垂直結構led器件的電路保護結構的製作方法
2023-12-11 15:41:52 4
垂直結構led器件的電路保護結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種垂直結構LED器件的電路保護結構，涉及發光半導體的封裝技術，用於分散電極引線周邊應力以及解決銀膠造成的短路漏電問題；其技術方案如下：垂直結構的單電極的LED晶片固定在一分壓片的上面，分壓片通過銀膠固定在晶片槽內；分壓片包括金屬底部和兩個引線抬升部；引線抬升部由底部向上翹，在引線抬升部的上端設有焊位，引線將焊位與所述電極導線電連接在一起；在底部上設有兩個一級引線焊位，一級引線焊位與底部絕緣；引線抬升部上的焊位與一級引線焊位通過導線連接；在第一一級引線焊位與晶片的上端電極通過一級引線電連接；在底部上製作有一個金屬的導電節，導電節設在底部與第二一級引線焊位上，使它們形成電連接關係。
【專利說明】垂直結構LED器件的電路保護結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發光半導體的封裝技術。
【背景技術】
[0002]現有的大功率LED發光器件的封裝方式參見圖1所示的方案。LED晶片7通過銀膠6固定在支架4的晶片槽5內。引線I將LED晶片的電極與支架上的電極導線3連接在一起。LED晶片通過封膠固定在晶片槽內。這種LED器件在工作的時候晶片內部的結溫會超過100攝氏度，燈腔內的溫度也在70?90攝氏度。晶片槽內的封膠以環氧樹脂材料為例，引線為金線的情況下，環氧樹脂在幾十度的溫差下會產生較為明顯的熱脹冷縮，金線的膨脹係數僅為其五分之一以下，相比環氧樹脂並不明顯。如圖1所示的示意圖，虛線為熱膨脹後的情況，由於封膠內部應力作用，封膠會表現出鼓起狀，形成升溫後封膠頂部2，變形後的封膠會帶動引線I的上部發生偏移，即造成引線被拉長，升溫後引線I』拉長後會產生延展長度L。發生這種現象的原因，是因為封膠與金線的膨脹係數相差巨大造成的。
[0003]LED是可以頻繁開關的器件。在頻繁的開關過程中，金線的這種拉伸會頻繁進行。對金線短期的拉伸，金線會將拉力傳導到其兩端的焊接處，對焊接處造成拉扯效應，這給焊點造成脫焊的風險，也會造成焊點處電阻增大。如果LED常亮，金線所受的拉伸力持續進行，則會造成金線局部發生永久性形變，即變細。金線變細會導致金線上各處電阻差異明顯，在變瘦處，電阻增大，發熱增多。金線本身具有一定的導熱功能，上述情況會增加金線的導熱負擔，降低晶片向外導熱的能力，嚴重的情況會造成斷線死燈。金線承受的封膠應力以及可能發生的偏移在一次封裝的過程中同樣存在。由於一次封裝的溫度較器件出廠使用時的溫度更高(一般封裝溫度為150?180攝氏度)，金線以及其焊接部位產生故障的機率也比較聞O
[0004]在將LED晶片進行固晶的時候，需要用到銀膠。銀膠為導體，其點膠時的用量需要非常精確。過多的銀膠會堆砌在晶片周圍，造成晶片短路或漏電；過少的銀膠量又可能導致固晶不牢。由於晶片塗敷銀膠的面非常小，因此銀膠的量的把握和位置的塗敷經常會出現差錯，在量足的情況下，點膠位置不精準也會由於銀膠分布不均造成短路或漏電問題。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種垂直結構LED器件的電路保護結構，用於分散電極引線周邊應力，減小封膠對引線的牽拉損害，同時解決銀膠對LED晶片造成的短路或漏電問題。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型提出一種垂直結構LED器件的電路保護結構，包括LED晶片和支架，LED晶片通過銀膠固定在支架的晶片槽內；支架上設有電極導線，LED晶片通過引線與電極導線電連接；
