石散热层110也可以通过焊接的方式与隔离框架130和/或与LED芯片120进行连接。在又另一个实施例中，金属基金刚石散热层110还可以通过烧结的方式与隔离框架130和/或与LED芯片120进行连接。
在其中一个实施例中，如图5所示，LED芯片封装结构10还包括封装层170，封装层170位于隔离框架130形成的闭合的环绕结构内，且覆盖LED芯片120、引线150以及在环绕结构内的金属基金刚石散热层110表面。封装层170可以将易被损坏的LED芯片120和引线150等结构包裹起来并进行密封，对内部的LED芯片120可以起到隔绝水汽、提供机械支撑的作用，有利于提高LED芯片封装结构10的可靠性以及长期稳定性。进一步地，封装层170位于隔离框架130构成的闭合的环绕区域内，隔离框架130的闭合的环绕结构可以对封装层170起到定型、固定和支撑的作用，还能够有效阻止封装层170的封装胶水未固化前在金属基金刚石散热层110表面四处溢流，有利于提高LED芯片封装结构10的性能可靠性。
第二个方面，本申请还提供了一种发光产品，包括如上述第一个方面中的LED芯片封装结构10。发光产品例如可以但不限于是照明设备、LED显示屏、光标标识、液晶背光源等。
第三个方面，本申请还提供一种如本申请的第一个方面的LED芯片封装结构10的制作方法，包括如下步骤：
将LED芯片120贴装于金属基金刚石散热层110上；
在金属基金刚石散热层110之上形成包括有绝缘层131的隔离框架130，且隔离框架130环绕LED芯片120设置；
在金属基金刚石散热层110之上形成与绝缘层131连接的导电电极140，导电电极140与金属基金刚石散热层110悬空设置；
导电电极140通过引线150与LED芯片120电性连接。
在其中一个实施例中，隔离框架130环绕LED芯片120形成闭合的环绕结构。
在其中一个实施例中，导电电极140与绝缘层131的顶面连接。
在另一个实施例中，导电电极140与绝缘层131的侧面连接，可选地，导电电极140贯穿绝缘层131的侧面。可以理解地，还可以包括在绝缘层131的侧面凿出通孔的步骤。
在其中一个实施例中，将LED芯片120贴装于金属基金刚石散热层110上的步骤包括：
将LED芯片120绝缘一侧的芯片表面与金属基金刚石散热层110进行贴装，LED芯片120的正极引脚121和负极引脚122各自独立地朝向远离金属基金刚石散热层110的一侧。
在其中一个实施例中，还包括如下步骤：
先在金属基金刚石散热层110与隔离框架130和/或与LED芯片120的粘接表面形成粘接层160，再在粘接层160上粘接隔离框架130和/或LED芯片120。
在其中一个实施例中，还包括如下步骤：
在隔离框架130形成的闭合的环绕结构内形成封装层170，封装层170覆盖LED芯片120、引线150以及在环绕结构内的金属基金刚石散热层110表面。
本申请第三个方面所述的制作方法可制备得到本申请第一个方面所述的LED芯片封装结构10。除非另有说明，对LED芯片封装结构10中各层结构的表述可如上文所述。
采用上述方法制作LED芯片封装结构10，LED芯片封装结构10设置有环绕LED芯片120的隔离框架130，将导电电极140悬空设置于金属基金刚石散热层110之上使之与隔离框架130的绝缘层131相连，使导电电极140不与金属基金刚石散热层110直接接触，可以有效避免由于金属基金刚石散热层110自身的导电性而导致的短路风险。
进一步地，LED芯片120与金属基金刚石散热层110进行贴装的表面本身具有绝缘性，避免了还需要在LED芯片120与金属基金刚石散热层110之间设置绝缘垫层的步骤，减少工艺复杂性，且有利于减小热阻，提高散热能力。
进一步地，在隔离框架130形成的闭合的环绕结构内形成封装层170，环绕结构可以将未固化的形成封装层170的封装胶固定在环绕结构内，避免形成封装层时封装胶四处溢流，有利于提升LED芯片封装结构10的产品安全性和可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种LED芯片封装结构，其特征在于，包括金属基金刚石散热层、LED芯片、隔离框架以及导电电极；
所述LED芯片和所述隔离框架均与所述金属基金刚石散热层连接，且所述隔离框架环绕所述LED芯片设置；
所述隔离框架包括绝缘层，所述导电电极与所述绝缘层连接，且悬空设置于所述金属基金刚石散热层之上，所述导电电极通过引线与所述LED芯片电性连接。
2.根据权利要求1所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述隔离框架环绕所述LED芯片形成闭合的环绕结构。
3.根据权利要求1所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述导电电极与所述绝缘层的顶面连接。
4.根据权利要求1所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述导电电极与所述绝缘层的侧面连接，可选地，所述导电电极贯穿所述绝缘层的侧面。
5.根据权利要求1所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述导电电极为平面结构或呈立体结构。
6.根据权利要求1～5任一项所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述导电电极包括导电正极和导电负极，所述导电正极和所述导电负极连接于所述绝缘层的不同位置处，所述导电正极通过引线与所述LED芯片的正极引脚电性连接，所述导电负极通过引线与所述LED芯片的负极引脚电性连接。
7.根据权利要求1～5任一项所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述LED芯片的正极引脚和负极引脚各自独立地位于远离所述金属基金刚石散热层的一侧，所述LED芯片靠近所述金属基金刚石散热层的一侧绝缘。
8.根据权利要求7所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述LED芯片有多个且为阵列结构；
在所述阵列结构中，同一行的多个所述LED芯片间通过引线串联，最外侧的两个所述LED芯片中，其中一个所述LED芯片通过所述引线与所述导电正极电性连接，另一个所述LED芯片通过所述引线与所述导电负极电性连接；各行所述LED芯片通过所述导电正极和所述导电负极并联。
9.根据权利要求1～5、8任一项所述的LED芯片封装结构，其特征在于，还包括粘接层，所述金属基金刚石散热层与所述隔离框架和/或与所述LED芯片通过所述粘接层连接。
10.根据权利要求2或8所述的LED芯片封装结构，其特征在于，还包括封装层，所述封装层位于所述隔离框架形成的闭合的环绕结构内，且覆盖所述LED芯片、所述引线以及在所述环绕结构内的所述金属基金刚石散热层表面。
11.一种发光产品，其特征在于，包括如权利要求1～10任一项所述的LED芯片封装结构。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310187708.1A CN116314560A (zh) | 2023-02-28 | 2023-02-28 | Led芯片封装结构、发光产品 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310187708.1A CN116314560A (zh) | 2023-02-28 | 2023-02-28 | Led芯片封装结构、发光产品 |
Publications (1)
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| CN116314560A true CN116314560A (zh) | 2023-06-23 |
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ID=86797152
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN116314560A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117393516A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-01-12 | 荣耀终端有限公司 | 一种芯片封装结构、层叠封装结构及电子设备 |
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2023
- 2023-02-28 CN CN202310187708.1A patent/CN116314560A/zh active Pending
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