一種覆晶led集成光源結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括預(yù)制基板和覆晶，所述覆晶通過(guò)回流焊焊接到預(yù)制基板上，其中，所述預(yù)制基板包括氮化鋁陶瓷層，所述氮化鋁陶瓷層上的敷銅線路層、反射區(qū)的普通反射層、電極焊盤，所述普通反射層上覆蓋有白色硅膠反射層；回流焊前覆晶電極上預(yù)敷了焊錫。本發(fā)明有效地防止了以往技術(shù)中由于高溫共晶回流焊致使普通反射層黃化而引起的覆晶集成光源光衰；有效地防止了以往技術(shù)中采用鍍銀造成的硫化和氧化；經(jīng)過(guò)回流焊后，焊錫內(nèi)的空穴少，有效地降低了焊錫結(jié)構(gòu)的熱阻；降低了LED集成光源加散熱體組合的熱阻；有效地把熱導(dǎo)出到散熱體上。
【專利說(shuō)明】一種覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域，特別是涉及一種覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]以往的LED覆晶集成光源(或稱之為覆晶C0B)，其制造方法一是通過(guò)金錫共晶(AuSn 80/20)回流焊，把覆晶焊接到LED集成光源預(yù)制基板上的(參見附圖1)。采用該結(jié)構(gòu)有如下問(wèn)題:金錫共晶回流焊是通過(guò)固晶，然后對(duì)預(yù)敷在覆晶電極上的金錫共晶進(jìn)行高溫0283C)回流焊，使得覆晶和預(yù)制基板結(jié)合。所以當(dāng)覆晶集成光源反光區(qū)的反光材料為普通反光材料，即白色油墨阻焊層(Liquid photoimageable solder mask)時(shí)，由于采用了高溫共晶回流焊致使反光材料發(fā)生黃化，而使其對(duì)可見光的反射率下降，最終導(dǎo)致覆晶集成光源的光效降低。其結(jié)構(gòu)和方法二是通過(guò)錫膏SAC305回流焊，把覆晶焊接到LED集成光源預(yù)制基板上的(參見附圖2)。采用該結(jié)構(gòu)有如下問(wèn)題:錫膏回流焊是采用鋼網(wǎng)印刷錫膏到預(yù)制基板的芯片電極上，然后通過(guò)固晶以及共晶回流焊，使得覆晶和預(yù)制基板結(jié)合。好處是錫膏SAC305的熔點(diǎn)小于220C，避免了普通反光材料高溫黃化問(wèn)題。但壞處是錫膏回流焊后會(huì)形成焊錫含有空穴(10?30%的空穴率)，導(dǎo)致同等厚度的焊錫熱阻比金錫共晶的熱阻大，空穴越多，熱阻越大。這種含空穴的焊錫成為覆晶集成光源的導(dǎo)熱瓶頸。
[0003]以往的覆晶集成光源的反射區(qū)表面上露出了鍍銀的導(dǎo)線層(參見附圖1和2)，容易被硫化和氧化，鍍銀層在覆晶集成光源長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)會(huì)發(fā)黑，導(dǎo)致反射區(qū)可見光的反射率下降，最終導(dǎo)致覆晶集成光源的光衰。
[0004]以往的覆晶集成光源，基板背面為無(wú)其他敷著材料的氮化鋁AlN陶瓷表面。覆晶集成光源在散熱體上的散熱，需要通過(guò)導(dǎo)熱率不高的導(dǎo)熱硅脂，或?qū)岣?I?8w/mk導(dǎo)熱率)進(jìn)行傳熱。可能成為整體覆晶集成光源加散熱體組合的導(dǎo)熱瓶頸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)，其中，
[0006]所述結(jié)構(gòu)包括預(yù)制基板和覆晶，所述覆晶通過(guò)回流焊焊接到預(yù)制基板上，其中，所述預(yù)制基板包括氮化鋁陶瓷層，所述氮化鋁陶瓷層上的敷銅線路層、反射區(qū)的普通反射層、電極焊盤，所述普通反射層上覆蓋有白色硅膠反射層；回流焊前所述覆晶上預(yù)敷了焊錫。
[0007]進(jìn)一步地，所述預(yù)制基板的芯片焊盤、電極焊盤以及導(dǎo)線表面鍍了金或銀。
[0008]進(jìn)一步地，所述焊錫成分為AuSn (80/20)，或 SAC305，或 SAC405，或 SN100C。
