CN203179952U

CN203179952U - 一种cob封装led光源

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Publication number: CN203179952U
Application number: CN2013200715950U
Authority: CN
Inventors: 张刚维; 张飞林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2023-02-07

Abstract

一种COB封装LED光源，包括衬底、电极、LED芯片和荧光胶；所述电极设置在该衬底上；所述LED芯片设置在衬底正面，所述LED芯片与所述电极电性连接；所述荧光胶覆盖所述LED芯片；其中，所述衬底是透明衬底，该透明衬底的散热性能良好。本实用新型所提供的COB封装LED光源及其制作方法，通过将衬底由不透明衬底改为高效散热透光衬底，使本实用新型能够360度发光，提高了产品发光角度和发光范围，提高了光源的光效。并且，由于衬底材料散热性好，散热速度快，避免了荧光胶在高温工作环境中老化失效的情况，提高了荧光胶的寿命，降低了产品的热阻和光衰，能够适应大功率COB封装工艺。

Description

一种COB封装LED光源

技术领域

本实用新型涉及集成半导体照明元器件，尤其涉及一种COB封装LED光源。

背景技术

LED（Light Emitting Diode），是一种发光的半导体元件，由于其可控性好，结构简单，体积小巧，色彩纯正、丰富，耐冲击，耐振动，响应时间快等特点，被公认是21世纪最具发展前景的高技术产品之一，在引发照明革命的同时，也为推动节能减排、环境保护做出重大贡献。

COB是Chip On Boarding（板上芯片直装）的英文缩写，是一种通过粘胶剂或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB（Printed Circuit Board）板上，再通过引线键合实现芯片与PCB板间电互连的封装技术。COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装，同SMT（Surface Mounted Technology表面贴装技术）相比，不仅大大提高了封装功率密度，而且降低了封装热阻。

在业内已公知的技术中，基于铝、氧化铝、氮化铝等衬底的COB封装技术已被半导体照明业界所广为采用。然而，不管是铝衬底等金属衬底，还是氧化铝、氮化铝等陶瓷衬底，采用COB封装工艺制作的LED光源，都存在产品发光角度及范围较小的问题，一般发光角度局限在120度或更小角度内，产品应用受到很大限制。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种COB封装LED光源，与现有技术相比，本实用新型增大了光源的发光角度。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了如下技术方案：

一种COB封装LED光源，包括衬底、电极、LED芯片和荧光胶；所述电极设置在该衬底上；所述LED芯片设置在衬底正面，所述LED芯片与所述电极电性连接；所述荧光胶覆盖所述LED芯片；其中，所述衬底是透明衬底，该透明衬底的散热性能良好。

优选的，所述透明衬底的透光率大于或等于30%。

优选的，所述透明明衬底散热性能良好具体是，所述透明衬底的导热系数大于或等于10W/mk。

优选的，所述透光衬底为蓝宝石衬底或透明氧化铝陶瓷衬底。

优选的，所述荧光胶纵剖面的顶部为凸状弧形结构。

优选的，当采用正装结构连接所述LED芯片时，所述LED芯片与所述电极电性连接的方式为，采用导电引线将所述LED芯片的电极与电极的对应部分进行电性连接，以形成电气回路。

优选的，所述LED芯片设置在衬底正面的方式是，所述LED芯片背面通过固晶胶粘结在衬底正面。

优选的，当采用倒装结构连接所述LED芯片时，所述LED芯片与所述电极电性连接的方式为，所述LED芯片焊接在衬底正面对应的电极部分，使所述LED芯片的电极与衬底正面的电极的对应部分进行电性连接，以形成电气回路。

优选的，该LED光源还包括，设置在衬底侧端面上的荧光胶。

优选的，该LED光源还包括，设置在荧光胶边缘的透光围坝。

优选的，其特征在于，所述电极材料为银、铜或金。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本实用新型所提供的COB封装LED光源及其制作方法，通过将衬底由不透明衬底改为高效散热透光衬底，使本实用新型能够360度发光，提高了产品发光角度和发光范围，提高了光源的光效。

并且，由于衬底材料散热性好，散热速度快，避免了荧光胶在高温工作环境中老化失效的情况，提高了荧光胶的寿命，降低了产品的热阻和光衰，能够适应大功率COB封装工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一的LED光源的平面示意图；

