低熱阻led封裝結構及封裝方法
2023-04-22 22:51:56 2
專利名稱：低熱阻led封裝結構及封裝方法
技術領域：
本發明屬於半導體技術領域，特別是指一種低熱阻發光二極體(LED)封裝結構及封裝方法。
背景技術：
發光二極體(light emitting diode.LED)作為新型高效固體光源,具有長壽命、節能、綠色環保等顯著優點，是人類照明史上繼白熾燈、螢光燈之後的又一次飛躍，被認為是第3代的照明新技術，其經濟和社會意義巨大。隨著半導體技術的不斷發展，LED科技發展迅速，LED在發光強度、峰值波長、半波帶寬等參數性能上有很大提高。與傳統光源一樣，半導體發光二極體(LED)在工作期間也會產生熱量，其多少取決於整體的發光效率。在外加電能量作用下，電子和空穴的輻射複合發生電致發光，在PN結附近輻射出來的光還需經過晶片(chip)本身的半導體介質和封裝介質才能抵達外界(空氣)。綜合電流注入效率、輻射發光量子效率、晶片外部光取出效率等，最終大概只有30-40%的輸入電能轉化為光能，其餘60-70%的能量主要以非輻射複合發生的點陣振動的形式轉化熱能。LED的散熱現在越來越為人們所重視，這是因為LED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關，散熱不好結溫就高，結溫不但影響長時間壽命，也還直接影響短時間的發光效率。依照阿雷紐斯法則溫度每降低10°C壽命會延長2倍，LED晶片的特點是在極小的體積內產生極高的熱量，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出去，否則就會產生很高的結溫。為了儘可能地把熱量引出到晶片外面，目前的封裝形式都是將LED晶片用銀膠粘接在銅支架上，然後將銅支架底部塗上導熱矽脂再焊接到布有電路的鋁基散熱板上，最後將鋁基散熱板通過導熱矽脂固定到散熱器上，LED晶片產生的熱量從LED晶片自身到最終的散熱器，中間需要經過5層介質層，這就增加了串聯熱阻，導致LED封裝後的總熱阻無法降低。為了降低LED封裝後的總熱阻，也有將LED晶片用銀膠粘接直接封裝在布有電路的鋁基散熱板上，然後將鋁基散熱板通過導熱矽脂固定到散熱器上，這樣LED晶片產生的熱量從LED晶片自身到最終的散熱器，中間還需要經過4層介質層，LED封裝後的總熱阻還是很高。最好的方法就是將LED晶片通過焊料直接焊接在散熱器上，LED晶片產生的熱量從LED晶片自身只需經過一層介質層(焊料)就能到達最終的散熱器，這樣串聯熱阻最小，但是散熱器體積較大，表面不容易進行電路加工，使這種方法實現起來非常困難。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種低熱阻的LED封裝結構及封裝方法，通過該封裝方法得到的低熱阻的LED封裝結構，可以提高LED晶片的出光效率，並且使LED晶片產生的熱量經過金屬導熱層迅速擴散並傳導到散熱器表面，省掉傳統封裝結構的中間環節，熱阻明顯下降，亮度和可靠性得到提高，整體製作成本下降，提高了產品一致性。本發明提供一種低熱阻LED封裝結構，其包括:
LED 晶片；—支撐電路板,包括:一電路板；一製作在電路板下的反射層和一製作在反射層下的金屬導熱層，該電路板的中間有一通孔，所述LED晶片位於電路板的通孔內，該LED晶片通過金屬引線與電路板電性連接；一封膠層，該封膠層將電性連接好的LED晶片固封在支撐電路板中的電路板的通孔內。