CN103151445A - 低热阻led封装结构及封装方法 - Google Patents
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Abstract
一种低热阻LED封装结构,其包括:LED芯片;一支撑电路板,包括:一电路板;一制作在电路板下的反射层和一制作在反射层下的金属导热层,该电路板的中间有一通孔,所述LED芯片位于电路板的通孔内,该LED芯片通过金属引线与电路板电性连接;一封胶层,该封胶层将电性连接好的LED芯片固封在支撑电路板中的电路板的通孔内。本发明的优点是无支架,该LED封装结构可以提高LED芯片的出光效率,并且使LED芯片产生的热量经过金属导热层迅速扩散,并传导到散热器表面,省掉传统封装结构的中间环节,热阻明显下降,亮度和可靠性得到提高,整体制作成本下降,提高了产品一致性。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域,特别是指一种低热阻发光二极管(LED)封装结构及封装方法。
背景技术
发光二极管(light emitting diode.LED)作为新型高效固体光源,具有长寿命、节能、绿色环保等显著优点,是人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃,被认为是第3代的照明新技术,其经济和社会意义巨大。
随着半导体技术的不断发展,LED科技发展迅速,LED在发光强度、峰值波长、半波带宽等参数性能上有很大提高。与传统光源一样,半导体发光二极管(LED)在工作期间也会产生热量,其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下,电子和空穴的辐射复合发生电致发光,在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片(chip)本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等,最终大概只有30-40%的输入电能转化为光能,其余60-70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。LED的散热现在越来越为人们所重视,这是因为LED的光衰或其寿命是直接和其结温有关,散热不好结温就高,结温不但影响长时间寿命,也还直接影响短时间的发光效率。依照阿雷纽斯法则温度每降低10℃寿命会延长2倍,LED芯片的特点是在极小的体积内产生极高的热量,而LED本身的热容量很小,所以必须以最快的速度把这些热量传导出去,否则就会产生很高的结温。为了尽可能地把热量引出到芯片外面,目前的封装形式都是将LED芯片用银胶粘接在铜支架上,然后将铜支架底部涂上导热硅脂再焊接到布有电路的铝基散热板上,最后将铝基散热板通过导热硅脂固定到散热器上,LED芯片产生的热量从LED芯片自身到最终的散热器,中间需要经过5层介质层,这就增加了串联热阻,导致LED封装后的总热阻无法降低。为了降低LED封装后的总热阻,也有将LED芯片用银胶粘接直接封装在布有电路的铝基散热板上,然后将铝基散热板通过导热硅脂固定到散热器上,这样LED芯片产生的热量从LED芯片自身到最终的散热器,中间还需要经过4层介质层,LED封装后的总热阻还是很高。
最好的方法就是将LED芯片通过焊料直接焊接在散热器上,LED芯片产生的热量从LED芯片自身只需经过一层介质层(焊料)就能到达最终的散热器,这样串联热阻最小,但是散热器体积较大,表面不容易进行电路加工,使这种方法实现起来非常困难。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种低热阻的LED封装结构及封装方法,通过该封装方法得到的低热阻的LED封装结构,可以提高LED芯片的出光效率,并且使LED芯片产生的热量经过金属导热层迅速扩散并传导到散热器表面,省掉传统封装结构的中间环节,热阻明显下降,亮度和可靠性得到提高,整体制作成本下降,提高了产品一致性。
本发明提供一种低热阻LED封装结构,其包括:
LED芯片;
一支撑电路板,包括:一电路板;一制作在电路板下的反射层和一制作在反射层下的金属导热层,该电路板的中间有一通孔,所述LED芯片位于电路板的通孔内,该LED芯片通过金属引线与电路板电性连接;
一封胶层,该封胶层将电性连接好的LED芯片固封在支撑电路板中的电路板的通孔内。
本发明还提供一种低热阻LED封装结构的封装方法,其包括以下步骤:
步骤1:取一电路板,该电路板上有一通孔;
步骤2:将电路板的背面粘附在耐高温的粘性材料上;
步骤3:将LED芯片固定在电路板的通孔内;
步骤4:用金属引线将LED芯片与电路板电性连接;
步骤5:用封胶层将LED芯片固封在电路板的通孔内,并固化;
步骤6;将固化后的电路板取出,去掉电路板背面的粘性材料,露出LED芯片的底面;
步骤7:采用蒸镀、溅射或者电镀的方法,在电路板的背面制作反射层和金属导热层,该电路板、反射层和金属导热层组成支撑电路板,完成LED封装结构的制备。
本发明的有益效果是,通过该封装方法得到的低热阻的LED封装结构,其优点是无支架,该LED封装结构可以提高LED芯片的出光效率,并且使LED芯片产生的热量经过金属导热层迅速扩散,并传导到散热器表面,省掉传统封装结构的中间环节,热阻明显下降,亮度和可靠性得到提高,整体制作成本下降,提高了产品一致性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明,其中:
图1是本发明LED封装方法一实施例的结构示意图;
图2是本发明LED封装方法另一实施例的结构示意图;
图3是本发明的方法流程图;
具体实施方式
请参阅图1及图2所示,本发明提供一种低热阻LED封装结构,其包括:
LED芯片1,该LED芯片1的数量大于或等于1,图1中LED芯片1的数量为一个,图2中LED芯片1的数量为多个,该LED芯片1是固体半导体芯片,其发光材料是红光、蓝光、绿光或紫外光的发光材料,LED芯片1可以是大功率芯片,中功率芯片,或者小功率芯片,LED芯片1可以是1颗LED芯片,也可以是多颗单一波长LED芯片之间串并联组成,也可以是多颗多波长LED芯片之间串并联组成。所述LED芯片1为单波长或多波长的LED芯片,当该LED芯片1的数量为多个时,该LED芯片1之间是串联或并联(参阅图2);
一支撑电路板2,包括:一电路板21;一制作在电路板21下的反射层22和一制作在反射层22下的金属导热层23,该电路板21的中间有一通孔24,所述LED芯片1位于电路板21的通孔24内,该LED芯片1通过金属引线3与电路板21电性连接,该金属引线3一般为金线或铝线,直径为10-70微米,起到导电连接的作用;该电路板21中间的通孔24的断面为V型孔、台阶孔或U形孔,不同的断面会得到不同光提取的效果;该通孔24的形状为圆孔、方孔或不规则孔,不同通孔的形状可以得到不同的光场分布;该通孔24的内壁镀有高反射率的金属层或光学膜,该金属层或光学膜的材料可以是银,铝,或者是其他高反射率的材料,厚度为几十埃到几百微米,起到减小通孔24的内壁对光的吸收,提高出光效率;该电路板21的材料是PCB板、铝基板或陶瓷基板,表面做有电路层,起到固定LED芯片1,支撑整个封装结构,实现整个封装结构与外部电路之间电路连接的作用;该反射层22的材料为光学反射膜,可以是银或铝,反射层22的厚度为几十埃到几百微米,起到将入射到整个封装结构底面的光线反射出去,减小整个封装结构底面对光的吸收,提高出光效率的作用;制作在反射层22下的金属导热层23的材料为高导热率的材料,可以是铜或铝,金属导热层23的厚度为几十微米到几千微米,起到将LED点亮时发出的热经过金属导热层迅速扩散,并传导到散热器表面快速散出的作用,降低LED的结温,降低整个封装结构的热阻,提高LED的发光效率,提高LED的可靠性。
一封胶层4,该封胶层4将电性连接好的LED芯片1固封在支撑电路板2中的电路板21的通孔24内,该封胶层4的材料为硅胶或树脂,该封胶层4中混有荧光粉;荧光粉可以是黄色荧光粉,红色荧光粉,绿色荧光粉等任何可以被LED芯片1激发的荧光粉,粒径为几个纳米到几十微米,荧光粉与硅胶或树脂按所需比例混合均匀,LED芯片1发出的光与荧光粉被LED芯片1激发发出的光混合形成整个LED封装结构最后得到的光。
请参阅图3所示,本发明提供一种低热阻LED封装结构的封装方法,其包括以下步骤:
步骤1:取一电路板21,该电路板21上有一通孔24,该电路板21中间的通孔24的断面为V型孔、台阶孔或U形孔,不同的断面会得到不同光提取的效果;该通孔24的形状为圆孔、方孔或不规则孔,不同的通孔形状可以得到不同的光场分布;该通孔24的内壁镀有高反射率的金属层或光学膜,该金属层或光学膜的材料可以是银,铝,或者是其他高反射率的材料,厚度为几十埃到几百微米,起到减小通孔24的内壁对光的吸收,提高出光效率;该电路板21的材料是PCB板、铝基板或陶瓷基板,表面做有电路层,起到固定LED芯片1,支撑整个封装结构,实现整个封装结构与外部电路之间电路连接的作用;
步骤2:将电路板21的背面粘附在耐高温的粘性材料上,该粘性材料起到暂时固定LED芯片1的作用;
步骤3:将LED芯片1固定在电路板21的通孔24内,该LED芯片1的数量大于或等于1,图1中LED芯片1的数量为一个,图2中LED芯片1的数量为多个,该LED芯片1是固体半导体芯片,其发光材料是红光、蓝光、绿光或紫外光的发光材料,LED芯片1可以是大功率芯片,中功率芯片,或者小功率芯片,所述LED芯片1为单波长或多波长的LED芯片,LED芯片1可以是1颗LED芯片,也可以是多颗单一波长LED芯片之间串并联组成,也可以是多颗多波长LED芯片之间串并联组成;当该LED芯片1的数量为多个时,该LED芯片1之间是串联或并联(参阅图2);
