CN204204905U - 无基板的led器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无基板的LED器件，包括LED芯片、与所述LED芯片配合的透镜，所述透镜底部附着导电布线层，所述导电布线层上分布有内引线电极及外引线电极，所述LED芯片的至少一个电极分布在所述LED芯片上部，且该至少一个电极与所述内引线电极电性接触或经导电物质电性连接，所述外引线电极与外部电路电性连接。本实用新型LED器件采用透镜与基板一体设置的结构，降低了成本，改善了散热，减小了器件的体积，同时提高了器件的可靠性，并易于实现360度发光的应用。

Description

无基板的LED器件

技术领域

本实用新型涉及一种半导体发光器件，特别是涉及一种透镜上带布线的LED封装器件，属于发光二极管制造和组装技术领域。

背景技术

LED由于具有高光效、环保、寿命长、体积小等优势，被广泛地运用于信号、显示屏、移动设备、显示器、电视机等，并逐步替代传统光源走入通用照明领域。

虽然LED的市场渗透率持续提升，但与传统照明相比，其价格仍然偏高，是阻碍其普及的一个重要因素。

市场也希望LED的可靠性进一步提升。降低封装和组装的热阻可以有效地提升器件性能和可靠性。

同时，在一些移动应用，如手机的闪光灯等，需要进一步减小其厚度和体积。

此外，在一些应用场景，还希望实现360度发光的照明，实现更佳的照明体验。

现有的LED封装主要采用将芯片固定到支架或基板上的基本形式，封装进一步组装到PCB上。请参阅图1所示是现有支架型LED封装组装到PCB后的结构示意图，其将一颗或者多颗芯片101贴装在支架102上，芯片101的电极通过焊线103连接到支架的内引线电极104上，105为外引线电极，外引线电极105焊接在PCB 106的焊盘107上。在芯片上方设有透镜108。芯片101上可以覆盖有或透镜108内可以混有光转换材料。

请参阅图2所示是现有基板型LED封装组装到PCB板后的结构示意图，其将一颗或者多颗芯片201贴装在基板202上，芯片201的电极通过焊线203连接到基板上的第一布线层204上，并与基板底部的第二布线层205电性相连，第二布线层205上的焊盘与PCB 206的焊盘207通过焊接工艺相连。在芯片上方设有透镜208。芯片201上可以覆盖有或透镜208内可以混有光转换材料。

请再次参阅图1和图2，可以看到，现有封装技术是将芯片固定在支架或者基板上，其会增加从芯片到电路板之间的热阻，如能够去除支架或基板，则可以较少工艺步骤和物料使用，从而降低成本，降低热阻，并减少系统的厚度。

目前LED芯片中，正装结构因为芯片工艺成熟较为简单而成为主流。目前对正装结构芯片主要采用固晶焊线的工艺步骤实现芯片的固定和电性连接，由于固晶材料会增加热阻，而焊线断线则是目前LED封装失效的主要原因之一，导致器件可靠性变差。要进一步提高封装可靠性，降低芯片固晶和焊线带来的可靠性问题也十分必要。

此外，由于基板、支架挡光，现有SMD封装的发光角度基本在180度以内，不能完全满足目前部分应用场景360度发光的照明的需要。

针对以上所述的现有基于支架或者基板的LED封装的问题，已有不采用传统支架或者基板的封装结构出现。如授权公告号为CN 201354966Y的中国实用新型专利，公开了一种玻璃封装的发光工极管，该封装将芯片固定在透镜上，不采用支架或者基板进行封装，使进一步降低封装成本和厚度成为可能，但是该封装结构在散热上相对传统封装形式并没有改善，同时，由于采用金线或者导线的电极连接工艺制约，其封装尺寸缩小受到金线或者其它导线存在的制约。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种LED器件及其制备方法，其通过采用带布线的透镜与基板一体设置的设计，可以有效简化LED器件的制程，降低LED器件的制造成本，缩小封装厚度和尺寸、降低热阻、提高可靠性。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

一种无基板的LED器件，包括LED芯片以及与所述LED芯片配合的透镜，所述透镜底部附着有导电布线层，所述导电布线层上分布有内引线电极及外引线电极，所述内引线电极及外引线电极分别与所述LED芯片及外部电路电性连接。

其中，所述透镜还作为所述LED器件的基板。

较为优选的，所述内引线电极和外引线电极与所述导电布线层直接连接，或所述内引线电极和外引线电极与所述导电布线层一体设置。

作为较佳实施方案之一，所述LED芯片的至少一个电极分布在所述LED芯片上部，且该至少一个电极与所述内引线电极电性接触或经导电物质电性连接。

进一步的，所述导电物质可选自但不限于金属凸点、导电焊料或导电胶。

进一步的，所述LED芯片的电极均分布在芯片上部，或者，所述LED芯片的上下表面均分布于电极。

作为较佳实施方案之一，所述透镜底端面上形成有至少一凹槽，所述导电布线层一端与分布在所述凹槽底部的内引线电极连接，另一端沿所述凹槽槽壁延伸，并与分布在所述凹槽外的外引线电极连接，而且其中一凹槽内设有至少一LED芯片。

进一步的，所述凹槽优选为平底凹槽。

进一步的，所述LED芯片与所述透镜之间的空隙内还填充有固化的透明胶体材料。

作为较佳实施方案之一，所述透镜表面和/或所述透镜内部和/或所述芯片表面分布有光转换材料。

进一步的，所述光转换材料可选自但不限于荧光粉或量子点。

作为较佳实施方案之一，所述LED器件包括一个以上子单元，每一子单元包括至少一LED芯片和至少一透镜。

其中，所述LED器件可包括复数个LED芯片，该复数个LED芯片通过所述导电布线层串联和/或并联。

进一步的，所述透镜的材质可选自但不限于玻璃、硅胶、环氧树脂、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、石英或蓝宝石。

较为优选的，所述导电布线层系薄层形态，其直接形成于所述透镜底部，或通过粘接、焊接等方式贴附于所述透镜底部，以使LED器件更为轻薄。

进一步的，所述导电布线层的材质包括无机或有机导电材料，所述无机导电材料包括金属或非金属导电材料，所述非金属导电材料包括导电碳材料，尤其优选采用透明导电材料，例如，ITO、碳纳米管、石墨烯等形成的透明导电薄膜等。又及，在不影响其导电性能的基础上，导电布线层的宽度等应尽可能的小，以减少对透镜出光面的遮挡。

进一步的，所述透镜上表面部分或全部，LED芯片底部区域部分或全部，透镜下表面的部分或者全部同时作为发光面。例如，当透镜整体及LED芯片整体均采用透明材料形成时，可使LED器件实现近乎360度的发光。