本發明還提供一種低熱阻LED封裝結構的封裝方法，其包括以下步驟: 步驟1:取一電路板，該電路板上有一通孔；步驟2:將電路板的背面粘附在耐高溫的粘性材料上；步驟3:將LED晶片固定在電路板的通孔內；步驟4:用金屬引線將LED晶片與電路板電性連接；步驟5:用封膠層將LED晶片固封在電路板的通孔內，並固化；步驟6 ;將固化後的電路板取出，去掉電路板背面的粘性材料，露出LED晶片的底面；步驟7:採用蒸鍍、濺射或者電鍍的方法，在電路板的背面製作反射層和金屬導熱層，該電路板、反射層和金屬導熱層組成支撐電路板，完成LED封裝結構的製備。本發明的有益效果是，通過該封裝方法得到的低熱阻的LED封裝結構，其優點是無支架，該LED封裝結構可以提高LED晶片的出光效率，並且使LED晶片產生的熱量經過金屬導熱層迅速擴散，並傳導到散熱器表面，省掉傳統封裝結構的中間環節，熱阻明顯下降，亮度和可靠性得到提高，整體製作成本下降，提高了產品一致性。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明，其中:圖1是本發明LED封裝方法一實施例的結構示意圖；圖2是本發明LED封裝方法另一實施例的結構示意圖；圖3是本發明的方法流程具體實施例方式請參閱圖1及圖2所示，本發明提供一種低熱阻LED封裝結構，其包括:LED晶片1，該LED晶片I的數量大於或等於1，圖1中LED晶片I的數量為一個，圖2中LED晶片I的數量為多個，該LED晶片I是固體半導體晶片，其發光材料是紅光、藍光、綠光或紫外光的發光材料，LED晶片I可以是大功率晶片，中功率晶片，或者小功率晶片，LED晶片I可以是I顆LED晶片，也可以是多顆單一波長LED晶片之間串並聯組成，也可以是多顆多波長LED晶片之間串並聯組成。所述LED晶片I為單波長或多波長的LED晶片，當該LED晶片I的數量為多個時，該LED晶片I之間是串聯或並聯(參閱圖2)；一支撐電路板2，包括:一電路板21 製作在電路板21下的反射層22和一製作在反射層22下的金屬導熱層23，該電路板21的中間有一通孔24，所述LED晶片I位於電路板21的通孔24內，該LED晶片I通過金屬引線3與電路板21電性連接，該金屬引線3 —般為金線或鋁線，直徑為10-70微米，起到導電連接的作用；該電路板21中間的通孔24的斷面為V型孔、臺階孔或U形孔，不同的斷面會得到不同光提取的效果；該通孔24的形狀為圓孔、方孔或不規則孔，不同通孔的形狀可以得到不同的光場分布；該通孔24的內壁鍍有高反射率的金屬層或光學膜，該金屬層或光學膜的材料可以是銀，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的內壁對光的吸收，提高出光效率；該電路板21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晶片1，支撐整個封裝結構，實現整個封裝結構與外部電路之間電路連接的作用；該反射層22的材料為光學反射膜，可以是銀或鋁，反射層22的厚度為幾十埃到幾百微米，起到將入射到整個封裝結構底面的光線反射出去，減小整個封裝結構底面對光的吸收，提高出光效率的作用；製作在反射層22下的金屬導熱層23的材料為高導熱率的材料，可以是銅或鋁，金屬導熱層23的厚度為幾十微米到幾千微米，起到將LED點亮時發出的熱經過金屬導熱層迅速擴散，並傳導到散熱器表面快速散出的作用，降低LED的結溫，降低整個封裝結構的熱阻，提高LED的發光效率，提高LED的可靠性。一封膠層4，該封膠層4將電性連接好的LED晶片I固封在支撐電路板2中的電路板21的通孔24內，該封膠層4的材料為矽膠或樹脂，該封膠層4中混有螢光粉；螢光粉可以是黃色螢光粉，紅色螢光粉，綠色螢光粉等任何可以被LED晶片I激發的螢光粉，粒徑為幾個納米到幾十微米，螢光粉與矽膠或樹脂按所需比例混合均勻，LED晶片I發出的光與螢光粉被LED晶片I激發發出的光混合形成整個LED封裝結構最後得到的光。