CN206697479U - 采用csp芯片和倒装蓝光led芯片封装的白光led cob的结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LEDCOB的结构，能够解决调色COB工艺难度大复杂等问题实现定制化可调色COB简单高效的生产。包括倒装蓝光LED芯片、低色温CSP光源、高色温荧光粉硅胶；多串并联的倒装蓝光LED芯片和多串并联的低色温CSP光源分别共同连接至一个正极和一个负极，形成双电路结构；或者多串并联的倒装蓝光LED芯片和多串并联的低色温CSP光源并联后共同连接至一个正极和一个负极，形成单电路结构；两种电路结构分别焊接并均匀分布在COB基板上，并经过COB基板上的线路分别与对应的电极相连；在两种电路结构的周围区域设有由白色围坝胶构成的围坝，围坝内的空白区域内填充有高色温荧光粉硅胶，形成白光LED COB结构。

Description

采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构
技术领域
本实用新型属于照明领域，具体涉及一种采用CSP芯片和倒装蓝光 LED芯片封装的白光LED COB的结构。
背景技术
在LED应用中，所谓CSP光源是指一类LED器件，其核心部分为蓝宝石衬底的倒装蓝光芯片，除带有正负电极的焊脚一面外，其部分表面被荧光粉胶膜覆盖。其中，正负焊脚通过焊锡连接到应用的线路基板上。由于CSP光源只是采用荧光粉硅胶膜包覆住倒装芯片的结构，因此免除了传统LED光源的大部分封装步骤和结构，使得封装体尺寸小，达到封装体体积不大于倒装芯片体积的20％。当CSP光源被通电后，蓝光和硅胶中荧光粉被蓝光激发所发出的其他颜色的光组合作用，形成不同色温和显指的白光。
目前CSP光源主要有三种结构类型:如图1a-图1c所示，图1a，倒装芯片1-2四周及上表面完全被混有荧光粉的硅胶1-1所包覆，仅有倒装芯片1-2底部电极露出，贴片时直接通过焊锡贴装于PCB板上。图1b，倒装芯片1-2四周围白墙1-3，白墙1-3高度与倒装芯片1-1高度一致，在倒装芯片1-2及白墙1-3上表面覆盖一层混有荧光粉的硅胶1-1，仅有倒装芯片1-2底部电极露出。贴装时直接通过焊锡贴装于PCB板上。图1c，一层薄薄的混有荧光粉的硅胶1-1膜包裹住整个倒装芯片1-2，在整个混有荧光粉的硅胶1-1膜表面再覆盖一层厚的透明硅胶1-4，整个倒装芯片 1-2仅底部电极漏出，贴片时直接通过焊锡贴装于PCB板上。
目前常用的倒装蓝宝石衬底的GaN蓝光LED如图3所示，采用的技术是将其芯片进行倒置，P电极2-4采用覆盖整个Mesa的高反射膜或金属反射层2-2，从而光从蓝宝石衬底2-1出射。具体包括蓝宝石衬底2-1 设在PN结2-3的顶部，金属反射层2-2设在PN结2-3的底部，在金属反射层2-2的外表面设有P电极2-4以及n电极2-5，通过焊接材料2-6直接焊接在COB基板2-5上。
图4所示的传统结构为，PN结2-3顶部设有透明电极层2-9，在透明电极层2-9顶部设有P电极2-4以及n电极2-5，蓝宝石衬底2-1设在 PN结2-3底部，金属反射层2-2设在蓝宝石衬底2-1的底部，最底部是 MCPCB基材2-10。
相比于如图4所示的传统的采用水平结构蓝宝石衬底2-1的GaN蓝光LED芯片，其上表面无P电极2-4金属遮挡，出光效率提高；电流分布均匀导致电压降低，光效提高；L-I有更好的线性关系，对比同等水平结构芯片，当应用功率增加时，光效下降速度缓慢，从而使得高功率应用中芯片的性价比高；抗静电能力高，可靠性增加；蓝宝石衬底2-1的折射率 1.7比GaN的2.4小，蓝宝石和硅胶及荧光粉的组合，以及GaN和硅胶及荧光粉的组合的全反射临界角分别为51.1-70.8度和6.7-45.1度，在封装结构中由蓝宝石表面射出的光经由硅胶和荧光粉界面层的全反射临界角更大，光线全反射损失大大降低。从而出光效率提高；荧光粉直接接触的蓝宝石上表面温度低，荧光粉效率提高，出光效率高，可靠性增加；芯片结点靠近封装基板，结温低，热阻下降，出光效率提高，芯片可靠性增加。
LED COB是指将阵列LED芯片装配在PCB或者陶瓷等基板上，用围坝胶围成一个圆形和其他形状的发光面或称LES，并在芯片上方覆盖混有荧光粉的硅胶。点亮阵列LED芯片使整个LES发出白光的面光源。
已有可调色LED集成封装形式，包括COB在内的技术特点如下：
