CN203351593U - 一种led芯片组合 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种LED芯片组合，包括一个封装架以及至少两个的LED芯片；所述封装架包括阴极极耳、阳极极耳、金属散热基板以及绝缘结构，所述金属散热基板用于安装LED芯片的一侧设置有阴极键合区以及阳极键合区，所述阴极键合区和阴极极耳之间电连接，所述阳极键合区和阳极极耳之间电连接；所述阴极极耳、阳极极耳和金属散热基板镶嵌在绝缘结构内部，其中：金属散热基板用于安装LED芯片的一侧以及其对应的另一侧分别留置有用于安装LED芯片以及用于散热的绝缘材料未覆盖区；所述至少两个的LED芯片安装在所述金属散热基板上，LED芯片的阳极和阴极分别电连接到所述阳极键合区以及阴极键合区。本实用新型公开的芯片组合具有低成本、高亮度、长使用寿命的优点。
Description
技术领域
本发明属于LED技术领域，更具体地，涉及一种贴片式封装的LED芯片组合。
背景技术
作为全球最受瞩目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。目前，我国已形成自上游的晶片生产、晶片封装至下游的照明、显示、装饰等方面之应用研发的完整产业链。
在LED灯具的生产过程中，封装是一道不可或缺的工序，从某种程度上来说，封装效果的好坏直接决定了最终产品的质量高低。LED封装是指将LED芯片容置并固定在保护性的壳体中并引出电连接接头的步骤，封装的作用除了对芯片提供保护以及引出电连接接口以外，还必须兼顾散热、配光以及环境保护的效能。在产业上，目前广为应用的封装技术大体包括直插式、贴片式（SMD）、功率型和“板上芯片”（COB）式等几种。其中贴片式封装的芯片被广泛应用于球泡灯、效果灯、台灯、舞台灯等诸多应用领域。
市售的LED芯片大多是低压高流型的，采用这种芯片制作的灯具由于允许较大的电流通过，光源的亮度有所改善，但是同时存在着散热效果差、灯具成本高以及发光效率偏低等问题。以1W的LED灯珠为例，正向压降为50V的芯片，只需要20mA的驱动电流就可以输出1W功率，而普通正向压降为3V的LED芯片，需要350mA的驱动电流才能输出同样大小的功率。因此同样输出功率的高压LED灯珠在工作时耗散的功率要远低于低压LED灯珠，这意味着发热量的减小和散热铝外壳成本的降低；另一方面，低压高流型芯片的AC-DC转换效率较差，以10W输出功率为例，如果采用正向压降为50V的1W高压LED，输出端可以采取2并4串的配置，4个串联LED的正向压降为200V，也就是说只需从市电220V交流电(AC)利用桥式整流及降20V就可以了。但如果我们采用正向压降为3V的1W低压LED，即便10个串在一起正向压降也不过30V，也就是说需要从220VAC市电降压到30VDC。我们知道，输入和输出压差越低，AC到DC的转换效率就越高，可见如采用高压LED，变压器的效率就可以得到大大提高，从而可大幅降低AC-DC转换时的功率损失，这一热耗减少又可进一步降低散热外壳的成本。
针对上述问题以及原理，一些公司开发出了相应的贴片式芯片模组，申请号为201010126750.5的中国专利公开了一种LED贴片式封装模组，该封装模组包括LED芯片单元、封装基板层以及金属阴极层。其中封装基板层包括个数和LED芯片单元的个数相等的若干个由金属材料或合金材料制作而成的封装基板，通过封装基板之间电连接的合理布置以及封装基板材质的选择，实现强化散热的目的。
上述专利技术存在着结构过于复杂、加工效率不高、制程难以管控并且不能从根本上降低LED灯具的发热量、提高芯片的发光效率等问题，本发明通过对封装支架以及芯片之间的连接方式进行改进，提供了一种发热量低、亮度高、成本低、使用寿命长的高压低流型LED芯片单元。
发明内容
本发明公开一种高压低流型LED芯片组合及其制作方法。
一种LED芯片组合，其特征在于，所述LED芯片组合包括一个封装架以及至少两个的LED芯片；所述封装架包括阴极极耳、阳极极耳、金属散热基板以及绝缘结构，所述金属散热基板用于安装LED芯片的一侧设置有阴极键合区以及阳极键合区，所述阴极键合区和阴极极耳之间电连接，所述阳极键合区和阳极极耳之间电连接；所述阴极极耳、阳极极耳和金属散热基板镶嵌在绝缘结构内部，其中：金属散热基板用于安装LED芯片的一侧以及其对应的另一侧分别留置有用于安装LED芯片以及用于散热的绝缘材料未覆盖区；所述至少两个的LED芯片安装在所述金属散热基板上，LED芯片的阳极和阴极分别电连接到所述阳极键合区以及阴极键合区。根据权利要求1所述的LED芯片组合，其特征在于，所述至少两个的LED芯片之间为串联，串联后的总阳极和总阴极分别键合到所述阳极键合区和阴极键合区。
优选地，所述至少两个的LED芯片之间为混联，混联后的总阳极和总阴极分别键合到所述阳极键合区和阴极键合区。
优选地，所述阴极极耳、阳极极耳和金属散热基板为一体成型结构。
优选地，所述LED芯片进一步包括设置在LED芯片上的硅胶层。
优选地，所述LED芯片采用导热胶粘接在所述金属散热基板上。
优选地，所述LED芯片的个数为五枚，所述五枚LED芯片之间串联。
优选地，所述LED芯片的连接方式为金属线材键合。
优选地，所述金属线材为金线。
优选地，所述绝缘结构为PPA材料、EMC材料或者陶瓷材料中的任一种。
优选地，阴、阳极极耳以及金属散热基板通过注塑或者烧结的方式镶嵌在PPA材料、EMC材料或者陶瓷材料内部。
至少两个串联的LED芯片之间采用串联、并联或者串并混联的任一种方式电连接在一起形成芯片组合，该芯片组合具有总阳极和总阴极两个极性端子；
封装支架总体由PPA结构、阴极极耳、阳极极耳以及封装基板构成。阴极极耳、阳极极耳和封装基板镶嵌在PPA结构内部，阳极极耳和阴极极耳的一部分露出PPA结构；封装基板的正反两面留置有用于安装LED芯片以及散热的PPA材料未覆盖区；封装基板用于安装LED芯片的一侧设置有阳极键合区以及阴极键合区，芯片组合采用导热胶粘接在封装基板上，总阳极键合到键合芯片组合的阳极键合区，总阴极键合到芯片组合的阴极键合区；阳极极耳和阴极极耳之间互相绝缘并分别电连接到封装基板的阳极键合区和阴极键合区。其中PPA结构也可以是EMC材料结构或者陶瓷结构的一种。
优选地，芯片组合上面覆设有硅胶材料层，硅胶材料层用于屏蔽和保护芯片组合以及电连接部位并形成透光层。
优选地，多个LED芯片采用金属线材键合的方式连接在一起形成芯片组合，该芯片组合具有总阳极和总阴极两个极性端子，其中总阳极键合到封装基板的阳极键合区，总阴极键合到封装基板的阴极键合区。
优选地，封装基板和阴阳极耳通过注塑的方式熔铸在PPA结构内部，阴极极耳和阳极极耳的一部分露出注塑体外部，封装基板的正反两面留置有用于安装LED芯片以及散热的注塑体未覆盖区。
优选地，阴阳极极耳和封装基板为一体成型结构。
优选地，封装基板用于安装LED芯片的一侧设置有用于安放和固定芯片的特定结构，以方便LED芯片的封装。
优选地，LED芯片采用导热胶粘接在封装基板上。
可选地，封装架的PPA结构也可以是EMC结构或者陶瓷结构。
本发明另外涉及一种高压低流型芯片组合的制作方法，该方法包括：
1、将若干个LED芯片粘接到封装基板上的步骤；
2、用金属线材连接各个LED芯片的步骤；
3、将连接在一起的若干个LED芯片的总阳极和总阴极分别键合到封装架的阳极键合区以及阴极键合区的步骤。
步骤1中的粘接剂为导热胶。
优选地，上述方法还包括一个使用硅胶材料在LED芯片上形成透光硅胶层的步骤。
可选地，上述步骤2中各个LED芯片采用串联的方法连接在一起，形成的串联芯片组合至少具有总阳极和总阴极两个极性端子。
可选地，上述步骤2中各个LED芯片采用串并混联的方式连接到一起，形成的混联芯片组合至少具有总阳极和总阴极两个极性端子。例如，在一个四串八并的应用中，首先将每四个芯片串联在一起形成八个串联单元，然后将八个串联单元并联在一起形成混联芯片组合。再如，在一个三并两串的应用中，首先将 每三个芯片并联在一起形成两个并联单元，然后将两个并联单元串联起来形成混联芯片组合。
