CN219246707U - 一种全无机led封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于LED封装技术领域，提供了一种全无机LED封装结构，包括封装基板、LED芯片和透光罩，所述封装基板具有相对的正面和背面，所述透光罩的底部设置有焊接层，所述封装基板的正面设置有第一线路层，所述第一线路层包括用于与所述焊接层相接的第一线路图形，所述第一线路层还包括用于与所述LED芯片焊接的焊盘，所述透光罩与所述封装基板之间形成有密封的封装腔，所述LED芯片设置于所述封装腔内且焊接于所述焊盘。本实用新型所提供的一种全无机LED封装结构，可以使用全无机封装工艺，避免了有机封装及半无机封装中胶体发黄、透镜脱落的风险，同时透光罩的侧面及正面均可以透光，提升了LED的出光效率，而且可靠性高。

Description

一种全无机LED封装结构

技术领域

本实用新型属于LED封装技术领域，尤其涉及一种全无机LED封装结构。

背景技术

在LED封装行业中，特别是峰值波长350nm以下的UV-LED产品，由于芯片发光效率低，如何提高封装的出光效率一直是行业重点研究的问题。目前市面上峰值波长350nm以下的UV-LED产品多为正面出光的方案，很少有多面出光的方案。现有技术中所采用正面出光的方案，其光损失率高，光利用率远远低于五面出光方案。

现有技术中，常用的UV-LED封装工艺结构有三种，分别为有机封装，半无机封装及全无机封装。

如图1所示，有机封装采用硅胶、硅树脂或者环氧树脂等有机材料，通过molding或点胶的方式来实现透镜91和基板92的结合。如图2所示，半无机封装采用有机硅材料93搭配玻璃透镜94等无机材料，通过粘接的方式来实现和基板95的结合。在有机封装及半无机封装工艺中，有机材料(图1中的透镜91、图2中的有机硅材料93)在UV光照射下会发黄及失去粘性，尤其是在峰值波长350nm以下的UV光中特别明显，有机材料发黄及失去粘性后，有机封装工艺中使用模塑(molding)工艺或点胶工艺形成的透镜91及半无机封装工艺中的玻璃透镜94会有脱落的风险，从而导致UV-LED器件可靠性变差及失效。

如图3所示，全无机封装则全程避开使用有机材料，通过激光焊、波峰焊、电阻焊等方式来实现透镜96和基板98的结合。全无机封装因为不采用有机材料，则受到UV光照后没有透镜脱落风险，可靠性较强。目前全无机封装工艺大多如图3所示采用平面陶瓷加金属管帽97的封装结构，或者采用陶瓷围坝的封装结构，此类封装结构只能做到正面出光，四周的光皆被陶瓷的围坝或者金属管帽97遮挡而无法射出，光效相对较低。

目前市面上常用的三种UV-LED封装工艺中，只有有机封装可以实现五面出光，但是有机封装不适合峰值波长350nm波段以下的产品。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种全无机LED封装结构，产品光效相对较高且可靠性佳。

本实用新型的技术方案是：一种全无机LED封装结构，包括封装基板、LED芯片和透光罩，所述封装基板具有相对的正面和背面，所述透光罩的底部设置有焊接层，所述封装基板的正面设置有第一线路层，所述第一线路层包括用于与所述焊接层相接的第一线路图形，所述第一线路层还包括用于与所述LED芯片焊接的焊盘。