[0009]進(jìn)一步地，所述氮化鋁陶瓷背面選擇塊狀的敷銅結(jié)構(gòu)，其表面鍍金。
[0010]進(jìn)一步地，所述光源結(jié)構(gòu)應(yīng)用于不同功率、不同串并聯(lián)電路、不同尺寸大小的覆晶集成光源。
[0011]進(jìn)一步地，若預(yù)制基板金屬表面為鍍銀，圍壩膠區(qū)域內(nèi)被防硫化涂層覆蓋。
[0012]本發(fā)明還提供了一種覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0013](I)形成所述預(yù)制基板，具體包括:
[0014](Ia)通過(guò)現(xiàn)有的厚膜印刷技術(shù)，或薄膜直接鍍銅技術(shù)，完成氮化鋁陶瓷上布置敷銅線路層；
[0015](Ib)制作集成光源發(fā)光區(qū)普通反射層，材料一般為白色阻焊層油墨，通過(guò)曝光顯影、蝕刻技術(shù)和平整處理技術(shù)，填充覆蓋敷銅線路層周邊區(qū)域，保持反射層和敷銅層高度一致；
[0016](Ic)通過(guò)曝光顯影和蝕刻技術(shù)，完成其余區(qū)域的阻焊層，材質(zhì)也為白色阻焊層油墨;
[0017](Id)露銅層表面化學(xué)沉金；
[0018](Ie)基板反射區(qū)的普通反射層之上，覆蓋白色硅膠反射層；
[0019](2)覆晶放置和布滿在所述預(yù)制基板的芯片焊盤上；
[0020](3)共晶回流焊把陣列覆晶焊接到預(yù)制基板上；
[0021](4)硅膠圍壩膠制作；
[0022](5)覆蓋熒光粉硅膠層。
[0023]本發(fā)明又提供了一種覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0024](I)形成所述預(yù)制基板，具體包括:
[0025](Ia)通過(guò)現(xiàn)有的厚膜印刷技術(shù)，或薄膜直接鍍銅技術(shù)技術(shù)，完成氮化鋁陶瓷上布置敷銅線路層；
[0026](Ib)制作集成光源發(fā)光區(qū)普通反射層，材料一般為白色阻焊層油墨，通過(guò)曝光顯影、蝕刻技術(shù)和平整處理技術(shù)，填充覆蓋敷銅線路層周邊區(qū)域，保持反射層和敷銅層高度一致；
[0027](Ic)通過(guò)曝光顯影和蝕刻技術(shù)，完成其余區(qū)域的阻焊層，材質(zhì)也為白色阻焊層油墨;
[0028](Id)露銅層表面化學(xué)沉銀；
[0029](Ie)基板反射區(qū)的普通反射層之上，覆蓋白色硅膠反射層；
[0030](2)共晶回流焊把陣列覆晶焊接到預(yù)制基板上；
[0031](3)硅膠圍壩膠制作；
[0032](4)圍壩膠區(qū)域內(nèi)防硫化涂層覆蓋；
[0033](5)覆蓋熒光粉硅膠層。
[0034]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:有效地防止了以往技術(shù)中由于高溫共晶回流焊致使普通反射層黃化而引起的覆晶集成光源光衰；有效地防止了以往技術(shù)中采用鍍銀造成的硫化和氧化；經(jīng)過(guò)回流焊后，焊錫內(nèi)的空穴少，有效地降低了焊錫結(jié)構(gòu)的熱阻；降低了 LED集成光源加散熱體組合的熱阻；有效地把熱導(dǎo)出到散熱體上。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖la、lb是現(xiàn)有技術(shù)中的覆晶集成光源結(jié)構(gòu)一。
[0036]圖2a、2b是現(xiàn)有技術(shù)中的覆晶集成光源結(jié)構(gòu)二。
[0037]圖3a_3d是本發(fā)明中的覆晶集成光源結(jié)構(gòu)一。
[0038]圖4a_4d是本發(fā)明中的覆晶集成光源結(jié)構(gòu)二。
[0039]圖5是本發(fā)明中的覆晶集成光源背面結(jié)構(gòu)。
[0040]圖6是本發(fā)明中的12串聯(lián)2并聯(lián)線路的覆晶集成光源。
[0041]圖7是本發(fā)明中的12串聯(lián)3并聯(lián)線路的覆晶集成光源。

【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]實(shí)施例1
