本發(fā)明涉及l(fā)ed封裝技術(shù)，尤其是涉及一種直接板上芯片的led封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。

背景技術(shù)：

是一種基于p-n結(jié)電致發(fā)光原理制成的半導(dǎo)體發(fā)光器件，具有電光轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長、環(huán)保節(jié)能、體積小等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)綠色照明光源，如能應(yīng)用于傳統(tǒng)照明領(lǐng)域?qū)⒌玫绞诛@著的節(jié)能效果，這在全球能源日趨緊張的當(dāng)今意義重大。

大功率led制造產(chǎn)業(yè)鏈主要包括外延生長、芯片制造、封裝和應(yīng)用四個環(huán)節(jié)。封裝環(huán)節(jié)是連接上游芯片和下游應(yīng)用的中間紐帶，具有機(jī)械保護(hù)、電信號連接、光學(xué)參數(shù)調(diào)控和散熱等關(guān)鍵功能。封裝環(huán)節(jié)的質(zhì)量直接決定著led產(chