集成led光源及其製造方法
2023-05-16 07:27:16
專利名稱：集成led光源及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種照明用的集成LED光源，具體地說，涉及一種基於雙面敷銅陶瓷基板製作的、具有高可靠性、長壽命的集成LED光源以及這種集成LED光源的製造方法。
背景技術：
LED光源作為新型的照明光源，其具有節能、環保、使用壽命長、低耗等優點，已經廣泛應用於家庭照明、商業照明、公路照明、工礦照明等場合。現有的LED大多採用單顆大功率方式封裝，並使用金屬鋁基板作為熱傳導及散熱材料，基板上設置有一顆或多顆封裝好的貼片式LED光源。由於現有的LED光源是將封裝好的單顆LED使用表面貼裝工藝或者用導熱膠連接在基板上，即將貼片式LED光源焊接在鋁基板的電路上，在LED晶片熱沉與鋁基板之間用導熱膠傳熱，熱通過鋁基板後再轉移到與鋁基板連接的散熱器上，採用這樣的散熱方式，光源比較分散，成品光源所佔體積過大， 且產品較重。另外，光源與散熱器之間存在多個阻熱層，容易因散熱不良而影響LED光源的壽命ο此外，市面上常見的LED光源大多是使用低壓直流電進行驅動的，無法直接接入市電使用，因此將現有LED光源接入市電電網是需要用驅動電路對市電進行濾波、整流、功率因素校正、降壓、穩流等處理後，才接入LED電路。並且，市面上常見的LED光源與LED驅動電路使用分離式結構，成品燈具的體積相對較大。因此，公開號為CN102006695A的中國發明專利申請公開了名為「LED照明電路的集成方法及LED照明集成」的發明創造，該照明集成包括把LED照明電路中的整流電路、濾波電路、恆流二極體和LED發光二極體封裝在一起，形成集成晶片。雖然該LED照明集成能夠直接接入220/110伏的市電使用，但是，該方案需要在電路板上貼裝LED晶片及其他電子元件，包括整流電路、恆流二極體等，使LED光源與電源集中在一個電路板上。用此方案製成的集成光源，需要使用回流焊工藝，而電路板和晶片之間的熱膨脹係數不同，通過回流焊工藝的電路板冷卻後會造成電子元件焊腳與基板的內部應力過大，影響電子元件連接的可靠性，一旦引腳脫焊則會造成LED燈具失效，影響LED燈具的壽命。另外，電子元件的熱量只能通過引腳轉移到電路板上，電子元件內部的晶片與電路板之間存在多層阻熱層，影響光源的壽命。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種可靠性較高的的集成LED光源。本發明的另一目的是提供一種可延長集成光源壽命同時又能保護晶片及金線的集成LED光源製造方法。為實現上述的主要目的，本發明提供的集成LED光源包括基板，基板上設有一顆或一顆以上LED晶片，且基板上集成有外圍晶片，其中，基板為雙面敷銅陶瓷板，基板具有陶瓷材料製成的夾層，夾層的兩側敷有銅箔，夾層一側的銅箔刻蝕形成熱沉焊盤及線路，線路具有線路區域及引腳區域，LED晶片及外圍晶片設置在熱沉焊盤上，外圍晶片的電極通過金線與引腳區域連接，在線路區域與外圍晶片上覆蓋有第一膠層，第一膠層上覆蓋有後於第一膠層形成的第二膠層，LED晶片上覆蓋有後於第二膠層形成的第三膠層。由上述方案可見，製造LED光源時，外圍晶片、焊盤及線路區域上覆蓋有第一膠層及第二膠層，金線就有較大的活動空間，能夠緩衝晶片與基板之間的應力，避免金線脫焊， 提高了光源連接的可靠性。一個優選的方案是，第一膠層及第二膠層在需要貼裝LED晶片的焊盤上形成圓形的鏤空部，LED晶片通過銀漿或錫基固化在鏤空部的熱沉焊盤上。由此可知，外圍晶片和LED晶片直接用銀漿或錫基固化在熱沉焊盤上，晶片在工作時發熱可通過熱沉焊盤轉移到雙面敷銅板背部的散熱器上，另外膠層在需要貼裝LED晶片的焊盤上形成鏤空部，能夠方便將LED晶片用銀漿或錫基固化在焊盤上，這樣能夠提高光的出光效率，又能減少螢光粉的用量，節約成本。更進一步的方案是，第一膠層為軟性封裝膠，第三膠層為混有螢光粉的高透光率封裝膠。可見，使用軟性封裝膠可使金線有形變空間，減小內部應力對金線的影響，提高光源連接的可靠性。為實現上述的另一目的，本發明提供的集成LED光源製造方法包括在基板上刻蝕形成焊盤及線路，線路包括線路區域及引腳區域，在焊盤上用銀漿或錫基把外圍晶片固化在基板上，並在外圍晶片的電極與引腳之間用金線連接，並且，在外圍晶片、金線及引腳區域上滴塗封裝膠形成第一膠層，並在第一膠層上注膠形成第二膠層，在未被第一膠層覆蓋的焊盤上貼裝LED晶片，在LED晶片上滴塗封裝膠形成第三膠層。由上述方案可見，LED晶片與外圍晶片直接固化在焊盤上，晶片工作時，發熱可直接通過熱沉快速轉移到散熱器上，實現對LED晶片及外圍晶片的高效熱轉移，避免因晶片工作時產生熱量無法及時轉移對晶片、金線等造成損壞，進而延長LED光源的使用壽命。本發明提供的集成LED光源還可以是包括基板，基板上設有一顆或一顆以上LED 晶片，且基板上集成有外圍晶片，其中，基板為雙面敷銅陶瓷板，基板具有陶瓷材料製成的夾層，夾層的兩側敷有銅箔，夾層一側的銅箔刻蝕形成熱沉焊盤及線路，線路包含線路區域及引腳區域，LED晶片及外圍晶片設置在焊盤上，外圍晶片設有電極，電極通過金線與引腳區域連接，基板上覆蓋有第一膠層，第一膠層在外圍晶片及LED晶片封裝位置形成鏤空部， 外圍晶片及LED晶片設置於鏤空部內，且外圍晶片上固化有第二膠層，LED晶片上覆蓋有後於第一膠層形成的第三膠層。由此可見，由於在線路區域上覆蓋有最早形成的第一膠層，能夠有效地保護線路區域不受損壞，焊接後的金線也不易受損，從而確保LED光源的穩定工作。本發明還提供上述的集成LED光源的製造方法，包括在基板上刻蝕形成焊盤及線路，線路包括線路區域及引腳區域，並且，在線路區域上注膠形成第一膠層，其中第一膠層在熱沉焊盤和線路區域處有鏤空部，在焊盤上用銀漿或錫基焊接外圍晶片及LED晶片，並在晶片上的電極與引腳之間焊接金線，完成電氣連接，在外圍晶片、金線及引腳區域上滴塗封裝膠形成第二膠層，在LED晶片上滴塗封裝膠形成第三膠層。可見，LED晶片、外圍晶片固化在雙面敷銅陶瓷基板上，LED晶片在工作時發出熱量可通過基板直接轉移到散熱器上，減少晶片到散熱器的熱阻，提高散熱效率，另外在線路區域上注膠形成第一膠層，能夠有效地保護線路區域，避免封裝後LED晶片、外圍晶片對基板產生過大的應力而導致後續焊接的金線受損，從而有效地保護金線，確保LED光源的可靠性。
圖1是本發明集成LED光源第一實施例所使用的基板結構圖。圖2是圖1中A-A向的局部剖視放大圖。圖3是本發明集成LED光源製造方法第一實施例基板刻蝕形成焊盤及線路的示意圖。圖4是本發明集成LED光源製造方法第一實施例基板上貼裝外圍晶片及焊接金線後的示意圖。圖5是本發明集成LED光源製造方法第一實施例形成第一膠層及第二膠層後的示意圖。圖6是本發明集成LED光源製造方法第一實施例形成第三膠層後的示意圖。圖7是圖6中B-B向的剖視放大圖。圖8是本發明集成LED光源製造方法第二實施例基板上形成第一膠層後的示意圖。圖9是本發明集成LED光源製造方法第二實施例在基板上固化LED晶片及外圍晶片、焊接金線後的示意圖。圖10是本發明集成LED光源製造方法第二實施例形成第三膠層後的示意圖。圖11是圖10中C-C向的剖視放大圖。以下結合各實施例及其附圖對本發明作進一步說明。
具體實施例方式集成LED光源及其製造方法第一實施例