可选地，所述透光罩覆盖所述LED芯片的顶面和侧面。

可选地，所述透光罩包括顶部出光面和四个侧出光面。

可选地，所述焊接层为电镀形成于所述透光罩底部的金属层；所述第一线路图形为电镀形成于所述封装基板正面的金属层。

可选地，所述焊接层为形成于所述透光罩底部的玻璃焊料；所述第一线路图形为电镀形成于所述封装基板正面的金属层。

可选地，所述透光罩底部的高度等于或低于LED芯片的底部。

可选地，所述金属层为共晶金属层；或者，所述金属层为非共晶金属层。

可选地，所述第一线路图形的形状呈封闭形状，且所述焊接层与所述第一线路图形相接形成封闭形状的焊接区；

或者，所述第一线路图形的形状呈半封闭形状，且所述焊接层与所述第一线路图形相接形成半封闭形状的焊接区。

可选地，所述透光罩的纵向断面形状呈“n”。

可选地，所述封装基板的背面或/和内部设置有第二线路层；

所述焊盘通过设置于所述封装基板的导电孔连通于所述第二线路层。

本实用新型所提供的一种全无机LED封装结构，避免了有机封装及半无机封装中胶体发黄、透镜脱落的风险，同时透光罩的侧面及正面均可以透光，提升了LED的出光效率，而且可靠性高，由于可以不使用有机材料，透光罩可以采用无机的玻璃材料作为玻璃透镜，也无需胶体，透光罩无发黄、脱落的风险，规避了有机材料在波长350nm以下的UV光照射下会发黄及失去粘性的缺点，尤其是在峰值波长350nm以下UV-LED产品中具备明显的优势，产品可靠性高，用户体验佳。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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1是现有技术中提供的一种有机封装结构的剖面示意图；

图2是现有技术中提供的一种半无机封装结构的剖面示意图；

图3是现有技术中提供的一种全无机封装结构的剖面示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种全无机封装结构的剖面示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种全无机封装结构的剖面示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图4、图5所示，本实用新型实施例提供的一种全无机LED封装结构，包括封装基板100、LED芯片200和透光罩300，所述封装基板100具有相对的正面101和背面102，所述封装基板100的正面101设置有第一线路层110，所述第一线路层110包括第一线路图形111和焊盘112，焊盘112用于与所述LED芯片200焊接。所述透光罩300的底部设置有焊接层350，所述焊接层350与所述第一线路图形111焊接，所述透光罩300与所述封装基板100之间形成有密封的封装腔，所述LED芯片200设置于所述封装腔内且焊接于所述焊盘112，透光罩300的顶面及周侧均可以透光，通过透光罩300底部设置的焊接层350，其可以与封装基板100的第一线路图形111紧密结合，其结合可靠，本实施例中的封装结构可以不采用硅胶、硅树脂或者环氧树脂等有机材料，可以使用全无机封装工艺，没有有机封装及半无机封装中胶体发黄透镜脱落的风险，同时透光罩300的侧面及正面均可以透光，透光罩300的侧面具有四个时，上述封装结构可以实现五面(透光罩300呈矩形时)出光，不仅极大的提升了UV-LED封装的出光效率，而且可靠性高，由于可以不使用有机材料，规避了有机材料在波长350nm以下的UV光照射下会发黄及失去粘性的缺点。本实施例提供的全无机LED封装结构，在峰值波长350nm以下UV-LED产品中具备明显的优势，透光罩300可以采用无机的玻璃材料，其底部设置的焊接层350，使得透光罩300与基板100焊接到一起，紧密结合，无发黄、脱落的风险，产品可靠性高，用户体验佳。

具体地，透光罩300可以为玻璃透镜，所述焊接层350可以为电镀形成于所述透光罩300底部的金属层(即金属焊料)，第一线路图形111以为电镀形成于所述封装基板100正面101的金属层，其生产成本低；在别的实施例中，焊接层350也可以为形成于透光罩300底部的玻璃焊料，而第一线路图形111可以为电镀形成于所述封装基板100正面101的金属层，通过玻璃焊料与金属封接技术将透光罩300焊接在第一线路图形上，透光性好，减少焊接层350对LED芯片的挡光作用。焊接层350可以覆盖于透光罩300的底面，当然，焊接层350也可以延伸至透光罩300内外侧面设定距离处。本实施例中第一线路图形用于与透光罩300焊接，并不用于导电。

具体地，所述透光罩300覆盖所述LED芯片的顶面和侧面，其顶面和侧面均可以发光，发光效果好。本实施例中，所述透光罩300包括顶部出光面和四个侧出光面，透光罩300的外形可以呈矩形(方形)，实现五面出光的效果。

具体地，封装基板100可为陶瓷基板，其可靠性佳且应用成本低。

具体地，所述金属层(焊接层350)可为共晶金属层；或者，所述金属层为非共晶金属层。金属层为共晶金属层时，可以采用共晶焊等工艺将金属层与第一线路图形111相接，其焊接的可靠性高。金属层为非共晶金属层时，可以采用回流焊或者高温烘烤的方式使透光罩300(玻璃透镜)与封装基板100(陶瓷基板)紧密结合，可实现全无机封装工艺，即使上述全无机LED封装结构应用于UV-LED产品中，玻璃透镜也无脱落的风险。

