專利名稱：無支架led封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法
無支架LED封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種無支架LED (發(fā)光二極管)封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。
背景技術(shù)：
LED(light emitting diode),即發(fā)光二極管,作為新型高效固體光源,具有長壽命、節(jié)能、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)，是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，被認(rèn)為是第3代的照明新技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義巨大。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，LED科技發(fā)展迅速，LED在發(fā)光強(qiáng)度、峰值波長、半波帶寬等參數(shù)性能上有很大提高。與傳統(tǒng)光源一樣，半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)在工作期間也會(huì)產(chǎn)生熱量，其多少取決于整體的發(fā)光效率。在外加電能量作用下，電子和空穴的輻射復(fù)合發(fā)生電致發(fā)光，在PN結(jié)附近輻射出來的光還需經(jīng)過芯片(chip)本身的半導(dǎo)體介質(zhì)和封裝介質(zhì)才能抵達(dá)外界(空氣)。綜合電流注入效率、輻射發(fā)光量子效率、芯片外部光取出效率等，最終大概只有30-40%的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能，其余60-70%的能量主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點(diǎn)陣振動(dòng)的形式轉(zhuǎn)化熱能。LED的散熱現(xiàn)在越來越為人們所重視，這是因?yàn)長ED的光衰或其壽命是直接和其結(jié)溫有關(guān)，散熱不好結(jié)溫就高，結(jié)溫不但影響長時(shí)間壽命，也還直接影響短時(shí)間的發(fā)光效率。依照阿雷紐斯法則溫度每降低10°C壽命會(huì)延長2倍，LED芯片的特點(diǎn)是在極小的體積內(nèi)產(chǎn)生極高的熱量，而LED本身的熱容量很小，所以必須以最快的速度把這些熱量傳導(dǎo)出去，否則就會(huì)產(chǎn)生很高的結(jié)溫。為了盡可能地把熱量引出到芯片外面，目前的封裝形式都是將LED芯片用銀膠粘接在銅支架上，然后將銅支架底部涂上導(dǎo)熱硅脂再焊接到布有電路的鋁基散熱板上，最后將鋁基散熱板通過導(dǎo)熱硅脂固定到散熱器上，LED芯片產(chǎn)生的熱量從LED芯片自身到最終的散熱器，中間需要經(jīng)過5層介質(zhì)層，這就增加了串聯(lián)熱阻，導(dǎo)致LED封裝后的總熱阻無法降低。為了降低LED封裝后的總熱阻，也有將LED芯片用銀膠粘接直接封裝在布有電路的鋁基散熱板上，然后將鋁基散熱板通過導(dǎo)熱硅脂固定到散熱器上，這樣LED芯片產(chǎn)生的熱量從LED芯片自身到最終的散熱器，中間還需要經(jīng)過4層介質(zhì)層，LED封裝后的總熱阻還是很高。
最好的方法就是將LED芯片通過焊料直接焊接在散熱器上，LED芯片產(chǎn)生的熱量從LED芯片自身只需經(jīng)過一層介質(zhì)層(焊料層)就能到達(dá)最終的散熱器，這樣串聯(lián)熱阻最小，散熱效果最好，但是散熱器體積較大，表面不容易進(jìn)行電路加工，使這種方法實(shí)現(xiàn)起來非常困難。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種無支架的LED封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，通過該封裝方法得到的無支架的LED封裝結(jié)構(gòu)，可以使LED芯片底部直接接觸散熱器表面，省掉傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)的中間環(huán)節(jié)，熱阻明顯下降，亮度和可靠性得到提高，整體制作成本下降，提高了產(chǎn)品一致性。
