CN1588652A - 陶瓷封装发光二极管及其封装方法 - Google Patents

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本发明公开了一种陶瓷封装发光二极管及其封装方法，该发光二极管包括基板、至少一LED芯片和封装在该LED芯片上的封装体，该基板为陶瓷基板，在其上部设有一个凹陷的封装腔，该封装腔的内壁为向外倾斜的弧面，形成一个反射圈，LED芯片安装在该封装腔中，并在基板的封装腔内设有至少一第一电极及至少第二电极，该第一电极及第二电极均分别延伸出至陶瓷基板的底部。本发明还提供了一种陶瓷封装发光二极管的封装方法。本发明所提供的LED具有高亮度、散热性能佳、耐焊接温度高的优点。本发明所提供的封装方法具有工艺简单，生产效率高、成品率高的优点。

Description

陶瓷封装发光二极管及其封装方法
技术领域
本发明涉及一种贴片LED及其封装方法，尤指一种采用陶瓷封装的贴片式LED及其封装方法。
背景技术
发光二极管(light-emitting diode，LED)的应用越来越广泛，目前，市面上的LED主要有如下类别：直插式LED(DIP LED)、贴片式LED(SMD LED)、灌胶贴片式LED(TOP LED)及大功率式LED(POWER LED)。其中，直插式LED具有亮度高、光衰较小、散热较理想、耐焊接温度高的优点，而其缺点是体积大、发光角度小，其不适宜自动化作业、仅适宜于大型化使用；贴片式LED的优点是体积小、发光角度大，缺点是亮度较低、散热差、光衰减大、耐焊接温度低，其适宜于小型化小功率使用和自动化作业；灌胶贴片式LED的优点是亮度较高、发光角度大，而缺点是散热较差，其适宜于中小型化使用和自动化作业；大功率式LED的优点是亮度高、散热好、光衰小，缺点是耐焊接温度较低、发光角度小，其不适宜自动化作业、仅适宜于大型化使用。
如中国国家知识产权局于2002年1月21日公开了一种名称为“功率型贴片发光二极管”的实用新型专利，其揭示的功率型贴片发光二极管的基本构成包括同轴的内、外壳体，两壳体采用合金材料，所示实施例中的内壳体呈一端面为凹槽状的圆柱形，发光二极管LED芯片通过银胶固定在该内壳体的凹槽内，外壳体呈与内壳体同轴的空心圆柱状，在内、外壳体之间灌封高透光性能的环氧树脂，发光二极管LED芯片通过一金丝与外壳体相连接。
但是，本发明存在如下缺点：因为其在内、外壳体之间灌封环氧树脂，其散热性能不佳，这种发光二极管器件通常工作电流只能在30mA以下，而目前大功率、高亮度LED芯片已发展到工作电流最大可达500mA，故现有的贴片发光二极管存在有散热的问题，当温升超过LED芯片所能允许的工作温升上限时，该功率型贴片LED将工作在不稳定状态，光效急剧下降，更无法表现高效LED芯片的优越特性。
而在市场上的另外一些贴片LED采用导热良好的铝基板封装的形式，其解决了上述的散热问题，但是由于的铝的热膨胀系数很大，所以其耐温度冲击的可靠性又不佳。
为提高LED的发光亮度，国外各大公司、大学和研究机构纷纷投入巨资开发研究高亮度LED芯片和高亮度的封装技术；如日本日亚推出了表面贴装侧光型白色LED，在电流20毫安下，亮度可达到700～1000mcd的高亮度产品。美国LumiLEDs照明公司其白光封装技术可达到20～30lm/w，可开发最大发光功率为5瓦特的120lm白光二极管。为了实现高亮度，都遇到目前蓝光LED芯片的光衰大的难题。根据我们对光衰的研究发现，光衰除了LED芯片本身外，还有一个最重要的因素就是温度的影响。
发明内容
为了克服现有的贴片LED散热性能不佳、亮度不高或者耐温度冲击的可靠性不佳的不足，而提供一种集合了上述各种LED优点的高亮度、散热性能佳、耐焊接温度高的陶瓷封装发光二极管。
本发明采用的技术方案在于：一种陶瓷封装发光二极管，其包括基板、至少一LED芯片和封装在该LED芯片上的封装体，该基板为陶瓷基板，在其上部设有一个凹陷的封装腔，该封装腔的内壁为向外倾斜的弧面，形成一个反射圈，LED芯片安装在该封装腔中，并在基板的封装腔内设有至少一第一电极及至少第二电极，该第一电极及第二电极均分别延伸出至陶瓷基板的底部。
所述封装体为硅橡胶。
在所述LED芯片与陶瓷基板之间设有一层银胶。
所述LED芯片包括有LED芯片主体、设置在LED芯片主体下面的下面电极及设置在LED芯片主体上面的上面电极。
所述LED芯片置于第一电极上，其下面电极与陶瓷基板的第一电极电连接，所述LED芯片的上面电极经金线与第二电极电连接。