參見圖1與圖2，本實施例的基板10為雙面敷銅陶瓷板(DBC，Direct Bonded Copper), 該雙面敷銅陶瓷板具有高導熱率陶瓷材料製成的夾層11，夾層11的兩側面均敷有銅箔12， 銅箔12幾乎布滿夾層11的表面。如圖3所示，製造LED光源時，首先在基板10的正面的銅箔刻蝕形成焊盤13、14 及線路15，其中線路15包括線路區域16以及引腳區域17，焊盤13是用於貼裝外圍晶片的熱沉焊盤，焊盤14是用於貼裝LED晶片的熱沉焊盤。引腳區域17是用於焊接金線的區域， 線路區域16用於連接多個引腳區域17。本實施例中，基板10上除了設有LED晶片外，還設有外圍晶片，外圍晶片與線路共同構成了 LED晶片的驅動電路，完成包括濾波、整流、功率因數校正、降壓以及恆流等功能， 向負載電路供電，其中負載電路由一個或多個LED晶片構成。光源可直接接入220/110伏的市電使用。並且，在完成驅動LED功能的前提下，還可對直接對外圍晶片散熱，提高光源的壽命與可靠性，能夠實現LED光源的小型化與光電一體化。在基板10的一面刻蝕形成焊盤13、14及線路15後，如圖4所示，將外圍晶片20通過高導熱銀漿或錫基固化在焊盤13上，並且在銀漿或錫基固化後，用金絲球焊工藝將金線21焊接在外圍晶片的電極與引腳區域17上，從而實現外圍晶片20之間的電氣連接。接著，如圖5所示，在外圍晶片20以及線路區域上注膠，形成第一膠層，如圖7所示，第一膠層31覆蓋在焊盤31上，且覆蓋外圍晶片20，當然，也覆蓋已經焊接的金線。本實施例中，用於形成第一膠層31的為軟性密封膠，如矽膠、樹脂等，其性質柔韌，能夠減輕應力對金線21、基板10、引腳區域17的影響。當然，注膠形成第一膠層31的時候，應該保留集成LED光源的兩個對外連接的引腳19，以便於在引腳19上焊接導電線以接入市電電網。注膠形成第一膠層31時，在用於貼裝LED晶片的焊盤14處形成鏤空部35，即在焊盤14處無軟性封裝膠。待第一膠層固化後，在第一膠層上注入封裝膠形成第二膠層32， 第二膠層32在焊盤14處也形成鏤空部，即焊盤14處不被第一膠層31及第二膠層32所覆蓋。本實施例中，第二膠層32的硬度大於第一膠層31，主要用於對外圍晶片20、金線21及線路15進行保護，避免受到外界空氣、壓力等影響而發生氧化、開路等情況。第二膠層32具有階梯部，靠近上端處留有較大的開口，可用於安裝光管理器件和減輕第二膠層32的內部應力，更好地保護外圍晶片20、金線21及線路15。形成第二膠層32後，在焊盤14上用錫基或銀漿固化LED晶片23，並焊接相應的金線，用於連接LED晶片23以及對應的引腳區域17。由於焊盤14處形成鏤空部35，因此 LED晶片23也是位於鏤空部35內。第一膠層31、第二膠層32形成鏤空部35用於LED晶片23的封裝，避免焊盤14被第一膠層31、第二膠層32所覆蓋。最後，在LED晶片23上滴塗混有螢光粉的封裝膠形成第三膠層36，如圖6與圖7 所示，第三膠層36覆蓋在整個鏤空部35內。本實施例中，第三膠層36為含有螢光粉的高透光率封裝膠，其作用是保護螢光粉，提高出光效率。本實施例中，基板10上設有四個用於貼裝LED晶片23的焊盤14，每一焊盤14上有一顆LED晶片23。並且，焊盤14的面積遠大於LED晶片23的面積，且LED晶片23布置在焊盤14中央位置。這樣，LED晶片23產生的熱量可迅速地導向焊盤14，焊盤14的大面積可讓熱量迅速地沿焊盤14橫向擴散，避免熱量集中在LED晶片23周邊導致LED晶片23 溫度過高，從而防止LED晶片23上熱量過於集中影響LED晶片23的使用壽命。基板10背面通過高導熱銀漿或錫基與散熱器件連接，這樣，LED晶片23發光過程中產生的熱量沉降至焊盤14上，由於焊盤14的面積遠大於LED晶片23的面積，熱量在焊盤23上能迅速擴散。陶瓷板受熱後，將熱量傳導至夾層11背面的銅箔12，並通過銅箔12 傳導至與其連接的散熱器，通過散熱器將熱量散發。本實施例中，LED晶片23、焊盤14以及線路15均設置在基板10的正面，基板10 夾層11的陶瓷板實現兩面銅箔的電氣隔離，發揮陶瓷板絕緣性能，避免散熱器與LED晶片 23直接電連接，實現LED晶片23及其驅動電路與散熱器的電氣隔離。