图2为本实用新型实施例一的LED光源的剖面图；

图3为本实用新型实施例一的LED芯片和电极的连接示意图；

图4为本实用新型实施例的LED芯片示意图；

图5（A）-5（B）为本实用新型实施例的LED芯片连接示意图；

图6-8为本实用新型实施例五的LED光源制备方法部分步骤示意图；

图9-12为本实用新型实施例六的LED光源制备方法部分步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他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实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例一

正如背景技术部分所述，现有技术中的COB封装的LED光源都存在产品发光角度及范围较小的问题，一般发光角度局限在120度或更小角度内，产品应用受到很大限制。

基于上述原因，本实施例公开了一种COB封装LED光源，该光源的结构如图1-图3所示，图1为其平面示意图，图2为其剖面图，图3为其LED芯片和电极的连接示意图。该LED光源包括：

衬底100，电极200，LED芯片300和荧光胶400；衬底100正面区域为器件放置区，电极200设置在该衬底100上。LED芯片300设置在衬底100正面；荧光胶400覆盖LED芯片300表面。其中，衬底100是透光衬底，该透光衬底的散热性能良好。

本实施例中优选的透光衬底的透光率大于等于30%。通过选用透光率大的衬底，使得本实施例能够底部发光，增大了该光源的发光角度。

但是，有些LED产品使用玻璃、亚克力或透明树脂为衬底材料，发明人研究发现，这些材料散热性差，不仅影响了荧光胶的使用寿命，还增大了产品的热阻，使得此种产品不能应用于大功率LED产品的COB封装工艺。

本实施例中优选的透光衬底导热系数大于10W/mk。由于导热性能好，使该LED光源散热快，提高了荧光胶的使用寿命。并且，减小了产品的热阻和光衰，并且能够适应于大功率LED产品的COB封装工艺。

具体的，本实施例中使用的衬底优选为透明氧化铝陶瓷衬底。

本实施例中电极为金属电极，优选电极材料为银、铜或金，荧光胶优选为荧光粉和硅胶的混合物。

本实施例中的电极图案可根据LED芯片的数量和需要进行适当的调整，具体的，本实施例的电极图案形成的电极可以连接16个LED芯片。

本实施例中的电极200可采用丝网印刷工艺或溅射工艺与光刻、刻蚀工艺的结合形成在透光衬底100上。其中，丝网印刷工艺的具体实施过程为，将所需印刷的电极的图案制作在印刷丝网上，即：在印刷丝网上电极图案部分镂空，其它部分不镂空，通过印刷丝网将金属浆料印刷至衬底上，经烘烤或高温烧结后形成电极。

溅射工艺与光刻、刻蚀工艺的结合的具体过程为，在透光衬底采用溅射或蒸镀工艺形成金属层，再经过光刻后得到在金属层表面具有电极图形的光刻胶层，再以该光刻胶层为掩膜，采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺去除未被光刻胶覆盖的金属层材料，得到金属电极。

同时，本实施例还可以在已获得的金属电极上进行电镀处理，增加金属过渡层，以提高电极的导电性。

电极200用于与LED芯片300的电性连接，电极的图案可根据透光需要设置在衬底的边缘、侧端面或衬底底部，并且，电极分为正极部分和负极部分，正极部分用于和LED芯片的正极进行电性连接，负极部分用于和LED芯片的负极进行电性连接，以形成电气回路。

本实施例中LED芯片300采用采用正装结构连接LED芯片，如图4所示，LED芯片的正电极P和负电极N分布在芯片的正面，正装结构连接方式具体的LED芯片和电极的连接如图5（A）所示。

这种正装结构连接方式为：LED芯片300正面的正电极P通过导电引线与电极200的正极部分进行电性连接，LED芯片300正面的负电极N通过导电引线与电极200的负极部分进行电性连接，以形成电气回路。通过以上连接，使LED芯片能够导通发光。