方式一：如图5a所示，GaN LED蓝光芯片3-1阵列直接封装在COB 基板3-5上，GaNLED蓝光芯片3-1阵列外围有圆形或者其它形状的由围坝胶3-4构成的围坝，围坝内GaN LED蓝光芯片3-1阵列表面覆盖混有荧光粉硅胶层3-2。围坝外还设有电路层3-3和阻焊层3-6，电路层3-3包括正极和负极。
缺点：无法实现色温可调节
方式二：如图5b所示，采用同种GaN LED蓝光芯片3-1阵列，不同色温荧光粉硅胶层3-2，用围坝胶3-4或者反射碗杯3-7等方式，区域分布不同色温荧光粉硅胶层3-2，实现色温的可调。围坝外还设有电路层3-3 和阻焊层3-6，电路层3-3包括正极和负极。
缺点：1)混色效果不佳，特别是距离靠近LED的近场CCT分布不均匀。2)光的明暗分布不均匀，特别是在近场明显。3)由于隔离围坝占据面积，芯片密度无法提高，小尺寸发光面的可调色温。
方式三：如图5c所示，先在COB基板3-5上由围坝胶3-4构成围坝然后在围坝内点上冷色温的荧光粉硅胶，之后在部分芯片上方点上一条暖色温的荧光粉硅胶带3-8，通过调节不同暖色温下方芯片电流实现色温可调。围坝外还设有电路层3-3和阻焊层3-6，电路层3-3包括正极和负极。。
缺点：1)工艺控制较难，CIE集中度不高。2)混色效果不佳，特别是距离靠近LED的近场CCT分布不均匀。
方式四：如图5d所示，CSP COB形式，将不同色温，通常暖色温 CSP阵列3-10和冷色温CSP阵列3-9两种的CSP通过SMT方式直接贴于 COB基板3-5上形成发光面(LES)，不同色温CSP成均匀或对称分布。 COB基板3-5上设有阻焊层3-6和电路层3-3。
缺点：1)由于冷色，暖色温CSP阵列的荧光粉胶不是一体的，无法直接进行胶体内的光传输。所以导致当某一色温点亮而另一种色温没有点亮的时候，LES的明暗不均匀，在色温点的芯片明暗不一致，反映出COB 的混色，亮度不均匀，2)CSP易遭触碰而损坏，3)CSP之间易进入灰尘，出现光衰和发黑。
所以，目前的COB板结构存在以下问题：现有条状调色COB的近场色温变化大，色空间分布不均匀。现有纯CSP光源可调色COB的色空间分布不均匀，亮度不均匀，CSP光源间隔内易进灰等。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LEDCOB的结构，能够解决调色COB工艺难度大、复杂等问题，实现定制化可调色COB简单高效的生产。
为了达到上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：
采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，包括：倒装蓝光LED芯片、低色温CSP光源、高色温荧光粉硅胶；
多串所述倒装蓝光LED芯片并联，多串所述低色温CSP光源并联；多串并联的所述倒装蓝光LED芯片共同连接至一个正极和一个负极，形成多串倒装蓝光LED芯片电路；多串并联的所述低色温CSP光源共同连接至一个正极和一个负极，形成多串低色温CSP光源电路；所述多串倒装蓝光LED芯片电路和所述多串低色温CSP光源电路形成双电路结构；
或者多串并联的所述倒装蓝光LED芯片和多串并联的所述低色温 CSP光源并联后共同连接至一个正极和一个负极，形成由多串倒装蓝光 LED芯片和多串低色温CSP光源构成的单电路结构；
所述双电路结构或所述单电路结构分别通过回流焊焊接并均匀分布在COB基板上，所述COB基板上设有电路层和阻焊层，所述双电路结构或所述单电路结构经过所述COB基板上的电路分别与对应的电极相连；
在所述双电路结构或所述单电路结构的周围区域设有由白色围坝胶构成的围坝，所述围坝内的空白区域内填充有所述高色温荧光粉硅胶，形成所述白光LED COB结构。
进一步地，当形成所述单电路结构时，多串并联的所述倒装蓝光LED 芯片的总线上串联有电阻或者三极管，或者多串并联的所述低色温CSP 光源的总线上串联有电阻或者三极管，或者二条总线上同时串联有电阻或者三极管。
进一步地，所述倒装蓝光LED芯片及低色温CSP光源在所述COB基板上均匀分布或者根据需求排布。
进一步地，所述低色温CSP光源的色温范围为1500K-7500K，所述 COB基板的可调色色温范围为1200K-7000K。
进一步地，所述低色温CSP光源的结构是在所述倒装蓝光LED芯片表面覆盖一层混有荧光粉的硅胶膜，其四周及底部漏出。
进一步地，所述低色温CSP光源表面涂覆的混有荧光粉的硅胶膜的厚度范围为0.05mm-0.3mm。
进一步地，所述倒装蓝光LED芯片为倒装GaN蓝光LED芯片，其主波长为450-460nm。