[0044]如圖3所示，其中基板反射區(qū)的普通反射層上，覆蓋白色硅膠反射層(whitereflective silicone),其對(duì)可見光的反射率達(dá)90%以上。其中預(yù)制基板的芯片焊盤,和電極焊盤以及導(dǎo)線表面采用了鍍金。其中回流焊前覆晶電極上預(yù)敷了焊錫，焊錫成分為AuSn (80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料。其中所采用的覆晶截面如圖3所示。其中覆晶是通過(guò)固晶和共晶回流焊焊接到預(yù)制基板上的。
[0045]如圖5所示，預(yù)制氮化鋁基板背面，可選擇塊狀的敷銅結(jié)構(gòu)，其表面鍍金。
[0046]如圖6和7所示，上述基板結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于不同功率，不同串并聯(lián)電路，不同尺寸大小的覆晶集成光源。
[0047]對(duì)于反射區(qū)的普通反射層上的覆蓋白色娃膠反射層(white reflectivesilicone)，其對(duì)可見光的反射率達(dá)90%以上，其在高溫下(<350°C )無(wú)黃變。有效的防止了以往技術(shù)中由于高溫共晶回流焊致使普通反射層黃化而引起的覆晶集成光源光衰。
[0048]同時(shí)，由于預(yù)制基板的芯片焊盤，和電極焊盤和導(dǎo)線表面采用了鍍金，有效的防止了以往技術(shù)中采用鍍銀造成的硫化和氧化。
[0049]另外，由于芯片電極上的焊錫(六11511(80/20)，或5六0305，或5六(:405，或5附00(:或其他材料)是預(yù)敷上的，和以往的錫膏回流焊技術(shù)相比，無(wú)空穴。經(jīng)過(guò)回流焊后，焊錫內(nèi)的空穴少，有效的降低了焊錫結(jié)構(gòu)的熱阻。
[0050]再者，預(yù)制氮化鋁(AlN)基板背面，可選擇塊狀的表面鍍銀的敷銅結(jié)構(gòu)。當(dāng)選擇這個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，用戶端可以把集成光源，和集成光源的散熱體通過(guò)低溫焊錫^Ow/mk導(dǎo)熱率，<220°C熔點(diǎn))連接，和以往的采用導(dǎo)熱硅脂，或?qū)岣?I?8w/mk導(dǎo)熱率)連接技術(shù)相比，降低了 LED集成光源加散熱體組合的熱阻。有效的把熱導(dǎo)出到散熱體上。
[0051]所述LED覆晶集成光源結(jié)構(gòu)的具體制備方法為:
[0052]首先形成預(yù)制基板:第一步，通過(guò)業(yè)界現(xiàn)有的厚膜印刷技術(shù)(thick film screenprinting),或薄膜直接鍍銅技術(shù)(thin film Direct Plating Copper)技術(shù),完成氮化招(AlN)陶瓷上布置敷銅線路層。第二步，制作集成光源發(fā)光區(qū)普通反射層，材料一般為白色阻焊層油墨(Liquid photoimageable solder mask),通過(guò)曝光顯影，蝕刻技術(shù)和平整處理技術(shù)，填充覆蓋敷銅線路層周邊區(qū)域，保持反射層和敷銅層高度一致，如圖所示。第三步，通過(guò)曝光顯影和蝕刻技術(shù)，完成其余區(qū)域的阻焊層，材質(zhì)也為白色阻焊層油墨(Liquidphotoimageable solder mask)。第四步，露銅層表面化學(xué)沉金。第五步，基板反射區(qū)的普通反射層之上，覆蓋白色娃膠反射層(white reflective silicone)。
[0053]再形成LED集成光源:第一步，采用如圖3中的覆晶，放置和布滿在圖3中的預(yù)制基板的芯片焊盤上。第二步，共晶回流焊把陣列覆晶，焊接到預(yù)制基板上。第三步，硅膠圍壩膠制作。第四步，覆蓋熒光粉硅膠層。
[0054]實(shí)施例2