本發(fā)明提供一種無支架LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括:
LED 芯片；
一支撐電路板，該支撐電路板的中間有一通孔，所述LED芯片位于支撐電路板的通孔內(nèi)，所述LED芯片通過金屬引線與支撐電路板電性連接；
一封膠層，該封膠層將電性連接好的LED芯片固封在支撐電路板的通孔內(nèi)；
該LED芯片的底面與支撐電路板的底面水平，該LED芯片的底面裸露在空氣中。
本發(fā)明還提供一種無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括以下步驟:
步驟1:制作一支撐電路板，該支撐電路板上面有通孔；
步驟2:將支撐電路板的背面粘附在耐高溫的粘性材料上；
步驟3:將LED芯片的底部固定在支撐電路板的通孔內(nèi)露出的粘性材料上；
步驟4:用金屬引線將LED芯片與支撐電路板通過金屬引線電性連接；
步驟5:用封膠層將LED芯片固封在支撐電路板的通孔內(nèi)；
步驟6:將固封后的支撐電路板放入烘箱內(nèi)烘烤，使封膠固化；
步驟7:將固化后的支撐電路板取出，去掉支撐電路板背面的粘性材料，露出LED芯片的底面，完成無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝。
本發(fā)明的有益效果是，通過該封裝方法得到的該封裝結(jié)構(gòu)使LED芯片底部可以直接接觸散熱器表面，省掉傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)的中間環(huán)節(jié)，熱阻明顯下降，亮度和可靠性得到提高,整體制作成本下降,提高了產(chǎn)品一致性。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中:
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的方法流程圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1、圖2所示，本發(fā)明提供一種無支架LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括:
LED芯片1，所述固定在支撐電路板2通孔21內(nèi)的LED芯片I的數(shù)量大于或等于1，圖1中LED芯片I的數(shù)量為一個(gè)，圖2中LED芯片I的數(shù)量為多個(gè)，所述LED芯片I是固體半導(dǎo)體芯片，其發(fā)光材料是紅光、藍(lán)光、綠光或紫外光的發(fā)光材料；LED芯片I可以是大功率芯片，中功率芯片，或者小功率芯片；LED芯片I可以是I顆LED芯片，也可以是多顆單一波長LED芯片之間串并聯(lián)組成，也可以是多顆多波長LED芯片之間串并聯(lián)組成；所述的LED芯片I為單波長LED芯片或?yàn)槎嗖ㄩLLED芯片，當(dāng)該LED芯片I的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，該LED芯片I之間是串聯(lián)或并聯(lián)(參閱圖2)；
一支撐電路板2，該支撐電路板2的中間有一通孔21，所述LED芯片I位于支撐電路板2的通孔21內(nèi)，所述LED芯片I通過金屬引線3與支撐電路板2電性連接，該金屬引線3 —般為金線或鋁線，直徑為10-70微米，起到導(dǎo)電連接的作用；該支撐電路板2中間的通孔21的斷面為V型孔、臺(tái)階孔或U形孔，不同的斷面會(huì)得到不同光提取的效果；該通孔21的形狀為圓孔、方孔或不規(guī)則孔，不同的通孔形狀可以得到不同的光場(chǎng)分布；該通孔21的內(nèi)壁鍍有高反射率的金屬層或光學(xué)膜，該金屬層或光學(xué)膜的材料可以是銀，鋁，或者是其他高反射率的材料，厚度為幾十埃到幾百微米，起到減小通孔21的內(nèi)壁對(duì)光的吸收，提高出光效率的作用；該支撐電路板2的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板，表面做有電路層，起到固定LED芯片1，支撐整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)與外部電路之間電路連接的作用；
—封膠層4，該封膠層4將電性連接好的LED芯片I固封在支撐電路板2的通孔21內(nèi)，該封膠層4的材料為硅膠或樹脂，該硅膠或樹脂內(nèi)混有熒光粉；熒光粉可以是黃色熒光粉，紅色熒光粉，綠色熒光粉等任何可以被LED芯片I激發(fā)的熒光粉，粒徑為幾個(gè)納米到幾十微米，熒光粉與硅膠或樹脂按所需比例混合均勻，LED芯片I發(fā)出的光與熒光粉被LED芯片I激發(fā)發(fā)出的光混合形成整個(gè)LED封裝結(jié)構(gòu)最后得到的光。