請參閱圖3所示，本發明提供一種低熱阻LED封裝結構的封裝方法，其包括以下步驟:步驟1:取一電路板21，該電路板21上有一通孔24，該電路板21中間的通孔24的斷面為V型孔、臺階孔或U形孔，不同的斷面會得到不同光提取的效果；該通孔24的形狀為圓孔、方孔或不規則孔，不同的通孔形狀可以得到不同的光場分布；該通孔24的內壁鍍有高反射率的金屬層或光學膜，該金屬層或光學膜的材料可以是銀，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的內壁對光的吸收，提高出光效率；該電路板21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晶片1，支撐整個封裝結構，實現整個封裝結構與外部電路之間電路連接的作用；步驟2:將電路板21的背面粘附在耐高溫的粘性材料上，該粘性材料起到暫時固定LED晶片I的作用；步驟3:將LED晶片I固定在電路板21的通孔24內，該LED晶片I的數量大於或等於1，圖1中LED晶片I的數量為一個，圖2中LED晶片I的數量為多個，該LED晶片I是固體半導體晶片，其發光材料是紅光、藍光、綠光或紫外光的發光材料，LED晶片I可以是大功率晶片，中功率晶片，或者小功率晶片，所述LED晶片I為單波長或多波長的LED晶片，LED晶片I可以是I顆LED晶片，也可以是多顆單一波長LED晶片之間串並聯組成，也可以是多顆多波長LED晶片之間串並聯組成；當該LED晶片I的數量為多個時，該LED晶片I之間是串聯或並聯(參閱圖2)；步驟4:用金屬引線3將LED晶片I與電路板21電性連接，該金屬引線3—般為金線或鋁線，直徑為10-70微米，起到導電連接的作用；步驟5:用封膠層4將LED晶片I固封在電路板21的通孔24內，並固化，該封膠層4的材料為矽膠或樹脂，該封膠層4中混有螢光粉，螢光粉可以是黃色螢光粉，紅色螢光粉，綠色螢光粉等任何可以被LED晶片I激發的螢光粉，粒徑為幾個納米到幾十微米，螢光粉與矽膠或樹脂按所需比例混合均勻，LED晶片I發出的光與螢光粉被LED晶片I激發發出的光混合形成整個LED封裝結構最後得到的光；
步驟6:將固封后的電路板21放入烘箱內烘烤，使封膠固化，一般烘烤溫度為80150 0C ；
步驟7 ;將固化後的電路板21取出，去掉電路板21背面的粘性材料，露出LED晶片I的底面；
步驟7:採用蒸鍍、濺射或者電鍍的方法，在電路板21的背面製作反射層22和金屬導熱層23，該反射層22的材料為光學反射膜，可以是銀或鋁，反射層22的厚度為幾十埃到幾百微米，起到將入射到整個封裝結構底面的光線反射出去，減小整個封裝結構底面對光的吸收，提高出光效率的作用；製作在反射層22下的金屬導熱層23的材料為高導熱率的材料，可以是銅或鋁，金屬導熱層23的厚度為幾十微米到幾千微米，起到將LED點亮時發出的熱經過金屬導熱層迅速擴散，並傳導到散熱器表面快速散出的作用，降低LED的結溫，降低整個封裝結構的熱阻，提高LED的發光效率，提高LED的可靠性；該電路板21、反射層22和金屬導熱層23組成支撐電路板2，完成LED封裝結構的製備。
以上所述，僅是本發明的實施例而已，並非對本發明作任何形式上的的限制，凡是依據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案範圍之內，因此本發明的保護範圍當以權利要求書為準。
權利要求
1.一種低熱阻LED封裝結構，其包括: LED晶片； 一支撐電路板，包括:一電路板；一製作在電路板下的反射層和一製作在反射層下的金屬導熱層，該電路板的中間有一通孔，所述LED晶片位於電路板的通孔內，該LED晶片通過金屬引線與電路板電性連接； 一封膠層，該封膠層將電性連接好的LED晶片固封在支撐電路板中的電路板的通孔內。