本发明另外涉及一种封装基板，该封装基板的材质为金属，金属上面镀覆有镍金属和银金属，银金属位于封装基板的外表面。封装基板用于安装LED芯片的一侧设置有阳极键合区和阴极键合区，两个键合区之间绝缘。可选地，该封装基板用于安装LED芯片的一侧设置有用于安放和固定LED芯片的槽状结构或卡状结构以方便LED的安装和固定。
可选地，封装基板的材质为导热良好的金属材料或者非金属材料。
本发明由于采用了多个芯片形成芯片组合的方式，使得流经LED芯片的驱动电流较小，从而灯具的发热量得到有效降低，亮度和使用寿命得到保证；由于复合芯片的压降较高，AC-DC转换时的功率损失较低，变压器的效率得到提高，使得与之配套使用的电源模块的成本大大降低；由于采用了较为简单的芯片互联方式，使得加工成本降低，加工效率显著提高。
附图说明
图1：实施例一中封装支架安装LED芯片一侧示意图；
图2：实施例一中封装支架散热一侧示意图；
图3：实施例一中封装效果示意图；
图4：实施例一中串联芯片组合示意图；
图5：实施例二中混联芯片示意图；
图6：芯片组合搭配IC电源时的原理图；
图7：IC电源的控制方法示意图。
具体实施例
表面贴片式封装(SMD)是一种可以直接将芯片贴焊到PCB表面指定位置上的封装技术。具体而言，就是用特定的工具或设备将芯片引脚对准预先涂覆了粘接剂和焊膏的焊盘图形上，然后直接贴装到未钻安装孔的PCB表面上，经过波峰焊或再流焊后，使器件和电路之间建立可靠的机械和电气连接。SMD技术具有工艺成熟、可靠性高、高频特性好、易于实现自动化等优点。
板上芯片直装（COB）是一种通过粘胶剂或焊料将光源芯片直接粘贴到PCB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SMD相比，不仅大大提高了封装功率密度，而且降低了封装热阻(一般为6～12W/m.K)。
本发明公开的组合芯片及其封装方法，是COB封装理念以及SMD生产工艺的一个有机结合。以下结合实施例和附图对本发明的机理和细节进行详细阐述。
在实施例一中，本发明提供的LED组合芯片被用作球泡灯的光源。如图1至图3所示，该LED组合芯片外观呈现长方体形状，封装架1的两边镶嵌有阳极极耳6和阴极极耳7，阳极极耳6和阴极极耳7之间互相隔离绝缘，发光的一侧设置有硅胶材料组成的透光层9，透光层9同时起到保护芯片以及内部电连接的作用；发光面的对称面保留有PPA材料未覆盖区8，PPA架构（封装架1）为乳白色，硅胶透光层为暖橙色，整体素雅，紧凑。
阳极极耳6和阴极极耳7用于连接外部电源，引入驱动电流。PPA材料未覆盖区8的底面为金属散热基板2。
见图1，封装架1用于安装LED芯片的一侧设置有用于容纳LED芯片的槽型结构，槽底为金属散热基板2，散热基板2的两端分别设置有阳极键合区4和阴极键合区5，散热基板2的中央地带设置有用于方便芯片安装固定的槽状结构3。阳极键合区4和阴极键合区5之间互相隔离绝缘并分别连接到阳极极耳6和阴极极耳7。
见图2，封装架对称于LED安装面的另一面设置有用于散热的PPA材料未覆盖区8。LED芯片采用导热胶粘接在散热基板2上，使得LED芯片产生的热量能够通过散热基板2及时的散发出去，提高了散热效果。 散热基板2为以铜金属为本体的复合导体，其上分别电镀有镍金属层和银金属层，银金属层为于散热基板的外表面。
如图4所示，本实施例中使用了五颗LED单体芯片，五颗LED单体芯片通过金线键合的方法连接起来，形成串联的芯片组合，该串联芯片组合具有一个总阳极和一个总阴极。封装时，先将各个LED芯片定位，然后金线连接，最后将芯片组合的总阳极和总阴极分别键合到散热基板2的阳极键合区4和阴极键合区5。从而在阳极极耳6和阴极极耳7之间建立起完整的电流通道。
封装的整体效果如图3所示。约定极耳延伸方向为长度方向，成品的外形尺寸为长5.7mm，宽3.0mm，阳极极耳6和阴极极耳7的宽度均为1.30mm；封装架1的不同位置标示有极性符号以方便电气连接以及封装操作。成品芯片组合的的技术参数如表格1所示。
表格15730芯片组合技术参数