进一步地，所述双电路结构和所述单电路结构均为可调电路。
本实用新型提供的采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光 LED COB的结构及制备方法，其中采用的低色温CSP光源其散热表现更佳，高的流明密度，在同样光通量的情况下，光源体积更小，或同样器件体积下可以提供更大光功率。同时还免除打线制程，产品可靠度提升。封装密度高。SMT表面贴装，简化基板。有效缩减封装体积，小、薄而轻，迎合了目前LED照明应用微小型化的趋势，设计应用更加灵活，打破了传统光源尺寸给设计带来的限制。
通过本实用新型提供的COB的结构，其近场色温变化小，色空间分布均匀，即使是采用纯CSP光源本实用新型提供的COB的结构的色空间依然分布均匀，亮度同样均匀，而且CSP光源间隔内不易进入灰尘。而且制备工艺及结构均简单，可实现定制化可调色COB板简单高效的生产。
附图说明
图1a为目前常用的CSP光源的一种结构示意图；
图1b为目前常用的CSP光源的另一种结构示意图；
图1c为目前常用的CSP光源的第三种结构示意图；
图2为本实用新型提供的一款新的CSP结构示意图；
图3为倒装蓝宝石衬底GaN LED芯片的结构示意图；
图4为水平结构蓝宝石衬底的GaN蓝光LED芯片结构示意图；
图5a为传统LED COB的顶视图；
图5b为现有的分区域不同色温实现可调色COB的顶视图；
图5c为现有的COB表面点暖色温荧光粉硅胶带实现色温可调COB顶视图；
图5d为目前不同色温CSP构成的COB示意图；
图6为本实用新型提供的采用CSP的可调光调色的一种COB顶视图；
图6a为图6中提供的COB内的暖色温CSP阵列电路；
图6b为图6中提供的COB内的倒装蓝光芯片阵列电路；
图7为本实用新型提供的采用CSP的可调光调色的另一种COB顶视图；
图7a为图7中提供的倒装蓝光LED芯片阵列和低色温CSP阵列共同构成的电路；
图8为本实用新型提供的采用双电路方案的LED COB的实物俯视图；
图9为本实用新型提供的采用单电路方案的LED COB的实物俯视图；
1-1.混有荧光粉的硅胶，1-2.倒装芯片，1-3.白墙，1-4.透明硅胶；
2-1.蓝宝石衬底，2-2.金属反射层，2-3.PN结，2-4.P电极，2-5.n电极， 2-6.COB基材，2-7.焊接材料，2-8.金属线，2-9.透明电极层，2-10.MCPCB基材；
3-1.GaN LED芯片阵列，3-2.荧光粉硅胶层，3-3.电路层，3-4.围坝胶， 3-5.COB基板，3-6.阻焊层，3-7.反射碗杯，3-8.暖色温荧光粉硅胶条，3-9. 冷色温CSP阵列，3-10.暖色温CSP阵列，3-11.控制暖色温CSP电路，3-12. 控制冷色温CSP电路；3-12.倒装蓝光LED芯片阵列，3-13.冷色温荧光粉硅胶层，3-14.控制倒装蓝光LED芯片电路，3-14.电阻。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式进行说明。
采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，包括：倒装蓝光LED芯片、低色温CSP光源、高色温荧光粉硅胶；
多串倒装蓝光LED芯片并联，多串低色温CSP光源并联；多串并联的倒装蓝光LED芯片共同连接至一个正极和一个负极，形成多串倒装蓝光LED芯片电路；多串并联的低色温CSP光源共同连接至一个正极和一个负极，形成多串低色温CSP光源电路；多串倒装蓝光LED芯片电路和多串低色温CSP光源电路形成双电路结构；
或者多串并联的倒装蓝光LED芯片和多串并联的低色温CSP光源并联后共同连接至一个正极和一个负极，形成由多串倒装蓝光LED芯片和多串低色温CSP光源构成的单电路结构；
双电路结构或单电路结构分别通过回流焊焊接并均匀分布在COB基板上，并经过COB基板上的线路分别与对应的电极相连；
在双电路结构或单电路结构的周围区域设有由白色围坝胶构成的围坝，围坝内的空白区域内填充有高色温荧光粉硅胶，填充的高色温荧光粉硅胶覆盖电路的顶部构成高色温荧光粉硅胶层，形成白光LED COB结构。
倒装蓝光LED芯片及低色温CSP光源在COB基板上均匀分布或者根据需求排布。低色温CSP光源的色温范围为1500K-7500K，该色温范围实际上就包括了低色温范围和暖色温范围。COB基板的可调色色温范围为 1200K-7000K。