2.如權利要求1所述的低熱阻LED封裝結構，其中固定在電路板通孔內的LED晶片的數量大於或等於1，該電路板中間的通孔的斷面為V型孔、臺階孔或U形孔；該通孔的形狀為圓孔、方孔或不規則孔；該通孔的內壁鍍有高反射率的金屬層或光學膜。
3.如權利要求2所述的低熱阻LED封裝結構，其中LED晶片是固體半導體晶片，其發光材料是紅光、藍光、綠光或紫外光的發光材料，所述LED晶片為單波長或多波長的LED晶片，該LED晶片是串聯或並聯。
4.如權利要求1所述的低熱阻LED封裝結構，其中該電路板的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板。
5.如權利要求1所述的低熱阻LED封裝結構，其中該封膠層的材料為矽膠或樹脂，該封膠層中混有螢光粉。
6.如權利要求1所述的低熱阻LED封裝結構，其中反射層的材料為光學反射膜，反射層的厚度為幾十埃到幾百微米；該金屬導熱層的材料為銅或鋁，金屬導熱層的厚度為幾十微米到幾千微米。
7.一種低熱阻LED封裝結構的封裝方法，其包括以下步驟: 步驟1:取一電路板，該電路板上有一通孔； 步驟2:將電路板的背面粘附在耐高溫的粘性材料上； 步驟3:將LED晶片固定在電路板的通孔內； 步驟4:用金屬引線將LED晶片與電路板電性連接； 步驟5:用封膠層將LED晶片固封在電路板的通孔內，並固化； 步驟6 ;將固化後的電路板取出，去掉電路板背面的粘性材料，露出LED晶片的底面；步驟7:採用蒸鍍、濺射或者電鍍的方法，在電路板的背面製作反射層和金屬導熱層，該電路板、反射層和金屬導熱層組成支撐電路板，完成LED封裝結構的製備。
8.如權利要求7所述的低熱阻LED封裝結構的封裝方法，其中固定在電路板通孔內的LED晶片的數量大於或等於1，該電路板中間的通孔的斷面為V型孔、臺階孔或U形孔；該通孔的形狀為圓孔、方孔或不規則孔；該通孔的內壁鍍有高反射率的金屬層或光學膜。
9.如權利要求8所述的低熱阻LED封裝結構的封裝方法，其中LED晶片是固體半導體晶片，其發光材料是紅光、藍光、綠光或紫外光的發光材料，所述LED晶片為單波長或多波長的LED晶片，該LED晶片是串聯或並聯。
10.如權利要求7所述的低熱阻LED封裝結構的封裝方法，其中該電路板的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板。
11.如權利要求7所述的低熱阻LED封裝結構的封裝方法，其中該封膠層的材料為矽膠或樹脂，該封膠層中混有螢光粉。
12.如權利要求7所述的低熱阻LED封裝結構的封裝方法，其中反射層的材料為光學反射膜，反射層的 厚度為幾十埃到幾百微米；該金屬導熱層的材料為銅或鋁，金屬導熱層的厚度為幾十微米到幾千微米。
全文摘要
一種低熱阻LED封裝結構，其包括LED晶片；一支撐電路板，包括一電路板；一製作在電路板下的反射層和一製作在反射層下的金屬導熱層，該電路板的中間有一通孔，所述LED晶片位於電路板的通孔內，該LED晶片通過金屬引線與電路板電性連接；一封膠層，該封膠層將電性連接好的LED晶片固封在支撐電路板中的電路板的通孔內。本發明的優點是無支架，該LED封裝結構可以提高LED晶片的出光效率，並且使LED晶片產生的熱量經過金屬導熱層迅速擴散，並傳導到散熱器表面，省掉傳統封裝結構的中間環節，熱阻明顯下降，亮度和可靠性得到提高，整體製作成本下降，提高了產品一致性。
文檔編號H01L33/48GK103151445SQ20131006779
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月4日 優先權日2013年3月4日
發明者盧鵬志, 楊華, 鄭懷文, 於飛, 薛斌, 伊曉燕, 王國宏, 王軍喜, 李晉閩 申請人:中國科學院半導體研究所