具体地，所述金属层可为金锡合金层或者银层等，其可靠性高且与第一线路图形111的焊接效果好。

具体地，所述透光罩300可为石英玻璃罩或者蓝宝石玻璃罩，其透光性好。透光罩300的外形可呈矩形或圆形等，其正面可呈平面或外凸的球面状。

具体地，所述第一线路图形111为电镀形成于所述封装基板100正面的金属层，易于制造。

具体地，所述第一线路图形111的形状呈封闭形状，且所述焊接层350与所述第一线路图形111相接形成封闭形状的焊接区；第一线路图形111可呈矩形环状，透光罩300的外形可以呈矩形，透光罩300的底面呈相应的矩形环状，透光罩300底沿的焊接层350可以恰好座于第一线路图形111上。透光罩300底沿可以完全座于第一线路图形111的上方，即透光罩300底沿位于所述封装基板100正面101的投影区域可完全落于第一线路图形111的范围内。

或者，作为替代方案之一，所述第一线路图形111的形状也可以呈半封闭形状，且所述焊接层350与所述第一线路图形111相接形成半封闭形状的焊接区。

具体地，所述焊接层350也可为形成于所述透光罩300底部的玻璃焊料，可以通过玻璃焊料与金属封接技术进行连接，产品可靠性佳。

具体地，所述透光罩300的纵向断面形状呈“n”形，透光罩300可以形成五面出光的结构。当然，透光罩300的外形也可以呈多边形、圆头形(如图5所示)等。

具体地，所述透光罩300底部的高度可以等于或低于LED芯片200的底部，以避免透光罩300底部的焊接层350遮挡LED芯片200的光线，有利于进一步提高光效。

具体地，所述封装基板100的背面102或/和内部设置有第二线路层120；所述焊盘112通过设置于所述封装基板100的导电孔(填充有导电材料130)连通于所述第二线路层120，以满足线路的布线要求。本实施例中，在所述封装基板100的背面102设置有第二线路层120，封装基板100采用陶瓷基板由DPC(直接镀铜技术：Direct Plating Copper)工艺制成，在表面及背部皆设有线路，表面线路(第一线路层110)的焊盘112与背部线路(第二线路层120)之间可通过内部导电孔连通。

本实施例中，LED芯片200可为倒装芯片，倒装芯片的电极可为金锡合金等。

本实用新型还提供了一种全无机LED封装方法，用于封装上述的一种全无机LED封装结构，包括以下步骤：

制备LED芯片200、正面具有第一线路图形111和焊盘112的封装基板100和底部具有焊接层350的透光罩300；

LED芯片焊接步骤：将所述LED芯片200设置于所述封装基板100的正面101并焊接于所述焊盘112；

透光罩固定步骤：将所述透光罩300罩于所述LED芯片200，并使所述透光罩300底部的焊接层350座于所述第一线路图形111上，使所述焊接层350与所述第一线路图形111通过焊接或烘烤工艺相接。

具体地，所述焊盘112为金锡合金，所述第一线路图形111可镀有镍金层，其中，镍层的厚度＞3um，金层的厚度＞0.05um。

本实施例中，所述LED芯片200焊接步骤中包括芯片固晶步骤和共晶步骤。

具体地，所述芯片固晶步骤包括：在所述封装基板100的正面101设置可充当共晶媒介的助焊剂，再将所述LED芯片200固定于所述封装基板100正面101具有所述助焊剂处。

具体地，所述共晶步骤包括：将LED芯片200随所述封装基板100放置于共晶炉中进行共晶焊接，且共晶炉的温度至少有一个温区温度在300℃-340℃之间，且共晶炉在共晶过程采用氮气保护。

具体地，所述透光罩固定步骤包括：于所述第一线路层110设置焊料，将所述透光罩300盖于所述第一线路层110的第一线路图形111上。

具体应用中，所述焊接层350可为金锡合金，且采用助焊剂为焊料并通过共晶焊接工艺固定于所述第一线路图形111。

或者，所述焊接层350也可以为金锡合金，且采用银胶或者锡膏为焊料并通过高温烘烤工艺或回流焊工艺固定于所述第一线路图形111。

或者，所述焊接层350也可以为非共晶金属，且采用银胶或者锡膏为焊料并通过高温烘烤工艺或回流焊工艺固定于所述第一线路图形111。

具体地，所述LED芯片200的峰值波长小于350nm。

具体应用中，全无机LED封装方法可以参考如下：

LED芯片焊接步骤(也称芯片固晶步骤)：封装基板100(陶瓷基板)的线路(至少包括第一线路层110)可镀有镍金镀层，镍镀层的厚度可大于3um，金镀层的厚度可大于0.05um。在封装基板100的正面101的第一线路层110上点助焊剂，将LED芯片200定位于具有助焊剂处，并使电极对应于焊盘112(焊盘112可为金锡合金)，使LED芯片200固定于封装基板100；采用共晶焊接方式时，助焊剂可以充当共晶媒介，LED芯片200与焊盘112可紧密结合。

