CN103887420A - 一种led封装结构及led制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种LED封装结构及LED制作方法，该封装结构采用较大的金属垫片来固定LED芯片，以此提高对LED芯片的散热能力。并通过在基板表面开设捞槽来增加封装胶与基板的结合面积，以此提高封装胶的结合强度，抵消因扩大金属面积带来的负面影响。同时本发明也针对上述封装结构提出了一种具体的制作方法。

Description

一种LED封装结构及LED制作方法
技术领域
本发明属于LED生产制作领域，特别是涉及一种能够提高LED散热效果的封装结构和制作方法。
背景技术
发光二极管（Light Emitting Diode-LED）可以直接把电能转化为光能。LED芯片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，主要是电子。当这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
LED作为一种新型光源，由于具有节能、环保、寿命长等特点已经被日益广泛地应用于照明领域。目前LED发光效率仅能达到10％～20％，其余的80％～90％的能量转化为热能。随着大功率芯片的研制成功，大大提升了LED在照明领域的应用潜力。但同时单位面积也释放出了更多的热量，大功率LED芯片散热问题成了当前LED技术在照明工程中应用的障碍。
请参见图1A-1C，目前LED生产工艺通常包括如下几个步骤：取一基材10（此基材材质通常为树脂、陶瓷、玻璃支架等），在基材10上进行固定芯片11，芯片11固定后进行导电线12的焊接，焊接完成后进行压模，压模时将荧光粉与胶水混合物13注入模具行腔内，完成模压成型。
在上述方法中，LED芯片与基材固定时，往往会在基材上设置一块金属垫片，用于固定LED芯片的底部。该金属垫片的面积一般与LED芯片的面积相当。LED芯片的热量往往靠该金属垫片传导至基材或外部的散热器件上。然而随着LED功率的提升，这种封装结构面临如下的问题：
1.芯片摆放区域的金属垫片面积偏小，降低芯片热传导速率，光能维持率能力降低；
2.若增加金属垫片的面积，封装胶与其结合性能降低，容易分层；
3.正负极完全实现热电分离，热通道完全独立，不与内电路相通。
因此，如何解决LED封装结构中，金属垫片的面积与封装胶结合性能之间的矛盾，已经成为业界迫切需要改善的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种新的LED的封装结构及LED制作方法。该封装结构能够允许使用较大面积金属垫片的同时，保证封装胶与基片材料表面的结合性能。
根据本发明的目的提出的一种LED的封装结构，包括基板、LED芯片和用来将LED芯片封装在基板上的封装胶，所述基板的正面设有固定所述LED芯片用的金属垫片，该金属垫片的面积至少大于所述LED芯片，在该金属垫片的两侧设有两个导电焊点，该两个导电焊点将LED芯片上的正负极导通到位于基板背面的导电金属纹路，所述基板的正面还设有若干捞槽，这些捞槽避开所述金属垫片和两个导电焊点而设。
优选的，所述捞槽的边缘位置设有凹凸结构。
优选的，所述基板为玻璃、石英、树脂或陶瓷中的一种。
优选的，所述基板的背面还设有散热装置，所述金属垫片贯穿所述基板并与所述散热装置导热接触。
优选的，所述基板的两侧还设有用来做电性LED电性能测试的金属电极，该金属电极贯穿基板并与位于基板背面的导电金属纹路连接。
同时，本发明还提出了一种具有上述封装结构的LED制作方法，包括步骤：
提供一基板母板，所述基板母板上包括多个金属垫片，所述金属垫片对应一个LED芯片所在的位置，每块金属垫片的两侧都设有导电焊点，在基板背面设有与这些导电焊点连接的导电金属纹路；
在上述基板上开设捞槽，捞槽的位置避开所述金属垫片和导电焊点；
将LED芯片固定到金属垫片上，然后进行引线焊接工艺，将LED芯片上的正负极通过导线分别与两个导电焊点连接；
将封装胶通过模压工艺压制到基板正面，并进行固型；
最后，将上述基板母板进行切割工艺，形成一颗颗LED器件。
优选的，所述捞槽分布在每颗LED的边缘位置和/或金属垫片两侧的中间位置。
优选的，固型后，所述封装胶为平面形或球形中的一种。
优选的，当基板母板上具有多排LED时，在每两排LED之间设置一条捞槽，这条捞槽同时作为切割工艺时的切割槽。
与现有技术相比，本发明的进步性体现在：
1.增加芯片散热区金属层面积，芯片直接通过独立散热区，直接从底部散热，散热效果更佳；
2.基板非金属区域捞槽，增加外封胶与基材结合力，提升功率时不易分层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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1A-1C是现有的LED制作方法的流程示意图。
图2是本发明第一实施方式下的单颗LED封装结构的结构示意图。
图3是本发明第二实施方式中封装结构的基板俯视图。
图4A-4B是本发明制作方法中基板母板的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术中所述，传统的LED封装结构中，用来固定LED芯片的金属垫片面积过小，随着LED芯片功率的提升，该小面积的金属垫片已经不足以给LED芯片散热，最终导致LED发光效率的降低。然而，如果单纯的提高该金属垫片的面积，又会使得封装胶与该金属垫片的接触面积增加，与基板的有效粘合面积减少。在LED工作时，金属垫片受热发烫，容易使得其上的封装胶的粘合力下降并导致脱胶。
因此。本发明设计了一种不仅能够提高LED芯片下方的金属垫片面积的封装结构，而且该封装结构还能解决金属垫片扩大之后，封装胶结合能力下降的难题。其主要思路是，在基板的封装面上，除却金属垫片所在区域和焊点所在区域之外，开设捞槽。这些捞槽的作用是增加封装胶与基板表面的有效接触面积，以此提高封装胶的结合力。这样一来，尽管金属垫片的面积增加了，但是由于保证了封装胶和基底材料之前的有效接触面积，使得封装胶的结合强度得到了保证，大大减少了因封装胶与金属垫片接触导致的脱胶风险，并由于金属垫片面积的增加提高了整颗LED的散热能力。同时，本发明还提出了能够制作上述LED封装结构的制作方法。
下面，将对本发明的技术方案做详细描述。
请参见图2，图2是本发明第一实施方式下的单颗LED封装结构的结构示意图。如图所示，该LED封装结构包括基板100、LED芯片101和用来将LED芯片101封装在基板100上的封装胶103。所述基板可以是透明材质，比如玻璃、石英、树脂等，也可以是陶瓷、塑料等非透明材质。在基板100的正面（即封装面）设有用来固定LED芯片101用的金属垫片102，该金属垫片102的面积至少大于所述LED芯片101，在该金属垫片102的两侧设有两个导电焊点104，LED芯片101上的正负极分别通过两个导线105与该两个导电焊点104连接。在基板100的背面设有导电金属纹路（图中未示出），该两个导电焊点104穿过基板100并与这些导电金属纹路连接，以用来将LED芯片101上的正负极导通到位于基板100背面的导电金属纹路上，并最终通过这些导电金属纹路与外部的电路连接。
金属垫片102和导电焊点104优选为铜材料，当然其它一些具有优良导电性能的金属材料也可以，比如金、银、铁、铝等等。在一种应用中，金属垫片102也可以为贯穿整个基板100的金属块，在该基板100的背面设有专门用来散热的散热器件，比如散热翅片或散热金属片。该金属垫片102通过贯穿基板100形成和散热器件的导热接触，从而将LED芯片上的热量传导至散热器件上进行散热。需要注意的是，在基板100背面的导电金属纹路与散热器件或贯穿过来的金属垫片102之间应避免接触，这样可以保证LED的导热和导电之间的线路分离，互补影响。
本发明的特殊之处在于：在基板100的正面还设有若干捞槽，比如图示中的捞槽106、107，其中捞槽106开设在基板100的边缘，而捞槽107开设在基板100的中间。对于捞槽开设位置的限定，除了图示的位置之外，还可以有很多种方式，比如开设在中间位置的捞槽可以采用平行于长边的横条式，甚至可以开设多条平行、交叉或弯曲的捞槽，只要满足这些捞槽避开金属垫片102和两个导电焊点104就行。对于捞槽的宽度以及捞槽之间的间距，可以视金属垫片和导电焊点的大小而定，在满足避开的情况下，可以尽可能的增加捞槽在整个表面所占的比例。
这些开设在表面的捞槽，有效的增加了整个基板100的表面积，这样一来，当封装胶103粘合到基板正面时，其与基板100的有效接触面积增加，不仅可以弥补因金属垫片102面积增加带来的封装胶与基板之间减少的那部分面积，而且通过合理的设置捞槽的宽度和数量，还能比原先多增加一些接触面积，使得封装胶103与基板100之间的结合强度得到提高。由此得到的LED封装结构，在LED芯片工作时，由于底下金属垫片102的面积增加，其散热的能力也得到增加，保证了高功率LED芯片的散热环境，使得LED发光效率得到提升。
优选的，在该基板的两侧，各设置了一个用来做LED电性能测试的金属电极108。该金属电极108同样贯穿基板100的正反面，同时与位于基板100背面的导电金属纹路连接。在图示所示的方式总，该两个金属电极108设计成半圆弧形，测试时只需用测试夹夹出两侧的金属电极即可。当然该金属电机也可以是其他任意的形状，只要能满足LED的测试需求即可。
请参见图3，图3是本发明第二实施方式中封装结构的基板俯视图。在这种实施方式中，除了在基板表面开设捞槽之外，在捞槽的边缘位置增加凹凸结构，这些凹凸结构除了图示中的锯齿形之外，还可以是波浪形、方波形或其它规则或不规则的凹凸图形。通过开设这些凹凸结构，可以进一步增加捞槽所能提供的有效接触面积，使得封装胶的结合性能得到提高。
下面，再对本发明的LED的制作方法进行详细说明。