进一步的，所述透明胶体底部、透镜底部其他区域、芯片底部区域设有反光材料，例如白胶、金属或其他高反射材料。

进一步的，所述透镜主体的形状，可以是半球形、椭球形、长方体形、圆柱形，或其他组合形状。

进一步的，所述LED器件可通过钎焊方式与印制线路板（PCB）连接。

作为较佳实施方案之一，所述LED器件还与散热器固定连接，其中所述LED芯片经反光和/或导热材料与散热器连接。

进一步的，所述导热材料包括导热胶、导热焊料或其它高导热材料。

进一步的，所述外引线电极在所述透镜边缘部形成插头状，并与外部电路通过插拔式结构电性连接。

进一步的，所述透镜上还设有定位机构，所述定位机构包括定位孔或定位桩。

进一步的，所述外引线电极可通过机械接触或者焊线的方式与外部实现电连接。

一种LED器件的制造方法，包括：

S1. 制作一个以上透镜；

S2. 在所述透镜的底部制作导电布线层；

S3. 将至少一LED芯片的至少一电极与相应透镜上的导电布线层电性连接。

作为较佳实施方案之一，所述LED器件的制造方法包括：

S1. 制作由复数个透镜组成的阵列；

S2. 在所述透镜的底部制作导电布线层；

S3. 将至少一LED芯片的至少一电极与相应透镜上的导电布线层电性连接；

S4. 将所述透镜阵列分离成复数个LED器件单元，每一LED器件单元包括至少一LED芯片和至少一透镜。

进一步的，步骤S3包括：

将所述透镜倒置于治具中；

以及，将所述透镜上的内引线电极与所述LED芯片通过粘接或焊接方式电性连接。

进一步的，所述焊接方式可选自但不限于超声焊、热超声焊、热压焊或共晶焊，

进一步的，所述粘接方式采用的粘接材料可选自但不限于各向异性导电胶。

与现有技术相比，本实用新型的优点包括：

（1）通过采用在作为基板的透镜上设置导电布线层，并将LED芯片的电极直接与所述导电布线层相连，同时将封装的外部电极安放在透镜上，可减缓LED器件的封装结构，使LED器件更为轻薄，节省了成本和工艺步骤；

（2）由于减少了连接的环节，没有传统封装的固晶焊线等薄弱环节，提高了可靠性，特别是当透镜采用玻璃材料时，由于玻璃与芯片的热失配相对于传统封装的硅胶与芯片的热失配要小得多，玻璃与传统封装材料比受热、光影响小得多，因此其可靠性也将大大提高；

（3）降低了系统的热阻，具体而言，该封装及其组装形式缩短了热传导的路径，并且减少了热界面；

（4）LED器件组装的灵活性提高，器件可以与其他贴片式元器件更好地集成在一个PCB板上，也可以通过机械方式固定在散热器上；

（5）由于LED芯片的背面可以不被基板或支架覆盖，更易实现360度发光的应用。

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中记载的一些实施例，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为现有技术支架型封装组装到PCB后的结构示意图；

图2为现有技术基板型封装组装到PCB后的结构示意图；

图3为实施例1中一种LED器件的结构示意图；

图4为实施例1中一次成型的透镜阵列的仰视图；

图5为图4所示透镜阵列沿A-A’方向的剖视图；

图6为实施例1中透镜固定在治具上的示意图；

图7为实施例1中透镜在治具上完成布线工艺后的局部结构示意图；

图8为实施例1中透镜在治具上完成芯片键合后的局部结构示意图；

图9为实施例1中LED器件贴片到印制电路板的示意图；

图10为实施例2中一种LED器件的热电分离的组装示意图；

图11为实施例3中包含多个透镜单元的LED器件的俯视图；

图12 为图11所示LED器件沿B-B’方向的剖面示意图；

图13为实施例4中一种上、下表面都能出光的LED器件的结构示意图；

附图标记说明：LED芯片101、支架102、焊线103、内引线电极104、外引线电极105、PCB 106、焊盘107、透镜108、LED芯片201、基板202、焊线203、第一布线层204、第二布线层205、PCB 206、焊盘207、透镜208、透镜1、金属布线层2、引线凸点3、LED芯片4、芯片布线5（简称布线5）、透明胶体6、外引线电极7、透镜401、透镜单元主体402、凹槽403、定位桩404、治具601、定位孔602、凹槽603、垫片604、PCB 901、焊盘902、焊料凸点903、PCB 1001、散热器1002、垫片1003、压片1004、螺钉1005、透镜基板1101、布线1102、插头1103、定位孔1104、透镜基板1301、荧光粉和胶的混合物层1302、荧光粉和胶的混合体1303。

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详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

请参阅图3所示是本实用新型一典型实施例中一种透镜基板一体的LED器件的结构示意图。该LED器件包含一预成型透镜1和至少一颗LED芯片4（如下简称芯片）。透镜1上设有金属或透明导电材料布线层2，芯片上有金属电极5，透镜1上的金属布线层2（简称布线2）和芯片4上的金属电极5通过引线凸点3连接，透镜1上的布线2的特定位置设有该LED器件的外引线电极7（如下亦简称为“外部电极”）。通常芯片固定在透镜底部的凹槽内，在凹槽内通过底部填充工艺填充有透明胶体6并固化，从而使LED芯片和透镜之间没有气泡，减少反射损失。透明胶下表面、芯片底面以及透镜底部表面上可以设有白胶或者高反射金属等反射材料，从而提高LED器件的光效。