該LED芯片I的底面與支撐電路板2的底面水平，該LED芯片I的底面裸露在空氣中，便于LED芯片I的底部與散熱器通過焊料直接焊接在一起，LED芯片I點(diǎn)亮?xí)r產(chǎn)生的熱量從LED芯片I自身只需經(jīng)過一層介質(zhì)層(焊料層)就能到達(dá)最終的散熱器，起到快速散熱，降低LED的結(jié)溫，降低整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的熱阻，提高LED的發(fā)光效率，提高LED可靠性的作用。
請(qǐng)參閱圖3所示，本發(fā)明還提供一種無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括以下步驟:
步驟1:制作一支撐電路板2，該支撐電路板2上面有通孔21，該支撐電路板2中間的通孔21的斷面為V型孔、臺(tái)階孔或U形孔，不同的斷面會(huì)得到不同光提取的效果；該通孔21的形狀為圓孔、方孔或不規(guī)則孔，不同的通孔形狀可以得到不同的光場(chǎng)分布；該通孔21的內(nèi)壁鍍有高反射率的金屬層或光學(xué)膜，該金屬層或光學(xué)膜的材料可以是銀，鋁，或者是其他高反射率的材料，厚度為幾十埃到幾百微米，起到減小通孔24的內(nèi)壁對(duì)光的吸收，提高出光效率；該支撐電路板2的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板，表面做有電路層，起到固定LED芯片1，支撐整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)與外部電路之間電路連接的作用；
步驟2:將支撐電路板2的背面粘附在耐高溫的粘性材料上，該粘性材料起到暫時(shí)固定LED芯片I的作用；
步驟3:將LED芯片I的底部固定在支撐電路板2的通孔21內(nèi)露出的粘性材料上，該LED芯片I的數(shù)量大于或等于1，所述LED芯片I是固體半導(dǎo)體芯片，其發(fā)光材料是紅光、藍(lán)光、綠光或紫外光的發(fā)光材料；LED芯片I可以是大功率芯片，中功率芯片，或者小功率芯片，所述的LED芯片I為單波長LED芯片或?yàn)槎嗖ㄩLLED芯片，LED芯片I可以是I顆LED芯片，也可以是多顆單一波長LED芯片之間串并聯(lián)組成，也可以是多顆多波長LED芯片之間串并聯(lián)組成；當(dāng)該LED芯片I的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，該LED芯片I之間是串聯(lián)或并聯(lián)(參閱圖2)；
步驟4:用金屬引線將LED芯片I與支撐電路板2通過金屬引線3電性連接，該金屬引線3—般為金線或鋁線，直徑為10-70微米，起到導(dǎo)電連接的作用；
步驟5:用封膠層4將LED芯片I固封在支撐電路板2的通孔21內(nèi)，該封膠層4的材料為硅膠或樹脂，該硅膠或樹脂內(nèi)混有熒光粉，熒光粉可以是黃色熒光粉，紅色熒光粉，綠色熒光粉等任何可以被LED芯片I激發(fā)的熒光粉，粒徑為幾個(gè)納米到幾十微米，熒光粉與硅膠或樹脂按所需比例混合均勻，LED芯片I發(fā)出的光與熒光粉被LED芯片I激發(fā)發(fā)出的光混合形成整個(gè)LED封裝結(jié)構(gòu)最后得到的光；
步驟6:將固封后的支撐電路板2放入烘箱內(nèi)烘烤，使封膠固化，一般烘烤溫度為80-150°C ；
步驟7:將固化后的支撐電路板2取出，去掉支撐電路板2背面的粘性材料，露出LED芯片I的底面，完成無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝。
以上所述，僅是本發(fā)明的實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案范圍之內(nèi)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種無支架LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括: LED芯片； 一支撐電路板，該支撐電路板的中間有一通孔，所述LED芯片位于支撐電路板的通孔內(nèi)，所述LED芯片通過金屬引線與支撐電路板電性連接； 一封膠層，該封膠層將電性連接好的LED芯片固封在支撐電路板的通孔內(nèi)； 該LED芯片的底面與支撐電路板的底面水平，該LED芯片的底面裸露在空氣中。