如表1所示，尺寸为5.7×3.0mm的芯片组合，在压降为17V，驱动电流为30mA的情况下，可以输出约0.5W的功率，流明数可以达到65lm。而低压高流型的芯片，以3V为例，如果要输出同样的功率，则要高达150mA以上的驱动电流。驱动电流的降低使得灯具的发热量呈指数级的下降，散热效果得到提升，使用寿命得以延长。另一方面，与高压低流型芯片相配套的电源模块的功率要求也相应较低，从而电源模块的功耗降低，成本进一步下降。
在实施例二中，采用了十颗LED芯片构成芯片组合，芯片之间的连接方式如图5所示。芯片之间的连接方式、总阳极和总阴极之间的键合方式以及封装架的结构和实施例一相同。
在另一个可选的实施例中，与芯片组合配合使用的电源为IC电源，IC电源的内部设置有温度探头和逻辑控制模块。如图6所示，在芯片组合正常工作期间，温度探头10适时的采集芯片组合的温度并将采集到的温度信号传送给电源IC，逻辑控制模块将接收到的温度信号与预置的阀值进行比较，根据不同的比较结果执行不同的控制策略，图7为一个具体的控制策略。逻辑控制模块内预设有T1和T2两个阀值，且满足T2>T1。逻辑控制模块收到温度探头传送的信号T0后，将T0分别与T1和T2两个阀值进行比较，如果T0>T2，则将IC电源输出给芯片组合的电流调整为i1，并继续探测芯片组合的温度大小，当接收到的信号满足T1>T0后，再将输出电流调整为正常输出电流i0（i0>i1)。
通过IC电源的动态调控以及芯片组合的低发热量结构，本发明提供的芯片组合以及相应的制作方法，可以圆满解决LED灯具因散热不好而导致寿命减短的问题。
Claims (11)
1.一种LED芯片组合，其特征在于，所述LED芯片组合包括一个封装架以及至少两个的LED芯片；所述封装架包括阴极极耳、阳极极耳、金属散热基板以及绝缘结构，所述金属散热基板用于安装LED芯片的一侧设置有阴极键合区以及阳极键合区，所述阴极键合区和阴极极耳之间电连接，所述阳极键合区和阳极极耳之间电连接；所述阴极极耳、阳极极耳和金属散热基板镶嵌在绝缘结构内部，其中：金属散热基板用于安装LED芯片的一侧以及其对应的另一侧分别留置有用于安装LED芯片以及用于散热的绝缘材料未覆盖区；所述至少两个的LED芯片安装在所述金属散热基板上，LED芯片的阳极和阴极分别电连接到所述阳极键合区以及阴极键合区。
2.根据权利要求1所述的LED芯片组合，其特征在于，所述至少两个的LED芯片之间为串联，串联后的总阳极和总阴极分别键合到所述阳极键合区和阴极键合区。
3.根据权利要求1所述的LED芯片组合，其特征在于，所述至少两个的LED芯片之间为混联，混联后的总阳极和总阴极分别键合到所述阳极键合区和阴极键合区。
4.根据权利要求1所述的LED芯片组合，其特征在于，所述阴极极耳、阳极极耳和金属散热基板为一体成型结构。
5.根据权利要求1所述的LED芯片组合，其特征在于，所述LED芯片进一步包括设置在LED芯片上的硅胶层。
6.根据权利要求1所述的LED芯片组合，其特征在于，所述LED芯片采用导热胶粘接在所述金属散热基板上。
7.根据权利要求1至6任一项所述的LED芯片组合，其特征在于，所述LED芯片的个数为五枚，所述五枚LED芯片之间串联。
8.根据权利要求1至6任一项所述的LED芯片组合，其特征在于，所述LED芯片的连接方式为金属线材键合。
9.根据权利要求8所述的LED芯片组合，其特征在于，所述金属线材为金线。
10.根据权利要求1所述的LED芯片组合，其特征在于，所述绝缘结构为PPA材料、EMC材料或者陶瓷材料中的任一种。
11.根据权利要求10所述的LED芯片组合，其特征在于，阴、阳极极耳以及金属散热基板通过注塑或者烧结的方式镶嵌在PPA材料、EMC材料或者陶瓷材料内部。
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| CN109161944A (zh) * | 2018-08-02 | 2019-01-08 | 深圳市源磊科技有限公司 | 一种led支架电镀方法和led支架 |
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