[0007]所述LED晶片固定在一分壓片的上面，分壓片通過其下面的銀膠固定在晶片槽內；[0008]所述分壓片包括金屬的底部和連接在底部上的兩個由高溫尼龍作為基礎載體的引線抬升部；引線抬升部由底部向上呈一定的傾角，在引線抬升部的上端設有用於固定引線的焊位，引線將焊位與所述電極導線電連接在一起；
[0009]在底部上設有兩個分別與兩個引線抬升部對應的一級引線焊位，一級引線焊位與底部絕緣；引線抬升部上的焊位與一級引線焊位通過導線連接；
[0010]所述LED晶片為垂直結構的單電極LED晶片，其通過焊層焊接在底部的固晶區上，在第一一級引線焊位與LED晶片的上端電極通過一級引線電連接；在底部上製作有一個金屬的導電節，導電節設在底部與第二一級引線焊位上，使它們形成電連接關係；
[0011]所述底部的下面為銀膠。
[0012]優選地:所述引線抬升部上的焊位的高度為與電極導線的高度比為2/3。
[0013]所述分壓片的底部為MCPCB，即指金屬基印刷電路板(Metal Core PCB)。金屬基底可以為銅、鋁、銀或它們的合金。引線抬升部為PCB，其由高溫尼龍作為基礎載體，在其上進行複合多層結構，以及進行布線。因此，分壓片為拼接體。
[0014]所述底部和引線抬升部的上表面有反光層。反光層為塗敷在它們表面的絕緣反光膜。反光膜可以先在它們表面塗膠，再塗鋁，然後再塗膠，形成絕緣的反光膜。或者採用微玻璃珠反光膜技術。底部的反光可以米用金屬拋光來實現反光或電鍍反光金屬。在引線抬升部施加反光層的時候，需要掩蓋其上的電路導線，形成複合層，即在電路導線上依次設絕緣層、反光金屬層，或者再加一層透明絕緣層。
[0015]所述底部包括固晶區和反射區，固晶區位於反射區中間部位，反射區相對固晶區可以呈向上的傾角。反射區為固晶區的裙帶，其作用除了用於反射LED晶片發出光外，還有一個重要作用是作為固晶區的擴展，增大底盤面積，在使用更多量銀膠的情況下，固晶仍然是安全的，銀膠的量和塗敷位置的可操作性更大。在達到同樣的固化粘力效果的情況下，銀膠的使用量增大，可以認為銀膠的粘性減小，從銀膠的配方來說，可以在銀膠中適當增加導電粒子的配比，減小膠的含量，增加導電粒子的配比，可以增加銀膠的導熱效果。導電粒子可以是金、銀、銅、鋁、鋅、鐵、鎳的粉末和石墨及一些導電化合物。在達到同樣導熱效果的情況下，可以選用更為廉價的導電粒子材料。將底部細分為固晶區和反射區兩個功能區，可以使底部的作用更加突出，反射區可以對LED晶片側面發出的光進行利用，減少光線在晶片槽內反射的次數和能量損失，增加出光率。一般銀膠中銀的含量為60%左右，由於銀膠的用量較少，銀的含量過多會影響銀膠的粘性，銀的含量過少，則會影響其導電導熱性。本實用新型由於可以使用現有技術數倍的銀膠量，因此可以使用銀含量高的銀膠。銀膠中銀的含量可以在60?90 %，70 %、75 %、80 %、85 %等含量均是較佳的選擇。銀膠銀的含量增多，則需要選擇粘性較強的基體粘膠，以及配合使用分散劑和固化劑等添加劑。上述銀膠中的銀的配方含量可以用其它金屬替代，例如上面提及的金、銅、鋁、鋅、鐵、鎳的粉末以及石墨。銀膠中導電粒子的提高可以銀膠本身的電阻，即增加其導電性能和導熱性能。