[0055]如圖4所示，其中基板反射區(qū)的普通反射層上，覆蓋白色硅膠反射層(whitereflective silicone),其對(duì)可見光的反射率達(dá)90%以上。其中預(yù)制基板的芯片焊盤和電極焊盤以及導(dǎo)線表面采用了鍍銀。其中回流焊前覆晶電極上預(yù)敷了焊錫，其中焊錫成分為AuSn (80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料。其中采用的覆晶截面如圖四所示，覆晶是通過(guò)固晶和共晶回流焊焊接到預(yù)制基板上的。
[0056]當(dāng)覆晶通過(guò)固晶和共晶回流焊焊接到預(yù)制基板上后，覆晶集成光源在圍壩膠區(qū)域內(nèi)，被包裹了防硫化涂層(silver-protective coating agent),如圖4所示。
[0057]如圖5所示，預(yù)制氮化鋁基板背面，可選擇塊狀的敷銅結(jié)構(gòu)，其表面鍍銀。
[0058]如圖6和7所示，上述基板結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于不同功率，不同串并聯(lián)電路，不同尺寸大小覆晶集成光源。
[0059]對(duì)于反射區(qū)的普通反射層上的覆蓋白色娃膠反射層(white reflectivesilicone)，其對(duì)可見光的反射率達(dá)90%以上，其在高溫下(<350°C )無(wú)黃變。有效的防止了以往技術(shù)中由于高溫共晶回流焊致使普通反射層黃化而引起的覆晶集成光源光衰。
[0060]當(dāng)預(yù)制基板的芯片焊盤，和電極焊盤和導(dǎo)線表面采用了鍍銀，為了防止鍍銀面的氧化和硫化，當(dāng)覆晶通過(guò)固晶和共晶回流焊焊接到預(yù)制基板上后，在圍壩膠區(qū)域內(nèi)，被包裹了防硫化涂層(silver-protective coating agent)?？梢杂行У奶嵘y層面的抗氧化,抗硫化能力。
[0061]另外，由于芯片電極上的焊錫(么11511(80/20)，或540305，或54(:405，或5附00(:或其他材料)是預(yù)敷上的。和以往的錫膏回流焊技術(shù)相比，無(wú)空穴。經(jīng)過(guò)回流焊后，焊錫內(nèi)的空穴少，有效的降低了焊錫結(jié)構(gòu)的熱阻。
[0062]再者，預(yù)制氮化鋁(AlN)基板背面，可選擇塊狀的表面鍍銀的敷銅結(jié)構(gòu)。當(dāng)選擇這個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，用戶端可以把集成光源，和集成光源的散熱體通過(guò)低溫焊錫^Ow/mk導(dǎo)熱率，<220°C熔點(diǎn))連接，和以往的采用導(dǎo)熱硅脂，或?qū)岣?I?8w/mk導(dǎo)熱率)連接技術(shù)相比，降低了 LED集成光源加散熱體組合的熱阻。有效的把熱導(dǎo)出到散熱體上。
[0063]所述LED覆晶集成光源結(jié)構(gòu)的具體制備方法為:
[0064]第一步，通過(guò)業(yè)界現(xiàn)有的厚膜印刷技術(shù)(thick film screen printing),或薄膜直接鍍銅技術(shù)(thin film Direct Plating Copper)技術(shù),完成氮化招(AlN)陶瓷上布置敷銅線路層。第二步，制作集成光源發(fā)光區(qū)普通反射層，材料一般為白色阻焊層油墨(Liquidphotoimageable solder mask),通過(guò)曝光顯影，蝕刻技術(shù)和平整處理技術(shù),填充覆蓋敷銅線路層周邊區(qū)域，保持反射層和敷銅層高度一致，如圖所示。第三步，通過(guò)曝光顯影和蝕刻技術(shù)，完成其余區(qū)域的阻焊層，材質(zhì)也為白色阻焊層油墨(Liquid photoimageable soldermask)。第四步，露銅層表面化學(xué)沉銀。第五步，基板反射區(qū)的普通反射層之上，覆蓋白色硅膠反身寸層(white reflective silicone)。
[0065]再形成LED集成光源:第一步，采用如圖四中的覆晶，放置和布滿在圖四中的預(yù)制基板的芯片焊盤上。第二步，共晶回流焊把陣列覆晶，焊接到預(yù)制基板上。第三步，硅膠圍壩膠制作。第四步，圍壩膠區(qū)域內(nèi)防硫化涂層覆蓋。第五步，覆蓋熒光粉硅膠層。
