CN101630716B - 片式led金属基板和片式led发光装置及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种片式LED金属基板和片式LED发光装置及其制造方法。本发明的基板由基本单元组成，所述基本单元具有两个位置相对的上孔部和下孔部，两个分别与上孔部、下孔部内侧相连的引线连接部，一个连接上孔部所连的引线连接部的芯片安放部，两个分别与上孔部、下孔部外侧相连的焊接部，以及两个分别位于芯片安放部两侧并且连接上孔部、下孔部的加强筋。本发明还涉及一种片式LED发光装置制造方法，所述方法的步骤包括：金属基板冲切、电镀、印刷油墨、LED芯片安放和引线键合、模压封装、划片切割、测试包装，本发明还包括上述金属基板和上述方法制造的片式LED发光装置。本发明工艺简单，而且提高了产品的一致性和可靠性，所制造的片式LED发光装置产品性能优良、一致性好。

Description

片式LED金属基板和片式LED发光装置及制造方法
技术领域
本发明专利涉及一种发光二极管(LED)技术，特别是涉及一种片式LED金属基板和片式LED发光装置及其制造方法。
背景技术
随着LED生产技术的不断提高，LED应用范围不断扩大，使得LED的亮度及光电稳定特性要求不断提升。目前片式发光二极管生产技术已经相当成熟，如中国专利申请号为01131330.7，申请日为2002年04月10日，发明名称为片式发光二极管及其制造方法，包括具备安装在主印刷电路板的一个面一侧的底座，从上述底座延伸并且贯通设置在主印刷电路板上的孔而配置的本体部分，设置在该本体部分上而且在主印刷电路板的另一个面一侧发光的发光部分，在底座上设置与发光部分电连接的一对外部连接用电极，发光部分用树脂密封块密封。在把底座安装到主印刷电路板的背面一侧时，配置发光部分使得与配置在主印刷电路板上的液晶背照光的导光方向一致。片式发光二极管的制造方法是在一片集合电路基板上经过多个工序形成多个片式发光二极管，在最终的工序中分割集合电路基板使得制作一个个片式发光二极管。
片式发光二极管以其优越的性能得到广泛的应用，随着应用领域对发光效率以及使用寿命的高水平要求，一种以金属作为芯片的承载基板的片式LED开始出现。如申请号为00137787.7的发明专利，公开了一种“晶片式发光二极管及其制造方法”，涉及一种晶片式发光二极管及其制造方法，它是于一金属基板表面镀银，经蚀刻后形成数个线架，该线架于一端粘晶，并通过打线连接至相对另一端，进行封胶后并进行切割即构成一晶片式发光二极管，其裸露于底部的线架即构成电气接点。该发明专利提供了一种以金属作为芯片承载基板的发光二极管，散热性能及产品寿命得到明显提高。但封装材料与基板之间的粘接强度、基板封装过程中容易产生变形、单体器件的可靠性等问题并没有得到良好的解决。
此外，还有一种塑封引线框架式LED，其制造过程为采用金属引线框架，冲压后形成多个单元，然后为每个单元注射封装一塑料框架，再进行LED芯片的封装。其优点在于发光强度明显优越于普通片式LED，但制造成本高，生产工艺复杂。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种片式LED金属基板，所述基板能够克服现有技术的容易产生变形的问题，本发明的基板具有两个位置相对的上孔部和下孔部，两个分别与上孔部、下孔部内侧相连的引线连接部，一个连接上孔部所连的引线连接部的芯片安放部，两个分别与上孔部、下孔部外侧相连的焊接部，以及两个分别位于芯片安放部两侧并且连接上孔部、下孔部的加强筋。该基板采用硬度高、韧性好的金属材料制成。由于本发明的基板结构在封装过程中，能够承受合模压力的影响而不变形。
本发明的另一个目的在于提供一种封装材料与金属基板牢固结合的片式孔ED发光装置，该发光装置的基板上具有上孔部和下孔部，在模塑过程中，塑封材料穿过上、下孔部的穿孔而将基板包裹起来，形成牢固的结合；同时，金属基板上的加强筋在模压封装切割后残留在封装器件内部，从而增大了封装胶体与基板的结合面积，使封装材料与基板的结合更加牢固。
本发明的再一个目的在于提供一种可靠性高的片式LED器件封装结构，该片式LED的基板上的加强筋能够固定上上孔部、下孔部及正、负电极的相对位置，即，在模压封装过程中，该加强筋能够保证基板的上、下孔部和正、负电极始终处于同一水平面上，确保了产品的可靠性和一致性；此外，在LED芯片安放部同侧的焊接部上表面印刷有油墨，在器件使用过程中，该油墨层能够防止由于高温而融化的焊锡进入器件封装结构内部而破坏金属引线等结构，从而有效地提高了器件的可靠性。