[0016]優選地:所述引線抬升部包括彈性關節，彈性關節位於引線抬升部的下端，其橫截面呈半弧形。半弧形的弧拱可以向上，也可以向下。引線抬升部具有一定的彈性有利於打線。事實上，引線抬升部在晶片工作發熱的時候所需要的微弱變形程度並不要求其具有很明顯的彈性，因此引線抬升部的彈性要求並不是必須的。如果引線抬升部的下部關節處沒有彈性，則打線工藝會比較繁瑣，例如，可以採用襯墊技術，即將引線抬升部用硬物託住打線，然後再撤去硬物。引線抬升部有了彈性，對於打線，最簡單的辦法是:可以用外力將其頂在晶片槽的槽壁上，此時引線抬升部會有一定的彎曲變形，然後打線，完成後撤去外力即可。
[0017]優選地:在引線抬升部的所述焊位下方位置設有針孔；在晶片槽底上設有打線臺，打線臺位於引線抬升部的下方位置，打線臺上設有針槽，在引線抬升部被壓下的時候，針孔與針槽能夠相通。這種結構設計是避免引線抬升部在打線的時候發生彎曲變形。這種結構只需要彈性關節部位轉動，而引線抬升部鋪設導線的部位整體平直，不受彎曲變形。為了配合這種設計，打線的時候需要另外配置一個打線固定器。一個簡易的打線固定器包括杆和一個壓片，杆穿過壓片，壓片固定在杆下部位置。打線固定器可以有人工操作，也可以將其設計在打線機上。打線臺的表面最後做反光處理，以避免光損。
[0018]優選地:所述引線抬升部上的焊位的高度為與電極導線的高度比為2/3。引線抬升部上的焊位在高度上越向上接近支架上的電極導線，引線所承受的封膠應力越不明顯。
[0019]本實用新型的有益效果:
[0020]相比現有技術，本實用新型為垂直結構的LED晶片設計了一個分壓片結構，該分壓片具有一個伸長臂，將引線進行抬升，進而減少引線在封膠內的長度，進而避免引線在封膠的熱脹冷縮的情況下發生「瘦身」，甚至斷裂的情況，也保護了引線的兩端的焊點，減小了虛脫的機率，使LED晶片更加穩定。同時分壓片的底部整體託住LED晶片，使銀膠不容易接近LED晶片，因此，即使使用現有技術數倍的量，也不會造成LED晶片短路和漏電的問題。這樣有利於採用銀膠中更高導電粒子配比的銀膠，以及更多的量，以增加導熱效果。晶片也可以更牢固的固定在晶片槽內，提高整個器件的抗震能力。本實用新型技術提高LED器件的穩定性和整體品質，非常適用於大功率垂直結構的LED晶片。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是現有LED器件的結構示意圖。
[0022]圖2是本實用新型的一個實施例的結構示意圖。
[0023]圖3是圖2中實施例在使用狀態的變化圖。
[0024]圖4是本實用新型的第二個實施例的結構示意圖。
[0025]圖5是圖4中實施例未固晶的俯視結構示意圖。
[0026]圖6是分壓片的俯視結構圖。
[0027]圖7是本實用新型打線方式的示意圖。
[0028]圖8是打線固片器的立體圖。
[0029]圖9是本實用新型對於垂直電極LED晶片應用的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0031]參見圖2和圖3為本實用新型公開的一種LED封裝器件實施例。
[0032]圖4、圖5、圖7和圖8為第二個實施例結構。圖6所示分壓片和圖9所示LED晶片的焊接結構均適用於第一實施例和第二個實施例。
[0033]對於第一個實施例，LED晶片19通過銀膠17固定在支架的晶片槽15內。支架上設有電極導線12，LED晶片19通過引線11與電極導線12電連接。LED晶片19固定在分壓片9的上面，分壓片9通過其下面的銀膠固定在晶片槽內。