2.如權(quán)利要求1所述的無支架LED封裝結(jié)構(gòu)，其中固定在支撐電路板通孔內(nèi)的LED芯片的數(shù)量大于或等于1，該支撐電路板中間的通孔的斷面為V型孔、臺(tái)階孔或U形孔；該通孔的形狀為圓孔、方孔或不規(guī)則孔；該通孔的內(nèi)壁鍍有高反射率的金屬層或光學(xué)膜。
3.如權(quán)利要求2所述的無支架LED封裝結(jié)構(gòu)，其中LED芯片是固體半導(dǎo)體芯片，其發(fā)光材料是紅光、藍(lán)光、綠光或紫外光的發(fā)光材料；所述的LED芯片為單波長LED芯片或?yàn)槎嗖ㄩLLED芯片，該LED芯片之間是串聯(lián)或并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求2所述的無支架LED封裝結(jié)構(gòu)，其中該支撐電路板的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板。
5.如權(quán)利要求1所述的無支架LED封裝結(jié)構(gòu)，其中該封膠層的材料為硅膠或樹脂，該硅膠或樹脂內(nèi)混有熒光粉。
6.一種無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括以下步驟: 步驟1:制作一支撐電路板，該支撐電路板上面有通孔； 步驟2:將支撐電路板的背面粘附在耐高溫的粘性材料上； 步驟3:將LED芯片的底部固定在支撐電路板的通孔內(nèi)露出的粘性材料上； 步驟4:用金屬引線將LED芯片與支撐電路板通過金屬引線電性連接； 步驟5:用封膠層將LED芯片固封在支撐電路板的通孔內(nèi)； 步驟6:將固封后的支撐電路板放入烘箱內(nèi)烘烤，使封膠固化； 步驟7:將固化后的支撐電路板取出，去掉支撐電路板背面的粘性材料，露出LED芯片的底面，完成無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝。
7.如權(quán)利要求6所述的無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法,其中固定在支撐電路板通孔內(nèi)的LED芯片的數(shù)量大于或等于1，該支撐電路板中間的通孔的斷面為V型孔、臺(tái)階孔或U形孔；該通孔的形狀為圓孔、方孔或不規(guī)則孔；該通孔的內(nèi)壁鍍有高反射率的金屬層或光學(xué)膜。
8.如權(quán)利要求7所述的無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其中LED芯片是固體半導(dǎo)體芯片，其發(fā)光材料是紅光、藍(lán)光、綠光或紫外光的發(fā)光材料；所述的LED芯片為單波長LED芯片或?yàn)槎嗖ㄩLLED芯片，該LED芯片之間是串聯(lián)或并聯(lián)。
9.如權(quán)利要求7所述的無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其中該支撐電路板的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板。
10.如權(quán)利要求6所述的無支架LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其中該封膠層的材料為硅膠或樹脂，該娃膠或樹脂內(nèi)混有熒光粉。
全文摘要
一種無支架LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括LED芯片；一支撐電路板，該支撐電路板的中間有一通孔，所述LED芯片位于支撐電路板的通孔內(nèi)，所述LED芯片通過金屬引線與支撐電路板電性連接；一封膠層，該封膠層將電性連接好的LED芯片固封在支撐電路板的通孔內(nèi)；該LED芯片的底面與支撐電路板的底面水平，該LED芯片的底面裸露在空氣中。本發(fā)明通過該封裝方法得到的該封裝結(jié)構(gòu)使LED芯片底部可以直接接觸散熱器表面，省掉傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)的中間環(huán)節(jié)，熱阻明顯下降，亮度和可靠性得到提高，整體制作成本下降，提高了產(chǎn)品一致性。
文檔編號(hào)H01L33/54GK103151446SQ20131006830
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者盧鵬志, 楊華, 鄭懷文, 于飛, 薛斌, 伊?xí)匝? 王國宏, 王軍喜, 李晉閩 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所