本发明还包括有一种陶瓷封装发光二极管的封装方法，其包括如下步骤：(a)在陶瓷基板中的封装腔的LED芯片贴装位置上点上银胶；(b)将LED芯片平贴在银胶上；(c)通过线焊将LED芯片的上面电极与陶瓷基板上的第二电极连接；(d)把流体的硅橡胶注入该封装腔内；(e)使注入的硅橡胶固化。
在步骤(d)之前还包括对硅橡胶进行真空加热除气的步骤。
在步骤(c)之前还包括用高频离子流清洗所述第一电极及第二电极的步骤。
本发明的有益效果为：本发明所提供的LED具有亮度高、耐高低温度冲击性能强、可靠性高及光衰小等优点，本发明的提供的封装方法具有工艺简单，生产效率高、成品率高的优点。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的立体示意图。
图2是图1是A-A剖面图。
图3是本发明的第二实施例的立体示意图。
图4是本发明工作电流与最大光强度的关系曲线图。
图5是本发明陶瓷封装LED的封装方法的主流程图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明的立体示意图。并结合图2所示。本发明的贴片式LED主要包括陶瓷基板1、LED芯片2和内藏该LED芯片的封装体5。该陶瓷基板1大概为方形结构，其上部设有一个凹陷的封装腔3，该封装腔3的内壁为向外倾斜的弧面，形成一个反射圈。LED芯片安装在该封装腔3中，在基板的封装腔内设有二个电极，即第一电极60、第二电极61，该二个电极均分别延伸出至陶瓷基板的底部。
LED芯片2包括有LED芯片主体21、设置在LED芯片主体21下面的下面电极22及设置在LED芯片主体21上面的上面电极23。下面电极22由导电性优良的金属材料(例如Ag)形成，覆盖LED芯片主体21的下面整个区域。上面电极23由与下面电极22相同的金属材料形成，覆盖LED芯片主体21的上面整个区域。
LED芯片2置于第一电极60上，以便下面电极22与第一电极60电连接。LED芯片2的上面电极23经金线4与第二电极61连接。第一及第二电极60、61例如可以是银制的。其中，在LED芯片2与陶瓷基板1之间设有一层银胶3，其可以将LED芯片产生的热量很快的传导到基板上散发。封装体5由对LED芯片2发出的光透明的硅橡胶形成。
如图3所示，是本发明的第二实施例的立体示意图，在本实施例中，在陶瓷基板的封装腔中同时安装有三种LED芯片(一般为RGB三基色LED芯片)。该三种LED芯片可以并接在陶瓷基板的电极之间。
如图4所示，是本发明的工作电流与最大光强度的关系曲线图，图中示出了三条曲线，分别代指采用相同的LED芯片，用不同的封装形式制成的三种不同的封装产品的工作电流与最大光强度的关系曲线图。其中曲线a表示了PCB板模压封装的LED产品的曲线；曲线b表示TOP表面灌注型封装LED产品的曲线；曲线c表示了本发明陶瓷封装LED产品的曲线。从中可以看出，在相同的使用环境下，本发明陶瓷封装LED产品所承受的工作电流最大、所产生的光强度也最大。
如图5所示，本发明陶瓷封装LED的封装方法的流程图。首先进行固晶的步骤，利用ASM自动固晶机，在陶瓷基板1中的封装腔的LED芯片贴装位上点上银胶，再将LED芯片平贴在银胶上；进行焊线的步骤，通过线焊的方式将LED芯片2的上面电极23与陶瓷基板上的第二电极61连接，在该步骤中，可增加了高频离子流清洗工艺，清洗所述电极，可解决了焊线不牢的问题，同时加强了密封灌胶粘接强度；进行灌胶的步骤，把流体的硅橡胶注入该封装腔3内，最后使注入的硅橡胶固化，由于硅胶粘性较大，故在该步骤之前，还需对硅橡胶进行真空加热除气的步骤。然后对该陶瓷板进行冲分的步骤，把每颗产品冲分开；接着对该冲分后的产品进行分光和包装。
在本发明中，基板设计利用了高密度陶瓷的亮白性加上内圆的反射圈，增加反射面积，大大提高LED的出光强度；同时高密度陶瓷又具有良好的耐高温性能和热传导性能。另外，由于高密度陶瓷的热膨胀系数比导热良好的铝金属的热膨胀系数要小得多，所以采用高密度陶瓷封装的LED，其耐温度冲击的可靠性能又远远优于目前国外的大功率铝基板封装的LED。
发光二极管LED芯片底部与基板的联接采用高导热的银胶，可以将LED芯片所产生的热量很快地传导到陶瓷基板上散发掉。
密封胶的设计，由于陶瓷基板的热膨胀系数小，不可使用热膨胀系数较大的环氧A/B胶做密封材料，而采用了耐温高、热膨胀系数小、粘接性强的硅橡胶作为密封胶。
由于本发明所提供的LED具有亮度高、耐高低温度冲击性能强、可靠性高及光衰小等优点，故其可广泛应用于如军用器材照明、仪器设备等特殊照明，及一般装饰照明、台灯、草坪灯、显示屏、广告屏等领域。本发明的提供的封装方法具有工艺简单，生产效率高、成品率高的优点。