前述LED器件中，透镜可以采用多颗集成的方式一次铸模成型。

请再参阅图4是一次成型的透镜阵列的仰视图，图5所示是图4所示透镜阵列沿A-A’方向的剖视图，其中401为整版透镜，402为透镜单元的主体，403为凹槽，404为定位桩。

请参阅图6所示为实施例1中透镜固定在治具上的示意图，其中，601为与整版透镜401搭配的治具，整版透镜401倒置后置于治具601上。治具601上开有定位孔602和凹槽603。透镜上的定位桩404固定在治具上的定位孔602中。治具的凹槽603中放置有较软的材料如橡胶做的垫片604，以保护透镜主体不被划伤并提供一定的支撑。透镜401与治具601还可以通过机械固定或者真空等方式形成更紧密结合。

透镜401与治具601结合后，可以更加方便地如单一晶片一样进行光刻、镀膜等工艺，形成表面布线层、钝化层等。

例如，请参阅图7，其为透镜401在治具601上完成布线工艺后的局部图，通过光刻、镀膜、腐蚀等工艺，形成了布线层2，外引线电极7，内引线凸点3。

前述的布线层2的材质可以选用透明导电材料，也可以选用金属等导电材料。

图8所示为透镜401在治具601上完成芯片键合后的局部图。请同时参阅图3、图7和图8，进一步将芯片4背面朝上通过倒装焊工艺键合到透镜401底部。芯片4上的焊盘5与布线层2通过凸点3连接。进一步，通过底部填充工艺将透明胶体6填入芯片与透镜底部的空隙，从而提高发光效率。

进一步，可以在芯片4背面、透明胶体6表面、以及透镜401底部覆盖高反射材料如金属、白胶等，以提高器件发光效率。

之后，将透镜切割分离成如图3所示的单个器件。为方便器件分离，透镜401上各单元之间可以预先设置有沟槽。

该器件中芯片亦可为多颗，通过透镜上的布线实现需要的串/并联连接。芯片为多颗时，该器件的外部电极亦可以根据与外部电路的串并联关系不同而设置为2个以上。

该实施例中芯片可以是正装芯片，即正负极都在芯片上表面。如果是正装芯片，则器件的外部电极都设于透镜上。

该实施例中芯片亦可以是垂直结构芯片，即芯片的正负电极分别分布于上下表面。如果是垂直结构芯片，则透镜上的外部电极与芯片上部电极电性连接，作为器件的第一外部电极，而芯片的下表面电极直接作为器件的第二外部电极。

该实施例中芯片可以为除电极区域外，上表面、侧面或二者同时覆盖有光转换材料。该实施例中还可以为透镜表面铺设有或者透镜体中混合有光转换材料。

请参考图9，其是一种透镜基板一体的LED器件与印制电路板（PCB）的结合示意图，该LED器件的外部电极7（亦即外引线电极）通过焊料凸点903经过回流焊工艺与PCB 901上的焊盘902连接。芯片底部也通过凸点903与PCB 901连接，实现较短的散热路径，从而降低热阻。

如果芯片为正装芯片，则芯片底部还可以通过其他导热材料或高反光材料与PCB连接，实现更好的光度或者散热性能。

此实施例通过一系列的措施实现无基板的贴片式封装，与常规支架、基板或者COB封装相比：节省了材料和工艺步骤，从而可以降低封装的成本；缩短了散热路径，具有更低的热阻；降低了封装的厚度；提高了其组装的灵活性。

实施例2：

本实施例的一种LED器件的结构亦可参照图3-图8，而器件的制备过程与实施例一相同。

请参阅图10所示是本实用新型透镜基板一体的LED器件的一种热电分离的组装示意图，该器件中芯片4为正装芯片，其正负电极都在芯片上表面，通过透镜1的外部电极7引出与外部实现电性连接。芯片4的下表面通过导热硅脂、共晶焊或其他方式直接与散热器1002顶部连接，从而实现低热阻。透镜1上的外部电极7通过特定形状的PCB 1001实现与外部电性连接。器件通过压片1004、垫片1003和螺钉1005固定在散热器1002上。