[0034]分壓片9包括金屬的底部90和連接在底部上的兩個由高溫尼龍作為基礎載體的引線抬升部8。引線抬升部由底部向上呈一定的傾角，在引線抬升部的上端設有用於固定引線的焊位16，引線11將焊位16與電極導線12電連接在一起。在底部上設有兩個分別與兩個引線抬升部對應的一級引線焊位，即第一一級引線焊位和第二一級引線焊位，兩個一級引線焊位與底部絕緣，即存在絕緣層。引線抬升部上的焊位與一級引線焊位通過導線連接。
[0035]LED晶片為垂直結構的單電極LED晶片，其通過焊層焊接在底部的固晶區上，在第一一級引線焊位與LED晶片的上端電極通過一級引線電連接。在底部上製作有一個金屬的導電節，導電節設在底部與第二一級引線焊位上，使它們形成電連接關係。底部的下面為銀膠。焊層以及導電節的金屬成份可以是金或金錫合金等。晶片槽具有反射坡面。
[0036]底部和引線抬升部兩者的上表面可以有反光層。引線抬升部上的焊位16的高度為與電極導線的高度比為2/3(即2/3:1)。由圖2可知，引線11的焊點通過引線抬升部8抬升到抬升位13處。圖2顯示是常溫下的封裝器件的狀態，當LED器件工作的時候，溫度上升到100攝氏度左右，參見圖3，封膠10會發生熱漲現象，封膠表面會發生細微的上升，膨脹線23表示封膠的膨脹效果。封膠的膨脹會帶動其內的引線抬升部發生移動。引線抬升部由常溫位置抬升偏移到如圖3所示的虛線位置，高位引線抬升部22比常溫狀態的高度有所升高，引線的位置如高位引線20所示，引線抬升部的焊位也位於高位焊位21的位置。高位線24與低位線25之間的高度差為抬升高度h。引線抬升部承受了封膠升溫過程中產生的應力，而減小了引線所受的應力，其不但保護了引線，還保護引線的焊點不受過大的拉扯應力。由於引線抬升部有彈性形變的能力，其發生偏移後，其自身所受的應力有所減弱。
[0037]上述器件的製造方法，包括以下步驟:
[0038]將LED晶片通過共晶焊固定在分壓片的底部；用一級引線將LED晶片的電極與分壓片上的一級引線焊位連接在一起；在分壓片的底部的下面塗敷銀膠，然後將分壓片和LED晶片置於晶片槽內固化處理；將引線抬升部頂在晶片槽的壁面上，將引線焊接在焊位與電極導線之間；放開引線抬升部，引線抬升部由於回彈力回復到原抬起的狀態；然後對晶片槽內的部件進行封裝處理。
[0039]圖4、圖5和圖6所示為本實用新型的第二個實施例的結構圖。本例與上一個實施例的區別在於引線抬升部的高度、晶片槽的內部結構的區別。在引線抬升部29的焊位28下方位置設有針孔41。在晶片槽底上設有打線臺36，打線臺36位於引線抬升部的下方位置。打線臺的設置破壞了反射坡面31的完整性，在反射坡面31上形成一個缺口。打線臺36上設有針槽35，在引線抬升部被壓下的時候，針孔41與針槽35能夠相通，引線抬升部打線狀態34是被屈服的狀態。引線抬升部上的焊位28與電極導線26等高度。槽底38可以做成反射鏡結構，也可不必做成鏡面反射面，做成漫反射面即可，以降低成本，例如，塗敷硫酸鋇、氧化鈦等白色塗層。引線抬升部29上的焊位28的高度與電極導線26等高，見等高線30的表示，引線27連接焊位和電極導線。
[0040]分壓片37的底部32包括固晶區40和反射區，在反射區上做兩個一級引線焊位，固晶區40位於反射區中間部位，反射區43相對固晶區呈向上的傾角。一級焊位通過導線與焊位連接。導線42可以是電鍍銅。焊位和一級引線焊位可以是在銅層上面複合銀層或錫層結構。在一個實施例中，底部以銅為金屬基板。