本发明的再一个目的在于提供一种金属基板结构制造方法以及利用该金属基板结构制造高可靠性金属基板片式LED发光装置的制造方法。在该方法中，利用硬度高、韧性好的金属基板制备片式LED器件，并且通过在金属基板上设置加强筋，并且使加强筋与上、下孔部连接成一定弧度或者倾斜角度，从而使切割机沿垂直方向就能够实现对LED器件的分离，这种方法不仅使工艺简单，而且提高了产品的一致性和可靠性，由此得到性能优良、一致性好的片式LED发光装置；此外，该方法中利用金属基板表面电镀一层或者多层金属的工艺，不仅提高了发光装置冲切断面的可焊性和耐腐蚀性，同时提高了基板的反光效率，进而提高了器件的出光效率；另外，在该方法中，通过采用在芯片安放部同侧的焊接部上表面印刷油墨的工艺，不仅防止了由于高温而融化的焊锡进入器件封装结构内部而破坏金属引线的现象发生，提高了器件的可靠性，同时为下游应用厂家后续工艺的操作提供了方便。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行更详细的说明，其中：
图1(图1A和1B)是本发明的金属基板第一实施例的示意图；
图2(图2A和2B)是本发明的金属基板第二实施例的示意图；
图3是本发明的片式LED发光装置制造方法的流程图；
图4(图4A-4E)是图3流程图中模压封装后的片式LED发光装置；
图5(图5A-5D)是图3流程图的划片切割步骤示意图以及切割后的独立片式LED发光装置。
附图标记：
1、金属基板；2、芯片；3、引线；4、封装胶体；5、划片机；11、基板单元；12、分隔槽线；13、定位孔；14、切割基准孔；111、上孔部；112、下孔部；113、引线连接部；114、芯片安放部；115、焊接部；116、加强筋；117、加强筋剩余部；1101、小穿孔；1102、条形穿孔；
具体实施方式
根据上述附图1和附图2，对本发明的片式LED发光装置封装结构及其制造方法作进一步说明。
本实施例中，本发明金属基板1结构包括M行×N列的基板单元阵列，其中M、N至少不同时等于1，在所述各基板单元行的两侧设置分隔槽线，共M+1条，将各基板单元行分隔，对应所述基板单元列的两端部分别设有N+1个切割基准孔，对应于各基板单元列的侧边；如附图1、2所示的金属基板1结构，包括：3行×7列的基板单元11阵列、4条分隔槽线12、4个定位孔13和16个切割基准孔14。
如附图1、附图2、附图5C所示的金属基板1的基板单元结构，基板单元11设置有两个位置相对的上孔部111和下孔部112，两个分别与上孔部111和下孔部112内侧相连的引线连接部113，一个连接上孔部111所连的引线连接部113的芯片安放部114，两个分别与上孔部111和下孔部112外侧相连的焊接部115，以及两个分别位于芯片安放部114两侧并且连接上孔部111和下孔部112的加强筋116。
各个基板单元的上孔部111和下孔部112可设置有如附图1所示的多个小穿孔1101，或者如附图2所示的一个条形穿孔1102。
除了本实施例的图示外，芯片安放部114还可以设置有圆形或者方形的反射杯。
加强筋116与上孔部111和下孔部112的连接成一定弧度或一定角度。
分隔槽线12分别设置在各基板单元行的两侧，纵向分离各基板单元行的基板单元11。
定位孔13设置在金属带材的四周。
对应所述基板的各单元列两侧的端部分别设有切割基准孔14，切割基准孔14为长窄形且相互平行，并且与各加强筋列的位置相对应。
所述金属基板1外部镀一层或多层金属，如Ni、Au、Ag。
所述焊接部115上表面有一层油墨，油墨不覆盖该焊接部115的边缘与下表面。
根据附图35所示，对本发明的基于上述金属基板1的片式LED发光装置及其制造方法作进一步说明。
如附图3所示，本实施例还公开了一种基于上述金属基板1结构的片式LED发光装置制造方法，其步骤包括：S1、金属基板冲切；S2、电镀；S3、印刷油墨；S4、LED芯片安放和引线键合；S5、模压封装；S6、划片切割；S7、测试包装。其中，S3印刷油墨步骤是可选择的、非必须的步骤。
