納米銀焊膏封裝大功率白光發光二極體led模塊及其封裝方法
2023-10-04 19:28:29 1
專利名稱：納米銀焊膏封裝大功率白光發光二極體led模塊及其封裝方法
技術領域：
本發明涉及一種大功率白光發光二極體(LED)的封裝模塊及其封裝方法，屬於發光二極體照明裝置改進技術。
背景技術：
傳統大功率白光LED模塊封裝方法主要有以下幾個步驟組成1、晶片連接；2、鍵合金線連接晶片實現電路導通；3、螢光粉點膠；4、塑封。目前，市面上使用的晶片連接材料均是傳統的錫銀銅材料，經研究分析可靠性較差，且由於其傳統的晶片連接材料的導熱導電性能並不十分優異，所以其模塊的光電轉換效率也有待於提高。需要新的晶片連接材料來使得模塊的整體性能得到提高。並且控制多晶片白光LED模塊或者單晶片白光LED的點膠，均使用螢光粉和矽膠充分混合均勻後使用點膠機控制點膠量，在LED晶片表面點上螢光粉混合物的方法點膠。這種點膠方法存在不足，導致螢光粉在側邊分散不均勻，呈梯度分布。實際的LED晶片其光強分布是中間位置大，越到邊緣部分就越小。所以，模塊點亮時會引起製備的白光LED發光顏色分布不均勻，側面容易偏黃光，且由於矽膠的流動無約束，而製備白光LED表面膠形的要求較高，使用這種方法不易控制。因此對於大功率白光發光二極體的封裝方法有待於進一步的提高。
發明內容
本發明的目的之一在於提供一種大功率白光發光二極體模塊的封裝方法，以該方法製得的大功率白光發光二極體模塊，使用低溫燒結技術，在280°C下實現晶片連接，並且使用預製成型膜片控制模塊的點膠量。本發明的目的之二在於提供一種大功率白光發光二極體的封裝模塊，該模塊包括預製成型膜片，並且使用新的晶片連接材料納米銀焊膏進行封裝，光電轉化效率高，亮度好，節能環保。本發明的技術方案如下—種納米銀焊膏封裝的大功率白光發光二極體的封裝模塊，它包括基板1，納米銀焊膏2，LED晶片3 ;發光二極體晶片上鍵合的金線引線9與電源的輸入和輸出電極7連接， 發光二極體晶片陣列被設置在玻璃環10內，玻璃環上罩有玻璃外殼6 ;用納米銀焊膏2連接晶片材料3，納米銀焊膏2燒結後形成的純銀連接有高的導熱導電性能，能夠提高模塊的光電轉換效率，並且在LED晶片3周圍設置有預製成型膜片8 ；使用矽膠5將預製成型膜片8 粘在連接有大功率白光發光二極體晶片的基板I上；預製成型膜片8上的正方形小孔陣列的排列方式與LED晶片3的排列相一致，每個正方形小孔的面積比晶片大，套住每一個LED 晶片3，使得點膠時多餘的膠量流入預製成型膜片8與LED晶片3的間隙處，從而控制點膠量。本發明的大功率白光發光二極體的封裝模塊的封裝方法，包括以下過程
(1)將nXn個在橫向和縱向均等間距排列的正方形的大功率白光發光二極體芯 片3布置在基板1上，然後用納米銀焊膏2連LED晶片3，再在溫度280°C下燒結固化，使大 功率白光發光二極體晶片3連接在基板1上；(2)根據基板上布置的大功率白光發光二極體晶片陣列的晶片單元體的個數及芯 片單元體之間的間距大小，將矽膠5加入模具中，在固化溫度為150°C，固化時間為5分鐘， 製成厚度比晶片低、帶有nXn個正方形孔的預製成型膜片，且每個正方形小孔的面積比芯 片大能套住每個LED晶片3，然後用矽膠5將該預製成型膜片8粘在連接有大功率白光發光 二極體晶片的基板1上；(3)通過使用預製成型膜片進行點膠將矽膠5和螢光粉按照質量比為10% 20 %的比例混合均勻(以螢光粉為100 %計)，對每個LED晶片3進行點膠，直到每個LED 晶片3都被矽膠和螢光粉的混合物4充分覆蓋，且有矽膠和螢光粉的混合物4流入預製成 型膜片8與LED晶片的間隙處；(4)在玻璃環10內填充與步驟(3)相同的娃膠，覆蓋大功率白光發光二極體晶片 3及預製成型膜片8，並蓋上玻璃外殼6，製得大功率白光發光二極體模塊。所述的n優選3 10。使用本方法製備的大功率白光發光二極體的模塊，由於使用了納米銀焊膏作為芯 片連接材料，使得模塊具備高的導電導熱能力，可以10 %的提高光電轉換效率，並且模塊中 預製成型膜片的添加使得點膠過程可控，可以提高光的集中度，亮度更高。為以後製備超大 功率白光發光二極體的模塊打下了基礎。