其中所使用的低色温CSP光源可以为目前常用结构的CSP光源，同时本实用新型还提供了一款新型的低色温CSP光源结构，如图2所示，仅在芯片表面覆盖一层混有荧光粉的硅胶膜，芯片四周及底部无任何东西覆盖。贴片时直接通过焊锡贴装于PCB板上。
优选低色温CSP光源表面涂覆的混有荧光粉的硅胶膜的厚度范围为 0.05mm-0.3mm，更有选为0.1mm-0.2mm。
当倒装蓝光LED芯片为倒装GaN蓝光LED芯片时，其主波长为 450-460nm。
COB基板可以为铝基板或陶瓷基板，或在本领域可用的其它材质基板均可。
具体制备时，包括两个方案，一个为双电路方案，另一个为单电路方案，具体方案如下：
实施例1.双电路方案：
如图6所示，采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB 的结构，包括方形的COB基板3-5，该COB基板3-5的中部通过回流焊焊接有倒装蓝光LED芯片阵列3-12和暖色温CSP阵列3-10，两个阵列根据需要有序排布。在COB基板3-5的四个角上分别对应设有控制暖色温 CSP电路3-11的正极1和负极1，控制倒装蓝光LED芯片电路3-14的正极2和负极2，同时在阵列的外围区域设有电路层3-3和阻焊层3-6。控制暖色温CSP电路3-11和控制倒装蓝光LED芯片电路3-14分别经过COB 基板3-5上电路的串并连接之后分别与对应的电极相连。在两个阵列的周围设有由白色围坝胶3-4将倒装蓝光LED芯片阵列3-12及低色温CSP光源区域围坝，之后在围坝区域内填充高色温荧光粉硅胶。
如图6a所示，低色温CSP光源芯片阵列多串并接，共享一个正极和负极。如图6b所示，倒装蓝光LED芯片3-12多串并接，共享一个正极和负极。
本方案中，优选所述低色温CSP光源的色温范围为1500K-7500K，也就是，本方案中的低色温范围包括暖色温范围。
也就是说，低色温CSP电路和倒装蓝光LED芯片电路均分别能够通过独立的电路进行自主调控。
制备完成的COB板通过分别对倒装蓝光LED芯片和低色温CSP光源的电流调节，实现COB光源的调色。当倒装蓝光LED芯片的电流增大，低色温CSP光源电流减小时，COB板上的颜色由冷色温逐渐变成暖色温。当低色温CSP光源关闭时，COB板上的颜色达到最高色温，反之，COB 板上的颜色由暖色温逐渐变成冷色温。当倒装蓝光LED芯片关闭时，COB 板上的颜色达到最低色温。
该方案的实物图如图8所示，围坝的内径为9±0.2，外径为10±0.2，高度为0.5±0.1。
实施例2.单电路方案：
如图7所示，采用暖色温CSP阵列3-10芯片和倒装蓝光LED芯片阵列3-12封装的白光LED COB的结构，包括方形COB基板3-5，该COB 基板3-5的中部通过回流焊焊接有倒装蓝光LED芯片阵列3-12和低色温 CSP光源阵列，两个阵列根据需要有序排布。在COB基板3-5的对角线的两个角上对应设有同时控制低色温CSP电路和倒装蓝光LED芯片电路的正极和负极，同时在阵列的外围区域设有电路层3-3和阻焊层3-6。低色温CSP电路和倒装蓝光LED芯片电路分别经过COB基板上电路的串并连接之后与对应的电极相连。在两个阵列的周围设有由白色围坝胶将倒装蓝光LED芯片及低色温CSP光源区域围坝，之后在围坝区域内填充高色温荧光粉硅胶。
如图7a所示，多串并联的倒装蓝光LED芯片阵列与多串并联的低色温CSP光源阵列并联后共同连接至同一正极和同一负极。通过在多串并联的低色温CSP光源阵列的总线上串联电阻或者三极管进行电流调节，从而实现不同的功率器件的色温可调节。
其原理是通过电阻和三极管的作用，使得冷暖并联电路在保证相同电压下，暖色温电路和冷色温电路的电流随输入电流变化而出现不同分配，从而实现色温可调。将电路中电流调节至较小时，电阻或三极管上电压较小，倒装蓝光LED芯片所在的暖色温线路上分配到的电流比例大，发出暖色温的光；当将电路中电流调节增大时，电阻或三极管上电压增大，低色温CSP光源所在的冷色温线路上分配到的电流比例大，发出更多冷色温的光。该方案的实物图如图9所示，COB板的右下角设有焊接定位孔。
也可以通过在多串并联的倒装蓝光LED芯片阵列的总线上串联电阻或者三极管，或者二条总线上同时串联电阻或者三极管进行调节。
以上，虽然说明了本实用新型的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本实用新型的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本实用新型的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本实用新型的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的实用新型及其均等范围内。