在S1金属基板冲切步骤中，将金属带材通过冲切工艺形成M行×N列的基板单元阵列，M、N至少不同时等于1，在所述各基板单元行的两侧设置有分隔槽线，共M+1条，将各基板单元行分隔，对应所述基板单元列的两端部分别设有N+1个切割基准孔，对应于各基板单元列的侧边；参见图4所示，形成的基板单元阵列为3行×7列，4条分隔槽线12、4个定位孔13和16个切割基准孔14。
对于基板单元11，通过冲切工艺形成：两个位置相对的上孔部111和下孔部112，两个分别与上孔部111和下孔部112内侧相连的引线连接部113，一个连接上孔部111所连的引线连接部113的芯片安放部114，两个分别与上孔部111和下孔部112外侧相连的焊接部115，以及两个分别位于芯片安放部114两侧并且连接上孔部111和下孔部112的加强筋116。
基板单元的上孔部111和下孔部112是通过冲切方式在金属基板1上形成多个小穿孔1101(如图1所示)或者一个条形穿孔1102(如图2所示)。
在一个进一步的实施例中，所述芯片安放部114可以通过冲压方法在上面形成圆形或者方形反射杯。
所述分隔槽线12是通过冲切工艺形成的，分列在各基板单元行的两侧。
所述定位孔13通过冲切工艺形成在金属基板1的四周；除了冲切工艺，定位孔13还可以通过钻孔工艺形成。
所述切割基准孔14是通过冲切工艺在基板1上对应所述基板单元列两侧边的端部形成的长窄形穿孔，并且相互平行，与加强筋列的位置一一对应。
在S2电镀步骤中，将S1步骤完成后基板1置于镀液(电或化学镀液)中，在基板1外部镀一层或多层金属，如Ni、Au、Ag(选一种)等，电镀完成后清洗表面污渍，完成基板1的制备。在基板上镀金属一方面提高冲断面的可焊性和耐腐蚀性能，另一方面是提高基板的反光效率，进而提高器件的出光效率。
电镀的过程中，整个基板1表面均镀一层或多层金属，与先电镀后冲压的方式相比，由于基板单元阵列的行阵列与行阵列之间设置有分隔槽线，在镀的过程中为发光装置的焊接部115两侧镀了一层或多层金属，提高了发光装置冲切断面的可焊性及耐腐蚀性能。
在S3印刷油墨步骤中，在与芯片安放同侧的所述焊接部115上表面印刷一层油墨，油墨不覆盖该焊接部115的边缘与下表面。
上述印刷油墨的目的在于，阻止在器件使用过程中焊锡顺着铜箔流进器件而破坏金线等结构，以确保器件可靠性，它是为考虑到下游应用厂家采取的一些工艺而存在。因此整个工序完成后，油墨不会抹去。
在S4LED芯片安放和引线键合步骤中，将LED芯片2用粘合剂固定于金属基板1的芯片安放部114，并采用金属引线3连接芯片电极与基板上的引线连接部113，实现芯片电极与外部电极的电气连接。
在S5模压封装步骤中，是将上述半成品置于模具中心的模穴，从注胶口注入封装胶体4。封装胶体4填充整个模穴，并同时加热使之固化。
如附图4A所示，封装胶体4塑封在金属基板1的上下两侧，覆盖所述的芯片2、引线3、并填充所述上孔部111和下孔部112的多个小穿孔1101，并且焊接部115保留在封装胶体4的外面；所述封装胶体4具有光学透镜作用，其横截面可为矩形(附图4B、4D)或者梯形(附图4C、4E)。
在S6划片切割步骤中，如附图5A所示，划片机5沿所述切割基准孔14将金属基板1分割成为M行×N列个独立的片式LED发光装置，如附图5B所示。
如附图5C和附图5D所示，在所述切割过程中，所述基板单元11两侧的加强筋116被切断，实现器件单元的正负极分离，遗留在基板单元11上的为加强筋剩余部117；所述加强筋剩余部117与上孔部111和下孔部112的连接成一定弧度或一定倾斜角度。
在S7测试包装步骤中，对产品进行测试、编带，完成产品的制造过程，由此可以得到性能优良、一致性好的片式LED发光装置。
根据上述附图4、附图5所示，本发明的另一个实施例是根据上述实施例的金属基板结构和LED发光装置的制造方法制造的片式LED发光装置。在本实施例中，所述片式LED发光装置的结构包括一金属基板1、至少一个安放在所述金属基板上的芯片2、连接所述芯片2与金属基板1的金属引线3，以及覆盖金属基板1的封装胶体4；其中所述金属基板1的结构如上述实施例所述的基板结构，包括有两个位置相对的上孔部111和下孔部112，上孔部111和下孔部112设置有至少1个穿孔，两个分别与上孔部111和下孔部112内侧相连的引线连接部113，一个连接上孔部111所连的引线连接部113的芯片安放部114，两个分别与上孔部111和下孔部112外侧相连的焊接部115，加强筋剩余部和涂覆在所述焊接部115表面的油墨。所述加强筋剩余部是加强筋在分割工序中被切断的余留部分，实现器件单元的正负极分离；所述加强筋剩余部分别与上孔部111和下孔部112的连接成一定弧度或一定倾斜角度。所述封装胶体4封装在金属基板的上下两侧，覆盖所述的芯片2、引线3，并填充在大、小孔部的穿孔内。