为了固定LED芯片300，LED芯片背面通过固晶胶粘结在衬底正面。本实施例中的固晶胶优选为透明或亮银固晶胶，以增加本实施例的透光效果。

荧光胶400覆盖LED芯片300表面，并覆盖邦定丝500，以增大LED芯片发光范围，并保护LED芯片和邦定丝不受外部环境的影响。本实施例中，荧光胶在覆盖住LED芯片和邦定丝的前提下，也可根据需要设置成任意形状。本实施例中荧光胶的形状为圆形，荧光胶纵剖面的顶部为凸状弧形结构，如图2所示，使其表面形成具有一定表面张力的微凸状结构，以进一步扩大其发光范围。同时，荧光胶400还可以设置在衬底侧端面上，以进一步增加发光效果。另外，在该光源设置荧光胶的工艺过程中，其他实施例中可以通过设置围坝来固定荧光胶的形状，由于围坝材料也是选取透光材料，在荧光胶制作完成后去除围坝或者不去除围坝，都不影响光效，因此，在其他实施例中的荧光胶边缘也可以设置一圈透光围坝。

本实施例中，采用透明氧化铝陶瓷衬底制作的LED光源，由于透明氧化铝陶瓷材料透光率高于60%，使得本实施例的LED光源不止能够正面发光，还能够透过透光衬底发光，实现LED光源的360度发光。同时，由于透明氧化铝陶瓷衬底的散热性能良好，导热系数高于20W/mk，在该LED光源工作时能够快速散热，提高了荧光胶的使用寿命，延长了该光源的使用寿命，降低了产品的热阻，延长了该光源的使用寿命，使其能够应用于大功率LED产品的COB封装，且该光源的使用寿命明显延长。

实施例二

本实施例与上一实施例不同的地方在于，本实施例中采用蓝宝石衬底制作LED光源。由于蓝宝石材料的透光率远高于80%，使该光源光效高达130lm/W以上。并且，由于蓝宝石材料的导热系数达到25W/mk，由其制作的LED光源工作时散热快，使该光源的使用寿命达50000小时，且比传统铝基板有更高的耐温性。

实施例三

本实施例与上述实施例不同的地方在于，本实施例中采用倒装结构连接方式。在这种倒装结构连接方式中，需要在衬底内部设置一部分电极，这一部分电极也分别包括正极部分和负极部分，其连接方式如图5（B）所示，具体为：

使LED芯片的两个电极通过焊膏回流焊接后直接与电极200的对应部分电性连接。具体的，LED芯片的正极部分焊接至电极的正极部分，LED芯片的负极部分焊接至电极的负极部分。

这种方式省去了通过导电引线连接电极的步骤，同时，倒装结构的芯片发光面大部分在该光源的荧光胶面，提高了芯片的光效和光通量，进而使得本实用新型公布的技术方案有了更高的光效。

实施例四

本实施例与上述实施例不同的地方在于，本实施例中的荧光胶边缘设置有透光围坝，该透光围坝用于在设置荧光胶之前围出荧光胶预设的形状。

实施例五

与上述实施例相对应，本实施例公开了制作该LED光源的一种方法，该方法可以包括如下步骤：

步骤S1：在衬底用基片的切割出槽形切口。

具体的，该衬底若为蓝宝石材料，可通过激光切割使衬底用基片正面形成如图6所示的具有横向和纵向的切槽，从而将衬底用基片正面按照衬底形状划分为多个矩形单元，这些矩形单元继续切割开就得到该光源的衬底。本实施例中优选为将正面沿衬底形状边缘切割V型槽。

该衬底若为透明氧化铝陶瓷材料，可使用刀具对基片进行切割。

具体的，本实施例中衬底可以被设置成矩形，也可以设置成其他需要的形状如圆形、椭圆形等；在衬底用基片上还可以设置通孔或槽孔以便于后续切割。或者，在衬底基片上形成槽形切口或贯穿该衬底基片的通孔以及对该通孔进行金属化处理，以便于该光源成品的连接安装。

步骤S2：在衬底用基片上形成电极。

本实施例中可采用的工艺方法及工艺过程已经在实施例一中电极的制作过程中进行了描述。具体的，使用实施例一中的方法在衬底用基片正面的各矩形单元内分别形成电极，电极的图案根据LED芯片的数量和需要进行设置。另外，如果该光源电极与芯片的连接方式是倒转结构方式，则需要在该光源内部设置LED芯片的部分设置内部电极，并且，需要对内部的电极部分分出正极部分和负极部分，以适应LED芯片的需要。