首先，提供一基板母板，该基板母板上可以制作多颗LED发光器件。如图4A-4B所示，基板母板上已经制作好了多个金属垫片，这些金属垫片对应一个LED芯片所在的位置。每块金属垫片的两侧都设有导电焊点，在基板背面设有与这些导电焊点连接的导电金属纹路。这些金属垫片、导电焊点以及导电金属纹路的制作工艺为LED制作领域的现有技术，在此不再赘述。
在上述基板上开设捞槽，捞槽的位置避开制作好的金属垫片和导电焊点即可。如图4B中所示，捞槽主要分布在每颗LED的边缘位置和/或金属垫片两侧的中间位置。当基板母板上具有多排LED时，可以在每两排LED之间设置一条捞槽，这条捞槽可以作为后续切割工艺时的切割槽。比如图示中的基板母板可制作两排共4颗LED发光器件，可以看到其中一条捞槽的位置位于两排LED器件的中间位置，但是应当理解的是，在后续切割工艺之后，该条捞槽将被分割成两半，且各自成为所述LED器件边缘的捞槽。同样的，如果LED器件的颗数增加，对应的捞槽开设也会增加，但是切割后形成的单颗LED器件，还是大致会具有如图2所示的捞槽分布。具体地捞槽开设可以通过模压工艺、冲压工艺，或者铸模工艺形成。
将LED芯片固定到金属垫片上，然后进行引线焊接工艺，将LED芯片上的正负极通过导线分别与两个导电焊点连接。焊线完成后，电流走向与芯片金属区域隔离，不存在电热通用线路，使得芯片下方区域完全用于散热，提升散热性能。然后将封装胶通过模压工艺压制到基板正面，压模时，正面其他非金属区域全部同封装胶结合，增加结合力，提升功率时，不产生脱层。然后将封装胶固型，固型后封装胶可以是平面形，也可以是球形，通常依照不同应用来选择。这些芯片固定工艺、引线焊接工艺以及封装胶的压模和固型都是现有技术，此处不再赘述。
最后对上述基板母板进行切割，形成一颗颗LED器件。切割时，可以按照专门的切割线路，避开已经开设的捞槽进行。而在一些具有多排LED的基板母板上，也可以将制作在每排LED中间的捞槽作为切割槽，这样切割之后，该部分的捞槽就成为“半槽”，分布在单颗LED器件的边缘，如图2所示。
综上所述，本发明提出了一种LED封装结构和LED的制作方法。该封装结构采用较大的金属垫片来固定LED芯片，以此提高对LED芯片的散热能力。并通过在基板表面开设捞槽来增加封装胶与基板的结合面积，以此提高封装胶的结合强度，抵消因扩大金属面积带来的负面影响。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种LED的封装结构，包括基板、LED芯片和用来将LED芯片封装在基板上的封装胶，其特征在于：所述基板的正面设有固定所述LED芯片用的金属垫片，该金属垫片的面积至少大于所述LED芯片，在该金属垫片的两侧设有两个导电焊点，该两个导电焊点将LED芯片上的正负极导通到位于基板背面的导电金属纹路，所述基板的正面还设有若干捞槽，这些捞槽避开所述金属垫片和两个导电焊点而设。
2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述捞槽的边缘位置设有凹凸结构。
3.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述基板为玻璃、石英、树脂或陶瓷中的一种。
4.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述基板的背面还设有散热装置，所述金属垫片贯穿所述基板并与所述散热装置导热接触。
5.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述基板的两侧还设有用来做电性LED电性能测试的金属电极，该金属电极贯穿基板并与位于基板背面的导电金属纹路连接。
6.一种具有权利要求1-5任意一项所述的封装结构的LED制作方法，其特征在于，包括步骤：
提供一基板母板，所述基板母板上包括多个金属垫片，每一个所述金属垫片对应一个LED芯片所在的位置，每块金属垫片的两侧都设有导电焊点，在基板背面设有与这些导电焊点连接的导电金属纹路；
在上述基板上开设捞槽，捞槽的位置避开所述金属垫片和导电焊点；
将LED芯片固定到金属垫片上，然后进行引线焊接工艺，将LED芯片上的正负极通过导线分别与两个导电焊点连接；
将封装胶通过模压工艺压制到基板正面，并进行固型；
最后，将上述基板母板进行切割工艺，形成一颗颗LED器件。
7.如权利要求6所述的LED制作方法，其特征在于：所述捞槽分布在每颗LED的边缘位置和/或金属垫片两侧的中间位置。
8.如权利要求6所述的LED制作方法，其特征在于：固型后，所述封装胶为平面形或球形中的一种。
9.如权利要求6所述的LED制作方法，其特征在于：当基板母板上具有多排LED时，在每两排LED之间设置一条捞槽，这条捞槽同时作为切割工艺时的切割槽。
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