此外，透镜上的外部电极7与外部电路的电性连接还可以通过机械接触、焊线等方式实现。

此实施例通过一系列的措施实现芯片底部与散热器的直接接触，与常规芯片底部固定在PCB上，PCB再与散热器接触相比，具有更低的热阻。

实施例3：

请同时参阅图11-图12，其中图11是包含多个透镜单元的透镜基板一体的LED器件（如下简称器件）顶视示意图，图12 是图11所示该器件沿B-B’方向的剖面示意图。

该器件为集成于透镜基板1101上的多单元模组，其中，各单元透镜主体根据光型的需要可以为非球面设计。各单元模组中的芯片4通过透镜基板1101上的布线1102实现串/并联。透镜基板边缘设置有外部电极，外部电极与透镜基板配合形成插头1103，可以通过配套的插座形成与外部电路的插拔式连接。该透镜基板1101上可设置有定位孔1104。器件可用螺钉穿过定位孔以及其上下的垫片固定在散热器上。芯片的下表面通过导热硅脂、共晶焊或其他方式直接与散热器突出部分连接，从而实现低热阻。

此实施例通过一系列的措施实现多单元模组，芯片底部与散热器的直接接触，以及插头式连接，与常规模组相比兼具更低的热阻、并不需要回流焊等工艺、更易组装和替换等优点。

实施例4：

请参阅图13所示是上下表面都能出光的透镜基板一体的LED器件（如下简称器件），其中，透镜基板1301（以下简称基板）上设有凹槽，多个芯片4通过基板1301上的布线2在凹槽内形成串并联连接。荧光粉和胶的混合体1303涂布在凹槽内并固化。7为器件的外部电极，可通过回流焊或者机械固定等方式组装并形成与外部电路的连接。基板1301的上表面还设有荧光粉和胶的混合物层1302并固化。

此实施例通过一系列的措施实现多芯片模组以及上下表面发光，尤其适合于一些需要360度发光的应用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”或“包括至少一……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种无基板的LED器件，包括LED芯片，其特征在于它还包括与所述LED芯片配合的透镜，所述透镜底部附着有导电布线层，所述导电布线层上分布有内引线电极及外引线电极，所述LED芯片的至少一个电极分布在所述LED芯片上部，且该至少一个电极与所述内引线电极电性接触或经导电物质电性连接，所述外引线电极与外部电路电性连接。

2.根据权利要求1所述的无基板的LED器件，其特征在于所述内引线电极和外引线电极与所述导电布线层直接连接，或者，所述内引线电极和外引线电极与所述导电布线层一体设置。

3.根据权利要求1所述的无基板的LED器件，其特征在于所述LED芯片的电极均分布在芯片上部，或者所述LED芯片上下表面均分布有电极。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的无基板的LED器件，其特征在于所述透镜底端面上形成有至少一凹槽，所述导电布线层一端与分布在所述凹槽底部的内引线电极连接，另一端沿所述凹槽槽壁延伸，并与分布在所述凹槽外的外引线电极连接，而且所述凹槽内设有至少一LED芯片。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的无基板的LED器件，其特征在于所述LED芯片与所述透镜之间的空隙内还填充有固化的透明胶体材料。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的无基板的LED器件，其特征在于它包括一个以上模组，每一模组包括一个以上子单元，每一子单元包括至少一LED芯片。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的无基板的LED器件，其特征在于所述透镜的部分或全部表面和/或所述LED芯片底部的至少部分表面作为所述LED器件的发光面。

8.根据权利要求5所述的无基板的LED器件，其特征在于所述透明胶体材料底部、所述透镜底部的至少局部区域、所述LED芯片底部的至少局部区域中的至少一者上设有反光材料，所述反光材料包括白胶或金属。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的无基板的LED器件，其特征在于所述LED芯片经导热和/或反光材料与散热器连接，所述反光材料包括白胶或金属，所述导热材料包括导热胶或导热焊料。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的无基板的LED器件，其特征在于所述外引线电极在所述透镜边缘部形成插头状，并与外部电路通过插拔式结构电性连接。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的无基板的LED器件，其特征在于所述透镜上还设有定位机构，所述定位机构包括定位孔或定位桩。