由圖7可見，製造成型的集成LED光源基板10的正面刻蝕有焊盤13、14及線路 15，且焊盤13、14上分別貼裝並固化有LED晶片23及外圍晶片20，且在焊盤13、14與引腳區域17之間連接有金線21。此外，在外圍晶片20、焊盤13及線路15上覆蓋有軟性的第一膠層31，在第一膠層31上覆蓋有較硬的第二膠層32，且第二膠層32是在第一膠層31形成後才形成的。並且，LED晶片23上覆蓋含有螢光粉的第三膠層36，第三膠層36是最後形成後的膠層。可見，本發明的方法是通過兩次封裝的方式對集成LED光源進行封裝，第一次封裝是在貼裝LED晶片23之前，形成第一膠層31及第二膠層32，用於保護線路15及外圍晶片，第二次封裝是在貼裝LED晶片23之後，形成第三膠層36，用於保護LED晶片23。本發明的方法能夠使焊盤13、引腳區域17與LED晶片電極之間有較大的柔韌度，可減少封裝後造成封裝膠、引腳與基板10之間應力的影響，有效保護金線21、線路15等。集成LED光源及其製造方法第二實施例
本實施例的集成LED光源製造方法也是使用一塊雙面敷銅陶瓷板作為基板，基板具有高導熱率陶瓷材料製成的夾層，夾層的兩側面均敷有銅箔。製造集成LED光源時，首先在基板的一個側面上刻蝕形成後熱沉焊盤及線路，線路包括線路區域及引腳區域，刻蝕後的基板第一實施例相同。刻蝕形成焊盤及線路後，如圖8與圖11所示，在基板上注膠形成第一膠層51，第一膠層51為性質較硬的封裝膠，用於保護線路。注膠形成第一膠層51時，需要將所有焊盤 43,44以及引腳區域47留出，以便將LED晶片及外圍晶片貼裝在焊盤43、44上。當然，還需要將LED光源的兩個對外連接的引腳49預留，以便於在引腳49上焊接電連接線以接上外部的電源，也就是第一膠層在外圍晶片46及LED晶片封裝的位置形成鏤空部。形成第一膠層51後，即完成第一次封裝。然後，如圖9所示，在焊盤43上貼裝外圍晶片46，在焊盤44上貼裝LED晶片45， 待銀漿或錫基固化後，在焊盤43、44與引腳區域47上焊接金線48，實現集成LED光源的電氣連接。最後，在焊盤43、外圍晶片46以及引腳區域47上滴塗軟性封裝膠形成第二膠層 52，並在LED晶片43完成電氣連接後，在LED晶片43上滴塗高透光率封裝膠形成第三膠層 53，且第三膠層含有螢光粉，LED晶片43工作時激發螢光粉發出光線。製造完畢的集成LED光源如圖10及圖11所示，在基板40的夾層41背面具有銅箔42，正面刻蝕形成焊盤43、44以及線路，並且在焊盤43、44上固化有LED晶片45、外圍晶片46等，在線路區域上覆蓋有第一膠層51，用於保護線路區域，並在貼裝LED晶片45及外圍晶片46後，在外圍晶片46、焊盤43及引腳區域47上形成第二膠層52，在LED晶片45上形成第三膠層53。應用本發明的方法製造的集成LED光源，不單能夠直接接入市電使用，還可對外圍晶片散熱，提高整體光源壽命，且製造過程中經過兩次封裝，尤其是貼裝LED晶片45及外圍晶片46前形成第一膠層51，能夠保護線路區域不易受損，避免SMD式貼裝元器件與引腳與基板之間應力造成而對線路區域的損壞，進而確保集成LED光源的可靠性。當然，上述實施例僅是本發明較佳的實施方案，實際應用時還可以有更多的變化， 例如，根據集成LED光源的實際需要選取不同的外圍晶片形成不同的驅動電路；或者，LED 晶片及外圍晶片在基板上布局根據實際需要改變等，這些改變也是可以實現本發明的目的。最後需要強調的是，本發明不限於上述實施方式，諸如封裝膠類型的改變、基板形狀及構造的改變等變化也應該包括在本發明權利要求的保護範圍內。
權利要求