步骤4:用金属引线3将LED芯片1与电路板21电性连接,该金属引线3一般为金线或铝线,直径为10-70微米,起到导电连接的作用;
步骤5:用封胶层4将LED芯片1固封在电路板21的通孔24内,并固化,该封胶层4的材料为硅胶或树脂,该封胶层4中混有荧光粉,荧光粉可以是黄色荧光粉,红色荧光粉,绿色荧光粉等任何可以被LED芯片1激发的荧光粉,粒径为几个纳米到几十微米,荧光粉与硅胶或树脂按所需比例混合均匀,LED芯片1发出的光与荧光粉被LED芯片1激发发出的光混合形成整个LED封装结构最后得到的光;
步骤6:将固封后的电路板21放入烘箱内烘烤,使封胶固化,一般烘烤温度为80150℃;
步骤7;将固化后的电路板21取出,去掉电路板21背面的粘性材料,露出LED芯片1的底面;
步骤7:采用蒸镀、溅射或者电镀的方法,在电路板21的背面制作反射层22和金属导热层23,该反射层22的材料为光学反射膜,可以是银或铝,反射层22的厚度为几十埃到几百微米,起到将入射到整个封装结构底面的光线反射出去,减小整个封装结构底面对光的吸收,提高出光效率的作用;制作在反射层22下的金属导热层23的材料为高导热率的材料,可以是铜或铝,金属导热层23的厚度为几十微米到几千微米,起到将LED点亮时发出的热经过金属导热层迅速扩散,并传导到散热器表面快速散出的作用,降低LED的结温,降低整个封装结构的热阻,提高LED的发光效率,提高LED的可靠性;该电路板21、反射层22和金属导热层23组成支撑电路板2,完成LED封装结构的制备。
以上所述,仅是本发明的实施例而已,并非对本发明作任何形式上的的限制,凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案范围之内,因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
Claims (12)
1.一种低热阻LED封装结构,其包括:
LED芯片;
一支撑电路板,包括:一电路板;一制作在电路板下的反射层和一制作在反射层下的金属导热层,该电路板的中间有一通孔,所述LED芯片位于电路板的通孔内,该LED芯片通过金属引线与电路板电性连接;
一封胶层,该封胶层将电性连接好的LED芯片固封在支撑电路板中的电路板的通孔内。
2.如权利要求1所述的低热阻LED封装结构,其中固定在电路板通孔内的LED芯片的数量大于或等于1,该电路板中间的通孔的断面为V型孔、台阶孔或U形孔;该通孔的形状为圆孔、方孔或不规则孔;该通孔的内壁镀有高反射率的金属层或光学膜。
3.如权利要求2所述的低热阻LED封装结构,其中LED芯片是固体半导体芯片,其发光材料是红光、蓝光、绿光或紫外光的发光材料,所述LED芯片为单波长或多波长的LED芯片,该LED芯片是串联或并联。
4.如权利要求1所述的低热阻LED封装结构,其中该电路板的材料是PCB板、铝基板或陶瓷基板。
5.如权利要求1所述的低热阻LED封装结构,其中该封胶层的材料为硅胶或树脂,该封胶层中混有荧光粉。
6.如权利要求1所述的低热阻LED封装结构,其中反射层的材料为光学反射膜,反射层的厚度为几十埃到几百微米;该金属导热层的材料为铜或铝,金属导热层的厚度为几十微米到几千微米。
7.一种低热阻LED封装结构的封装方法,其包括以下步骤:
步骤1:取一电路板,该电路板上有一通孔;
步骤2:将电路板的背面粘附在耐高温的粘性材料上;
步骤3:将LED芯片固定在电路板的通孔内;
步骤4:用金属引线将LED芯片与电路板电性连接;
步骤5:用封胶层将LED芯片固封在电路板的通孔内,并固化;
步骤6;将固化后的电路板取出,去掉电路板背面的粘性材料,露出LED芯片的底面;
步骤7:采用蒸镀、溅射或者电镀的方法,在电路板的背面制作反射层和金属导热层,该电路板、反射层和金属导热层组成支撑电路板,完成LED封装结构的制备。
8.如权利要求7所述的低热阻LED封装结构的封装方法,其中固定在电路板通孔内的LED芯片的数量大于或等于1,该电路板中间的通孔的断面为V型孔、台阶孔或U形孔;该通孔的形状为圆孔、方孔或不规则孔;该通孔的内壁镀有高反射率的金属层或光学膜。
9.如权利要求8所述的低热阻LED封装结构的封装方法,其中LED芯片是固体半导体芯片,其发光材料是红光、蓝光、绿光或紫外光的发光材料,所述LED芯片为单波长或多波长的LED芯片,该LED芯片是串联或并联。
10.如权利要求7所述的低热阻LED封装结构的封装方法,其中该电路板的材料是PCB板、铝基板或陶瓷基板。
11.如权利要求7所述的低热阻LED封装结构的封装方法,其中该封胶层的材料为硅胶或树脂,该封胶层中混有荧光粉。
12.如权利要求7所述的低热阻LED封装结构的封装方法,其中反射层的材料为光学反射膜,反射层的厚度为几十埃到几百微米;该金属导热层的材料为铜或铝,金属导热层的厚度为几十微米到几千微米。
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