Claims (8)

1.采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，其特征在于，包括：倒装蓝光LED芯片、低色温CSP光源、高色温荧光粉硅胶；
多串所述倒装蓝光LED芯片并联，多串所述低色温CSP光源并联；多串并联的所述倒装蓝光LED芯片共同连接至一个正极和一个负极，形成多串倒装蓝光LED芯片电路；多串并联的所述低色温CSP光源共同连接至一个正极和一个负极，形成多串低色温CSP光源电路；所述多串倒装蓝光LED芯片电路和所述多串低色温CSP光源电路形成双电路结构；
或者多串并联的所述倒装蓝光LED芯片和多串并联的所述低色温CSP光源并联后共同连接至一个正极和一个负极，形成由多串倒装蓝光LED芯片和多串低色温CSP光源构成的单电路结构；
所述双电路结构或所述单电路结构分别通过回流焊焊接并均匀分布在COB基板上，所述COB基板上设有电路层和阻焊层，所述双电路结构或所述单电路结构经过所述COB基板上的电路分别与对应的电极相连；
在所述双电路结构或所述单电路结构的周围区域设有由白色围坝胶构成的围坝，所述围坝内的空白区域内填充有所述高色温荧光粉硅胶，形成所述白光LED COB结构。
2.根据权利要求1所述的采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，其特征在于，
当形成所述单电路结构时，多串并联的所述倒装蓝光LED芯片的总线上串联有电阻或者三极管，或者多串并联的所述低色温CSP光源的总线上串联有电阻或者三极管，或者二条总线上同时串联有电阻或者三极管。
3.根据权利要求1所述的采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，其特征在于，
所述倒装蓝光LED芯片及低色温CSP光源在所述COB基板上均匀分布或者根据需求排布。
4.根据权利要求1所述的采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，其特征在于，所述低色温CSP光源的色温范围为1500K-7500K，所述COB基板的可调色色温范围为1200K-7000K。
5.根据权利要求1所述的采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，其特征在于，所述低色温CSP光源的结构是在所述倒装蓝光LED芯片表面覆盖一层混有荧光粉的硅胶膜，其四周及底部漏出。
6.根据权利要求1所述的采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，其特征在于，所述低色温CSP光源表面涂覆的混有荧光粉的硅胶膜的厚度范围为0.05mm-0.3mm。
7.根据权利要求1所述的采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，其特征在于，所述倒装蓝光LED芯片为倒装GaN蓝光LED芯片，其主波长为450-460nm。
8.根据权利要求1所述的采用CSP芯片和倒装蓝光LED芯片封装的白光LED COB的结构，其特征在于，所述双电路结构和所述单电路结构均为可调电路。
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CN108649026A (zh) * 2018-07-06 2018-10-12 易美芯光（北京）科技有限公司 一种可调色温的led结构
CN110190048A (zh) * 2019-05-30 2019-08-30 深圳市中照科技有限公司 具有uv固化紫光和普通光源的倒装cob光源模块
CN111554787A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 珠海市宏科光电子有限公司 一种便于调光调色的cob结构封装工艺
CN114497318A (zh) * 2021-12-31 2022-05-13 江苏泓冠光电科技有限公司 一种csp封装工艺

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