1.集成LED光源，包括基板，所述基板上設有一顆或一顆以上LED晶片，且所述基板上集成有外圍晶片；其特徵在於所述基板為雙面敷銅陶瓷板，所述基板具有陶瓷材料製成的夾層，所述夾層的兩側敷有銅箔，所述夾層一側的銅箔刻蝕形成熱沉焊盤及線路，所述線路包含線路區域及引腳區域，所述LED晶片及所述外圍晶片設置在所述熱沉焊盤上，所述外圍晶片上設有電極，所述電極通過金線與所述引腳區域連接；所述線路區域與所述外圍晶片上覆蓋有第一膠層，所述第一膠層上覆蓋有後於所述第一膠層形成的第二膠層，所述LED晶片上覆蓋有後於所述第一膠層形成的第三膠層。
2.根據權利要求1所述的集成LED光源，其特徵在於所述第一膠層及所述第二膠層設置有鏤空部，所述LED晶片位於所述鏤空部內。
3.根據權利要求1或2所述的集成LED光源，其特徵在於所述第一膠層為軟性封裝膠，所述第三膠層為混有螢光粉的高透光率封裝膠。
4.集成LED光源的製造方法，包括在基板上刻蝕形成熱沉焊盤及線路，所述線路包括線路區域及引腳區域；在所述熱沉焊盤上用銀漿或錫基連接外圍晶片，並將所述外圍晶片的電極通過金線焊接在所述引腳區域上；其特徵在於在所述外圍晶片及所述線路區域上塗敷封裝膠形成第一膠層，並在所述第一膠層上注膠形成第二膠層；在未被所述第二膠層覆蓋的熱沉焊盤上封裝LED晶片，在所述LED晶片上滴塗封裝膠形成第三膠層。
5.根據權利要求4所述的集成LED光源製造方法，其特徵在於所述第一膠層及所述第二膠層在用於封裝所述LED晶片的焊盤上形成鏤空部，所述 LED晶片封裝在所述鏤空部內。
6.根據權利要求4或5所述的集成LED光源製造方法，其特徵在於所述第一膠層為軟性封裝膠，所述第三膠層為混有螢光粉的高透光率封裝膠。
7.集成LED光源，包括基板，所述基板上設有一顆或一顆以上LED晶片，且所述基板上集成有外圍晶片；其特徵在於所述基板為雙面敷銅陶瓷板，所述基板具有陶瓷材料製成的夾層，所述夾層的兩側敷有銅箔，所述夾層一側的銅箔刻蝕形成熱沉焊盤及線路，所述線路包含線路區域及引腳區域，所述LED晶片及所述外圍晶片設置在所述熱沉焊盤上，所述外圍晶片上設有電極，所述電極通過金線與所述引腳區域連接；所述基板上覆蓋有第一膠層，所述第一膠層在外圍晶片和LED晶片封裝位置形成鏤空部，所述外圍晶片和LED晶片設置於所述鏤空部內，所述外圍晶片上固化有第二膠層，所述 LED晶片上覆蓋有後於所述第一膠層形成的第三膠層。
8.根據權利要求7所述的集成LED光源，其特徵在於所述第二膠層為軟性封裝膠，所述第三膠層為混有螢光粉的高透光率封裝膠。
9.集成LED光源的製造方法，包括在基板上刻蝕形成熱沉焊盤及線路，所述線路包括線路區域及引腳區域； 其特徵在於在所述基板上注膠形成第一膠層，所述第一膠層在熱沉焊盤和線路區域上形成鏤空部；在所述熱沉焊盤上固化外圍晶片及LED晶片，並將所述外圍晶片的電極通過金線焊接在所述引腳區域上；在所述外圍晶片及引腳區域上滴塗封裝膠形成第二膠層；在所述LED晶片上完成電氣連接後，滴塗封裝膠形成第三膠層，所述第三膠層包含有螢光粉。
10.根據權利要求9所述的集成LED光源的製造方法，其特徵在於所述第二膠層為軟性封裝膠，所述第三膠層為混有螢光粉的高透光率封裝膠。
全文摘要
本發明提供一種集成LED光源及其製造方法，該集成LED光源包括基板，基板上設有一顆或一顆以上LED晶片，且基板上集成有外圍晶片，其中，基板為雙面敷銅陶瓷板，基板具有陶瓷材料製成的夾層，夾層的兩側敷有銅箔，夾層一側的銅箔刻蝕形成有熱沉焊盤及線路，線路具有線路區域及引腳區域，LED晶片及外圍晶片設置在焊盤上，外圍晶片的電極與引腳區域之間連接有金線，線路區域與外圍晶片上覆蓋有第一膠層，第一膠層上覆蓋有後於第一膠層形成的第二膠層，LED晶片上覆蓋有後於第一膠層形成的第三膠層。本發明還提供上述集成LED光源的製造方法。本發明能有效保護線路及金線不受損害，且能直接接入市電使用。
文檔編號H01L25/075GK102386311SQ201110353239
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者容學宇, 楊罡 申請人:珠海晟源同泰電子有限公司