Claims (8)

1.一种陶瓷封装发光二极管，其包括基板、至少一LED芯片和封装在该LED芯片上的封装体，其特征在于：该基板为陶瓷基板，在其上部设有一个凹陷的封装腔，该封装腔的内壁为向外倾斜的弧面，形成一个反射圈，LED芯片安装在该封装腔中，并在基板的封装腔内设有至少一第一电极及至少第二电极，该第一电极及第二电极均分别延伸出至陶瓷基板的底部。
2.如权利要求1所述的陶瓷封装发光二极管，其特征在于：所述封装体为硅橡胶。
3.如权利要求2所述的陶瓷封装发光二极管，其特征在于：在所述LED芯片与陶瓷基板之间设有一层银胶。
4.如权利要求1、2或3所述的陶瓷封装发光二极管，其特征在于：所述LED芯片包括有LED芯片主体、设置在LED芯片主体下面的下面电极及设置在LED芯片主体上面的上面电极。
5.如权利要求4所述的陶瓷封装发光二极管，其特征在于：所述LED芯片置于第一电极上，其下面电极与陶瓷基板的第一电极电连接，所述LED芯片的上面电极经金线与第二电极电连接。
6.一种对权利要求1所述的陶瓷封装发光二极管的封装方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)在陶瓷基板中的封装腔的LED芯片贴装位置上点上银胶；
(b)将LED芯片平贴在银胶上；
(c)通过线焊将LED芯片的上面电极与陶瓷基板上的第二电极连接；
(d)把流体的硅橡胶注入该封装腔内；
(e)使注入的硅橡胶固化。
7.如权利要求6所述的发光二极管的封装方法，其特征在于：在步骤(d)之前还包括对硅橡胶进行真空加热除气的步骤。
8.如权利要求7所述的发光二极管的封装方法，其特征在于：在步骤(c)之前还包括用高频离子流清洗所述第一电极及第二电极的步骤。
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