显而易见，在此描述的本发明可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本发明的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。

Claims (25)

1.一种片式LED金属基板(1)结构，其特征在于：所述金属基板(1)结构由基板单元(11)组成，所述基板单元(11)结构包括：两个位置相对的上孔部(111)和下孔部(112)，两个分别与上孔部(111)和下孔部(112)内侧相连的引线连接部(113)，一个连接上孔部(111)所连的引线连接部(113)的芯片安放部(114)，两个分别与上孔部(111)和下孔部(112)外侧相连的焊接部(115)，以及两个分别位于芯片安放部两侧并且连接上孔部(111)和下孔部(112)的加强筋(116)。
2.如权利要求1所述的片式LED金属基板(1)结构，其特征在于：所述基板单元(11)的上孔部(111)和下孔部(112)分别至少有一个穿孔。
3.如权利要求1所述的片式LED金属基板(1)结构，其特征在于：所述基板单元(11)的芯片安放部(114)有圆形或者方形反射杯。
4.如权利要求1所述的片式LED金属基板(1)结构，其特征在于所述加强筋与上孔部(111)和下孔部(112)的连接成一定弧度或一定倾斜角度。
5.如权利要求1所述的片式LED金属基板(1)结构，其特征在于：所述金属基板(1)还包括：对应所述基板单元(11)上孔部(111)和下孔部(112)两侧的金属基板(1)端部的切割基准孔(14)，并且与所述加强筋(116)的位置相对应。
6.如权利要求5所述的片式LED金属基板(1)结构，其特征在于：所述切割基准孔(14)设置为长窄形且相互平行。 
7.如权利要求1所述的片式LED金属基板（1）结构，其特征在于：所述金属基板（1）结构还包括在所述金属基板（1）四周的定位孔（13）。
8.如权利要求1所述的片式LED金属基板(1)结构，其特征在于：所述金属基板(1)结构具有M行×N列个所述基板单元(11)，M、N至少不同时等于1；在所述各基板单元行的两侧设置分隔槽线(12)，共M+1条，将各基板单元行分隔，对应所述基板单元列的两端部分别设有N+1个切割基准孔，对应于各基板单元列的侧边。
9.如权利要求1至8中之一所述的片式LED金属基板（1）结构，其特征在于：所述金属基板（1）表面镀有一层或多层金属。
10.如权利要求9所述的片式LED金属基板(1)结构，其特征在于：所述焊接部(115)上表面有一层油墨，油墨不覆盖该焊接部(115)的边缘与下表面。
11.一种片式LED发光装置的制造方法，其包括下列加工步骤：
a)金属基板(1)冲切步骤：将金属带材通过冲切工艺形成基板单元，包括形成有两个位置相对的上孔部(111)和下孔部(112)，两个分别与上孔部(111)和下孔部(112)内侧相连的引线连接部(113)，一个连接上孔部所连的引线连接部(113)的芯片安放部(114)，两个分别与上孔部(111)和下孔部(112)外侧相连的焊接部(115)，以及两个分别位于芯片安放部(114)两侧并且连接上孔部(111)和下孔部(112)的加强筋(116)，所述加强筋(116)与上孔部(111)和下孔部(112)连接成一定弧度或一定倾斜角度，在对应所述上孔部(111)和下孔部(112)两侧的金属基板(1)端部形成切割基准孔(14)，所述切割基准孔(14)与所述加强筋(116)的位置相对应；
b)电镀步骤：将基板置于镀液中，在基板外部镀一层或多层金属；c)芯片安放和引线键合步骤：将LED芯片用粘合剂固定于金属基板(1)的芯片安放部(114)，并采用金属引线(3)连接芯片电极与基板上的引线连接部(113)，实现芯片电极与外部电极的电气连接；
d)模压封装步骤：将封装胶体塑封在金属基板(1)的上下两侧，覆盖所述的芯片、引线、并填充所述上孔部(111)和下孔部(112)的穿孔，并且焊接部(115)保留在胶体的外面； 
e)划片切割步骤，沿切割基准孔(14)分别将所述基板单元的加强筋(116)与上孔部(111)和下孔部(112)的连接切割分离，使遗留在所述基板单元的加强筋剩余部(117)仅与上孔部(111)或者下孔部(112)连接。
f)测试包装步骤：该步骤对产品进行测试、编带，完成产品的制造过程。
12.如权利要求11所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在于：所述a)金属基板(1)冲切步骤冲切出的基板单元的上孔部(111)和下孔部(112)上分别形成有至少一个穿孔。
13.如权利要求11所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在于：所述a)金属基板(1)冲切步骤还包括通过冲压方法在所述芯片安放部上面形成圆形或者方形反射杯。
14.如权利要求11所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在于：所述切割基准孔冲切为长窄形且相互平行。
15.如权利要求11所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在于：所述a)金属基板(1)冲切步骤还包括：在所述金属带材四周通过冲切工艺形成定位孔。
16.如权利要求11所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在于：所述a)金属基板(1)冲切步骤还包括：在所述金属带材内通过冲切工艺形成M行×N列个基板单元，M、N至少不同时等于1；在所述各基板单元行的两侧有1条槽线，共M+1条，将各基板单元行分隔，对应所述基板单元列的两端部分别设有N+1个切割基准孔，对应于各基板单元列的侧边。
17.如权利要求11所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在于：所述b)电镀步骤在基板外部镀的金属是Ni、Au、Ag。
18.如权利要求11所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在 于：在所述b)电镀步骤完成后，还有印刷油墨的工艺步骤，在与芯片安放同侧的所述焊接部上表面印刷一层油墨，油墨不覆盖该焊接部的边缘与下表面。
19.如权利要求18所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在于：所述c)芯片安放和引线键合步骤是在基板冲压、电镀、印刷油墨完成后直接进行。
20.如权利要求11至19中之一所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在于：所述d)模压封装步骤包括将完成了上述工艺步骤的半成品至于模具中心的模穴，从注胶口注入封装胶体，封装胶体填充整个模穴，并同时加热使之固化。
21.如权利要求20所述的一种片式LED发光装置制造方法，其特征在于：所述e)划片切割步骤还包括在切割过程中，划片机沿所述切割基准孔将阵列的基板单元分割成为M×N个独立的片式LED发光装置。
22.一种利用上述片式LED发光装置制造方法所制造的片式LED发光装置，包括：一金属基板(1)、至少一个安放在所述金属基板(1)上的芯片(2)、连接所述芯片(2)与金属基板(1)的金属引线(3)，以及覆盖金属基板(1)的封装胶体(4)；其中所述金属基板(1)包括有两个位置相对的上孔部(111)和下孔部(112)，两个分别与上孔部(111)和下孔部(112)内侧相连的引线连接部(113)，一个连接上孔部(111)所连的引线连接部(113)的芯片安放部(114)，两个分别与上孔部(111)和下孔部(112)外侧相连的焊接部(115)，加强筋剩余部(117)和涂覆在所述焊接部(115)表面的油墨。
23.如权利要求11所述的片式LED发光装置，其特征在于所述上孔部(111)和下孔部(112)设置有至少1个穿孔。
24.如权利要求11所述的片式LED发光装置，其特征在于所述加强筋剩余部(117)是加强筋(116)在分割工序中被切断的余留部分，实现器件单元的正负极分离；所述加强筋剩余部分(117)别与上孔部(111)和下孔部(112)的连接成一定弧度或一定倾斜角度。 
25.如权利要求11所述的片式LED发光装置，其特征在于所述封装胶体(4)封装在金属基板(1)的上下两侧，覆盖所述的芯片、引线、并填充在大、小孔部的穿孔内。 
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