圖1(a)為本發明方法製造的5X5晶片大功率的白光二極體模塊結構示意圖，圖1(b)為圖1(a)中的截面剖視圖。圖2(a)為單個晶片及周圍局部放大圖，圖2(b)為預製成型膜片的結構示意圖。圖中1為基板、2為納米銀焊膏、3為LED晶片、4為螢光粉和矽膠的混合物、5為 矽膠、6為玻璃外殼、7電源輸入電極、8為預製成型膜片、9作為電源連接引線的在晶片上鍵 合的金線、10玻璃環。
具體實施例方式本發明以製得的25W大功率白光發光二極體模塊為例，下面結合1和圖2所示的 具有5X5晶片的功率為25W的LED模塊對本發明過程加以詳細說明本發明的大功率白光發光二極體的封裝模塊，它包括基板1、LED晶片2、納米銀焊 膏3，還包括由矽膠製成的預製成型膜片8、作為電源連接引線的在晶片上鍵合的金線9、在 晶片上塗覆的突光粉層及娃膠混合物4、罩在發光二極體晶片外圍的玻璃殼6、玻璃環10。本模塊使用折射率為1. 57的矽膠5。此矽膠5作為與螢光粉混合用的材料並且此 矽膠也作為預製成型膜片8的塑封材料，可以提高LED晶片3的取光效率。選擇導熱性能 良好的銅塊作為模塊基板1，表面電鍍Ag和Ni (厚度均為10 y m)。晶片選用1W的GaN基 藍光LED晶片3(大小為lmmXlmm)。粘接材料為導電導熱性能均良好的納米銀焊膏2，能夠保證晶片的良好散熱。螢光粉和矽膠配合使用，按照質量比例為10% 20%的比例，在矽膠中加入螢光粉充分攪拌混合，真空抽出矽膠中的氣體，點膠在LED晶片3將要放置在基板I上的位置。電源輸入電極7實現多晶片LED模塊的通電，其表面電鍍Au/Ni (鍍層厚度各為I y m),LED晶片3通過作為電源連接引線的在晶片上鍵合的金線9連接至電源輸入電極7再通入電源實現發光照明。外層用玻璃外殼6對LED燈實現機械保護，其折射率一般為I. 5，和塑封材料接近，能夠有效減少界面折射帶來的光損失。該25W的LED模塊主要通過以下步驟完成I、連接LED晶片陣列使用歐司朗公司GaN基IW LED晶片3，晶片尺寸為 ImmX Imm,使用納米銀焊膏2 (Nano Tach公司)將晶片粘接在基板I上，5X5晶片排列之間間距為1mm。在回流焊爐中280°C時固化30分鐘。2、粘接電極使用環氧樹脂膠將厚度為Imm厚的電極7粘接在基板I上。即在PCB 電路板的背面抹上一層薄薄的環氧樹脂膠後放置在基板表面，壓實使膠與基板充分接觸形成。控制溫度在150°C下保溫5分鐘，實現環氧樹脂膠的固化。3、製備、粘貼預製成型膜片將折射率為I. 57的矽膠5注入模具進行固化。固化溫度為150°C，固化時間為5分鐘。如圖2(b)所示，預製成型膜片8厚度比晶片厚度略低， 其上的正方形小孔陣列的排列方式與LED晶片3的排列相一致，每個正方形小孔的面積比晶片略大，套住每一個LED晶片3，這樣可以使得點膠時多餘的膠量流入預製成型膜片8與 LED晶片3的間隙處，從而控制點膠量。再使用矽膠5將其粘在基板I上，保持晶片3在正方形小孔的正中間，再固化，固化溫度為150°C，固化時間為5分鐘。4、打線使用SH2008型金絲球焊機打線連接LED晶片3和表面電鍍Au/Ni的電極7。5、點膠使用YD2800型點膠機將大連路美公司的YAG螢光粉和矽膠的混合物4， 矽膠10% 20%，螢光粉100%的質量比例混合，為充滿晶片和預製成型膜之間的空隙，控制點膠量保證矽膠形狀如圖2 (a)所示，即使LED晶片3側面的螢光粉和矽膠混合物4的量均勻一致，晶片上表面的螢光粉和矽膠的混合物呈一定弧度。