[0041]參見圖9，LED晶片為垂直結構的單電極LED晶片，其通過焊層51焊接在底部的固晶區上，在第一一級引線焊位39與LED晶片的上端電極44通過一級引線18電連接。在底部上製作有一個金屬的導電節46，導電節設在底部與第二一級引線焊位上，使它們形成電連接關係。底部90的下面為銀膠17。焊層以及導電節的金屬成份可以是金或金錫合金等。晶片槽具有反射坡面31。
[0042]引線抬升部包括彈性關節33，參見圖7，彈性關節33位於引線抬升部的下端，其橫截面呈半弧形。半弧形的弧拱可以向上，也可以向下。引線抬升部呈現片狀，其無論選用塑料還是金屬基底，其均具有一定的彈性。除了以上半弧形截面的彈性關節以外，其實彈性關節也可以不做任何特殊的截面圖形設計。由於引線抬升部與底部有一定的夾角，又由於分壓片有彈性，此時彈性關節既是底部與引線抬升部的結合處。專門的彈性關節設計可以使底部與引線抬升部的功能分開。上述半弧形設計可以作為銀膠使用量的標準，即銀膠擴散到彈性關節的半弧形處即可認定銀膠的用量符合質量標準。
[0043]參見圖7和圖8，打線的時候需要用到打線固片器48。打線固片器包括杆50和杆下部的壓片49。
[0044]上述圖4所示結構的器件的製造方法，包括以下步驟:
[0045]將LED晶片焊接固定在分壓片的底部；用一級引線將LED晶片的電極與分壓片上的一級引線焊位連接在一起；在分壓片的底部的下面塗敷銀膠，然後將分壓片和LED晶片置於晶片槽內固化處理；用打線固片器穿過針孔，打線固片器上的壓片推動引線抬升部下降到打線臺處，打線固片器的壓片下面的杆插入針槽內；將引線焊接在焊位與電極導線之間；移走打線固片器，引線抬升部由於回彈力回復到原抬起的狀態；然後對晶片槽內的部件進行封裝處理。
[0046]LED晶片是藍光晶片,封膠是混有黃光突光粉的膠體。
【權利要求】
1.一種垂直結構LED器件的電路保護結構，包括LED晶片和支架，LED晶片通過銀膠固定在支架的晶片槽內；支架上設有電極導線，LED晶片通過引線與電極導線電連接；其特徵在於: 所述LED晶片固定在一分壓片的上面，分壓片通過其下面的銀膠固定在晶片槽內；所述分壓片包括金屬的底部和連接在底部上的兩個由高溫尼龍作為基礎載體的引線抬升部；引線抬升部由底部向上呈一定的傾角，在引線抬升部的上端設有用於固定引線的焊位，引線將焊位與所述電極導線電連接在一起； 在底部上設有兩個分別與兩個引線抬升部對應的一級引線焊位，一級引線焊位與底部絕緣；引線抬升部上的焊位與一級引線焊位通過導線連接； 所述LED晶片為垂直結構的單電極LED晶片，其通過焊層焊接在底部的固晶區上，在第一一級引線焊位與LED晶片的上端電極通過一級引線電連接；在底部上製作有一個金屬的導電節，導電節設在底部與第二一級引線焊位上，使它們形成電連接關係； 所述底部的下面為銀膠。
2.根據權利要求1所述垂直結構LED器件的電路保護結構，其特徵在於:所述引線抬升部包括彈性關節，彈性關節位於引線抬升部的下端，其橫截面呈半弧形。
3.根據權利要求1所述垂直結構LED器件的電路保護結構，其特徵在於:所述引線抬升部上的焊位的高度為與電極導線的高度比為2/3。
【文檔編號】H01L33/56GK203589072SQ201320593891
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】劉創興 申請人:深圳市百通利電子有限公司