共晶焊接步骤：将固定有LED芯片200的封装基板100通过共晶炉进行共晶焊接，使LED芯片200与封装基板100结合牢固。其中共晶炉温度至少有一个温区温度在300℃-340℃之间，且共晶焊接的过程通入保护气体(例如氮气等惰性气体)，焊接的质量更可靠。

盖玻璃透镜步骤：在封装基板100表面的第一线路层110上与玻璃透镜(透光罩300)接触处点焊料，将玻璃透镜盖在封装基板100表面；

焊接步骤：将盖好玻璃透镜的陶瓷基板通过共晶炉、回流焊或者高温烘烤，使玻璃透镜与陶瓷基板紧密结合；(若玻璃透镜底部电镀金属为金锡合金时，可使用共晶工艺焊接，焊料为助焊剂；也可使用高温烘烤或回流焊的方式进行焊接，焊料为银胶或者锡膏，若玻璃透镜底部电镀金属为银或者其他不可共晶的金属时，则只可使用高温烘烤或回流焊的方式进行焊接，焊料为银胶或者锡膏)。

本实用新型实施例所提供的一种全无机LED封装结构，其可以不采用硅胶、硅树脂或者环氧树脂等有机材料，可以使用全无机封装工艺，没有有机封装及半无机封装中胶体发黄透镜脱落的风险，同时透光罩300的侧面及正面均可以透光，透光罩300的侧面具有四个时，上述封装结构可以实现五面(透光罩300呈矩形时)出光，不仅极大的提升了UV-LED封装的出光效率，而且可靠性高，由于可以不使用有机材料，规避了有机材料在波长350nm以下的UV光照射下会发黄及失去粘性的缺点。本实施例提供的全无机LED封装结构，在峰值波长350nm以下UV-LED产品中具备明显的优势，透光罩300可以采用无机的玻璃材料作为玻璃透镜，玻璃透镜无发黄、脱落的风险，产品可靠性高，用户体验佳。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全无机LED封装结构，其特征在于，包括封装基板、LED芯片和透光罩，所述封装基板具有相对的正面和背面，所述透光罩的底部设置有焊接层，所述封装基板的正面设置有第一线路层，所述第一线路层包括用于与所述焊接层相接的第一线路图形，所述第一线路层还包括用于与所述LED芯片焊接的焊盘，所述透光罩与所述封装基板之间形成有密封的封装腔，所述LED芯片设置于所述封装腔内且焊接于所述焊盘。

2.如权利要求1所述的一种全无机LED封装结构，其特征在于，所述透光罩覆盖所述LED芯片的顶面和侧面。

3.如权利要求1所述的一种全无机LED封装结构，其特征在于，所述透光罩包括顶部出光面和四个侧出光面。

4.如权利要求1所述的一种全无机LED封装结构，其特征在于，所述焊接层为电镀形成于所述透光罩底部的金属层；所述第一线路图形为电镀形成于所述封装基板正面的金属层。

5.如权利要求1所述的一种全无机LED封装结构，其特征在于，所述焊接层为形成于所述透光罩底部的玻璃焊料；所述第一线路图形为电镀形成于所述封装基板正面的金属层。

6.如权利要求1所述的一种全无机LED封装结构，其特征在于，所述透光罩底部的高度等于或低于LED芯片的底部。

7.如权利要求4所述的一种全无机LED封装结构，其特征在于，所述金属层为共晶金属层；或者，所述金属层为非共晶金属层。

8.如权利要求1所述的一种全无机LED封装结构，其特征在于，所述第一线路图形的形状呈封闭形状，且所述焊接层与所述第一线路图形相接形成封闭形状的焊接区；

或者，所述第一线路图形的形状呈半封闭形状，且所述焊接层与所述第一线路图形相接形成半封闭形状的焊接区。

9.如权利要求1所述的一种全无机LED封装结构，其特征在于，所述透光罩的纵向断面形状呈“n”形。

10.如权利要求1所述的一种全无机LED封装结构，其特征在于，所述封装基板的背面或/和内部设置有第二线路层；

所述焊盘通过设置于所述封装基板的导电孔连通于所述第二线路层。

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