固化成型，固化溫度為150°C， 固化時間為5分鐘。6、粘接玻璃環使用環氧樹脂膠將高度為2mm的玻璃環10粘接在基板I的表面。7、玻璃環內填充娃膠、加蓋玻璃外殼在玻璃環10內的空間中填充折射率為I. 57 的矽膠5。注入時，保證矽膠5和基板I、螢光粉和矽膠混合物4、作為電源連接引線的在晶片上鍵合的金線9、電源輸入電極7、玻璃環10之間充分潤溼。然後在150°C保溫5分鐘固化處理。再將玻璃外殼6內填充相同的折射率為I. 57的矽膠5，將之前的LED模塊倒置加上玻璃外殼6,使用相同的固化條件加熱處理即可。
權利要求
1.一種納米銀焊膏封裝的大功率白光發光二極體LED的封裝模塊，它包括基板(I)，納米銀焊膏(2)，LED晶片(3);發光二極體晶片上鍵合的金線引線(9)與電源的輸入和輸出電極(X)連接，發光二極體晶片陣列被設置在玻璃環(10)內，玻璃環上罩有玻璃外殼(6)； 其特徵在於用納米銀焊膏(2)連接晶片材料(3)，納米銀焊膏燒結後形成的純銀連接有高的導熱導電性能，能夠提高模塊的光電轉換效率，並且在LED晶片周圍設置有預製成型膜片(8);使用矽膠(5)將預製成型膜片粘在連接有大功率白光發光二極體晶片的基板上；預製成型膜片上的正方形小孔陣列的排列方式與LED晶片的排列相一致，每個正方形小孔的面積比晶片大，套住每一個LED晶片，使得點膠時多餘的膠量流入預製成型膜片與LED晶片的間隙處，從而控制點膠量。
2.—種權利要求I所述的大功率白光發光二極體LED的封裝模塊的封裝方法，其特徵在於包括以下過程(1)將nXn個在橫向和縱向均等間距排列的正方形的大功率白光發光二極體晶片布置在基板上，然後用納米銀焊膏連LED晶片，再在溫度280°C下燒結固化，使大功率白光發光二極體晶片連接在基板上；(2)根據基板上布置的大功率白光發光二極體晶片陣列的晶片單元體的個數及晶片單元體之間的間距大小，將矽膠加入模具中，在固化溫度為150°C，固化時間為5分鐘，製成厚度比晶片低、帶有nXn個正方形孔的預製成型膜片，且每個正方形小孔的面積比晶片大能套住每個LED晶片，然後用矽膠將該預製成型膜片粘在連接有大功率白光發光二極體晶片的基板上；(3)通過使用預製成型膜片進行點膠將矽膠和螢光粉按照質量比為10% 20%的比例混合均勻，對每個LED晶片進行點膠，直到每個LED晶片都被矽膠和螢光粉的混合物(4) 充分覆蓋，且有矽膠和螢光粉的混合物流入預製成型膜片與LED晶片的間隙處；(4)在玻璃環(10)內填充與步驟(3)相同的矽膠，覆蓋大功率白光發光二極體晶片及預製成型膜片，並蓋上玻璃外殼，製得大功率白光發光二極體模塊。
3.如權利要求2所述的封裝方法,其特徵在於所述的η= 3 10。
全文摘要
本發明公開了一種大功率白光發光二極體LED的封裝模塊及其封裝方法，用納米銀焊膏連接晶片材料，納米銀焊膏燒結後形成的純銀連接有高的導熱導電性能，能夠提高模塊的光電轉換效率，並且在LED晶片周圍設置有預製成型膜片；使用矽膠將預製成型膜片粘在連接有大功率白光發光二極體晶片的基板上；預製成型膜片上的正方形小孔陣列的排列方式與LED晶片的排列相一致，每個正方形小孔的面積比晶片大，套住每一個LED晶片，使得點膠時多餘的膠量流入預製成型膜片與LED晶片的間隙處，從而控制點膠量。本發明利用納米銀焊膏燒結後即為純銀的性質，降低大功率白光發光二極體的封裝模塊的熱阻，提高光電轉化效率，節能環保，為今後研製大功率白光發光二極體打下了基礎。
文檔編號H01L33/64GK102610600SQ201210097379
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者王濤, 陸國權, 陳旭 申請人:天津大學