步骤S3：将LED芯片电性连接到电极上。

具体的，在本实施例中如果采用倒装结构连接LED芯片时，可以采用焊接的方式将LED芯片背面的电极电性连接至衬底正面对应的电极部分。

如果是采用正装结构连接LED芯片时，将LED芯片正面通过导电引线电性连接至电极的对应部分，其具体的实施方法是，用邦定丝将LED芯片正面与外部电极进行邦定，最终形成电性连接，并进行测试电性连接测试。

另外，LED芯片背面可以用固晶胶的方式粘接在各矩形单元的内部以固定LED芯片；其中，固晶胶为透明或亮银固晶胶，以增加发光范围。

步骤S4：用荧光胶对LED芯片进行封胶。

具体的，本实施例实现本步骤的封胶过程包括以下步骤：

步骤S401，在需要覆盖荧光胶的区域边缘粘结一圈围坝。

本实施例的制作方法中围坝为制作过程中优选用到的装置，在其他方法中可以根据需要不加使用。所述围坝是将围坝胶烘干后得到的，本实施例中的围坝胶优选为硅胶，其形状可根据荧光胶形状进行设置，本实施例中围坝为圆环形。目的是为后续荧光胶点胶塑形，并使荧光胶形成具有一定高度的侧面形状，以增大光效。

步骤S402，在围坝内进行荧光胶点胶。

本实施例的荧光胶为荧光粉和黏度10000以上硅胶的混合物。点胶时，将荧光胶均一地注入围坝的内环。

步骤S403，烘烤硬化荧光胶。

具体的，烘烤荧光胶使其硬化，硬化成形后的荧光胶纵剖面的顶部为弧形，表面为具有张力的微凸状弧形结构。

步骤S404，去除衬底用基片上的围坝。

去除围坝，露出硬化后的荧光胶的侧面。使光源能够侧面发光，增加光效。

步骤S5：将衬底用基片沿槽形切口切割开，得到多个LED光源。

具体的，将衬底用基片沿纵向切槽分割为多个条形基片单元。具体切割图形如图7所示。将各条形基片单元沿横向切槽分割为多个矩形单元，具体切割图形如图8所示。

其中，上述步骤中部分步骤之间的顺序可以相互调换，但并不表示这些步骤之间的顺序可以任意自由组合。

实施例六

本实施例的与上述实施例的不同之处在于，本实施例主要对步骤S5的其他实现方式进行公开，具体的，本实施例中的电极图案如图9所示。本实施例的荧光胶封胶方法可以包括以下几种：

封胶方法1

步骤S411，对LED芯片进行荧光胶点胶。具体的，如图10所示保证荧光胶完整覆盖在衬底表面，荧光胶表面形成具有张力的微凸状弧形结构。

步骤S412，进行短烤，长烤，使荧光胶硬化。具体的，本实施例中的短烤为，140℃~160℃之间，烘烤时间为20分钟~40分钟，使荧光胶表面硬化成形；长烤为，140℃~160℃之间，烘烤时间为90分钟~150分钟，使荧光胶整体硬化成形，本步骤使硬化成形后的荧光胶纵剖面的顶部为弧形。

该方法具有工序简单的优点。

封胶方法2

步骤S421，粘结围坝。具体的，使用黏度10000以上围坝胶，在需要覆盖荧光胶的区域边缘粘结一圈围坝。围坝形状根据荧光胶形状进行设置。

步骤S422，室温硬化。具体的，使围坝胶在室温下逐渐硬化。

步骤S423，将荧光胶点入围坝内。

步骤S424，进行短烤，长烤，使荧光胶硬化。

步骤S425，去除围坝。具体的，去除围坝后的荧光胶400形状如图11所示。

该封胶方法制作的LED光源光效比封胶方法1高。

封胶方法3

本方法与封胶方法2相似，不同之处在于粘结围坝的区域不同，具体实施方式如下：

步骤S431，粘结围坝。具体的，使用黏度10000以上围坝胶，在需要覆盖荧光胶的区域边缘粘结两圈围坝。具体的，本方法的围坝胶体成长方形条状。

步骤S432，室温硬化。具体的，使围坝胶在室温下逐渐硬化。

步骤S433，将荧光胶点入围坝内。

步骤S434，进行短烤，长烤，使荧光胶硬化。

步骤S435，去除围坝。

本方法制作出的荧光胶形状如图12所示，其侧面呈整齐光滑竖直形状，使光源不止透过顶部与底部发光，还能够透过侧面发光，增加光效。该封胶方法比封胶方法2复杂，但是使用上述方法制作的LED光源光效比封胶方法2高。