[0066]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，在上述說(shuō)明書的描述中提到的數(shù)值及數(shù)值范圍并不用于限制本發(fā)明，只是為本發(fā)明提供優(yōu)選的實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括預(yù)制基板和覆晶，所述覆晶通過(guò)回流焊焊接到預(yù)制基板上， 其中，所述預(yù)制基板包括氮化鋁陶瓷層，所述氮化鋁陶瓷層上的敷銅線路層、反射區(qū)的普通反射層、電極焊盤，所述普通反射層上覆蓋有白色硅膠反射層； 回流焊前所述覆晶上預(yù)敷了焊錫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)制基板的芯片焊盤、電極焊盤以及導(dǎo)線表面鍍了金或銀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述焊錫成分為AuSn(80/20)，或SAC305，或 SAC405，或 SN100C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氮化鋁陶瓷背面選擇塊狀的敷銅結(jié)構(gòu)，其表面鍍金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光源結(jié)構(gòu)應(yīng)用于不同功率、不同串并聯(lián)電路、不同尺寸大小的覆晶集成光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，若預(yù)制基板金屬表面為鍍銀，圍壩膠區(qū)域內(nèi)被防硫化涂層覆蓋。
7.—種如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)的制備方法，所述方法包括如下步驟: (1)形成所述預(yù)制基板，具體包括: (Ia)通過(guò)現(xiàn)有的厚膜印刷技術(shù)，或薄膜直接鍍銅技術(shù)，完成氮化鋁陶瓷上布置敷銅線路層； (Ib)制作集成光源發(fā)光區(qū)普通反射層，材料一般為白色阻焊層油墨，通過(guò)曝光顯影、蝕刻技術(shù)和平整處理技術(shù)，填充覆蓋敷銅線路層周邊區(qū)域，保持反射層和敷銅層高度一致； (Ic)通過(guò)曝光顯影和蝕刻技術(shù)，完成其余區(qū)域的阻焊層，材質(zhì)也為白色阻焊層油墨； (Id)露銅層表面化學(xué)沉金； (Ie)基板反射區(qū)的普通反射層之上，覆蓋白色硅膠反射層； (2)覆晶放置和布滿在所述預(yù)制基板的芯片焊盤上； (3)共晶回流焊把陣列覆晶焊接到預(yù)制基板上； (4)硅膠圍壩膠制作； (5)覆蓋熒光粉硅膠層。
8.—種如權(quán)利要求3所述的覆晶LED集成光源結(jié)構(gòu)的制備方法，所述方法包括如下步驟: (I)形成所述預(yù)制基板，具體包括: (Ia)通過(guò)現(xiàn)有的厚膜印刷技術(shù)，或薄膜直接鍍銅技術(shù)技術(shù)，完成氮化鋁陶瓷上布置敷銅線路層； (Ib)制作集成光源發(fā)光區(qū)普通反射層，材料一般為白色阻焊層油墨，通過(guò)曝光顯影、蝕刻技術(shù)和平整處理技術(shù)，填充覆蓋敷銅線路層周邊區(qū)域，保持反射層和敷銅層高度一致； (Ic)通過(guò)曝光顯影和蝕刻技術(shù)，完成其余區(qū)域的阻焊層，材質(zhì)也為白色阻焊層油墨； (Id)露銅層表面化學(xué)沉銀； (Ie)基板反射區(qū)的普通反射層之上，覆蓋白色硅膠反射層；(2)共晶回流焊把陣列覆晶焊接到預(yù)制基板上；(3)硅膠圍壩膠制作；(4)圍壩膠區(qū)域內(nèi)防硫化涂層覆蓋；(5)覆蓋熒光粉硅膠層。
【文檔編號(hào)】H01L33/62GK104409616SQ201410646047
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】楊人毅, 趙明燕, 劉劍陽(yáng), 石建青, 田麗花, 霍文旭 申請(qǐng)人:易美芯光（北京）科技有限公司