封胶方法4

步骤S441，使用模具对LED芯片进行荧光胶的注胶。具体的，压模机将模具固定在该光源的衬底上进行注胶，优选的，所注荧光胶的形状可以是长方体或半球体。

步骤S442，进行短烤，长烤，使荧光胶硬化。

步骤S443，去除模具。此时荧光胶的胶体已经成形。

需要说明的是，所注荧光胶的形状为球面状时，光源发出的光可以透过底部，还可以透过荧光胶的球面状胶体发光，由于使用围坝时，围坝胶的高度受自身粘稠度的影响只能局限在某一范围，造成荧光胶的侧面高度只能局限在小于等于围坝胶的高度范围，且围坝只能限定荧光胶的平面形状。本方法使用模具，其高度和形状可以自行控制，使用本方法制作荧光胶立体效果更明显。由于立体胶体产生透镜效果，使得本封胶方法形成的光源光效更高，特别是半球体胶体产生凸透镜效果，光效较长方体状胶体高。

封装方法5

步骤S451，使用模具对固晶后的光源的双面进行荧光胶的注胶。

具体的，本步骤可以通过压模机将模具或模条固定在该光源的衬底上下两面进行正面和背面两次注胶，或者，压模机使用双面模具进行一次注胶。优选的，所注荧光胶的形状可以是立方体或球体。

步骤S452，进行短烤，长烤，使荧光胶硬化。

步骤S453，去除模具或模条。此时荧光胶的胶体已经成形，胶体成为平整立方体状或球体状。

本方法封胶后形成的LED光源较封装方法4，抗压能力更好，光效更高。

需要说明的是以上仅为荧光胶封胶方法，这些方法可以应用于步骤S4之后，也可以应用于步骤S6之后。具体实施方式以对该光源的需求为准。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种COB封装LED光源，其特征在于，包括衬底、电极、LED芯片和荧光胶；所述电极设置在该衬底上；所述LED芯片设置在衬底正面，所述LED芯片与所述电极电性连接；所述荧光胶覆盖所述LED芯片；其中，所述衬底是透明衬底，该透明衬底的散热性能良好。

2.根据权利要求1所述的COB封装LED光源，其特征在于，所述透明衬底的透光率大于或等于30%。

3.根据权利要求2所述的COB封装LED光源，其特征在于，所述透明明衬底散热性能良好具体是，所述透明衬底的导热系数大于或等于10W/mk。

4.根据权利要求3所述的COB封装LED光源，其特征在于，所述透光衬底为蓝宝石衬底或透明氧化铝陶瓷衬底。

5.根据权利要求4所述的COB封装LED光源，其特征在于，所述荧光胶纵剖面的顶部为凸状弧形结构。

6.根据权利要求5所述的COB封装LED光源，其特征在于，当采用正装结构连接所述LED芯片时，所述LED芯片与所述电极电性连接的方式为，采用导电引线将所述LED芯片的电极与电极的对应部分进行电性连接，以形成电气回路。

7.根据权利要求6所述的COB封装LED光源，其特征在于，所述LED芯片设置在衬底正面的方式是，所述LED芯片背面通过固晶胶粘结在衬底正面。

8.根据权利要求5所述的COB封装LED光源，其特征在于，当采用倒装结构连接所述LED芯片时，所述LED芯片与所述电极电性连接的方式为，所述LED芯片焊接在衬底正面对应的电极部分，使所述LED芯片的电极与衬底正面的电极的对应部分进行电性连接，以形成电气回路。

9.根据权利要求5所述的COB封装LED光源，其特征在于，该LED光源还包括，设置在衬底侧端面上的荧光胶。

10.根据权利要求5所述的COB封装LED光源，其特征在于，该LED光源还包括，设置在荧光胶边缘的透光围坝。

11.根据权利要求1-10任意一项所述的COB封装LED光源，其特征在于，所述电极材料为银、铜或金。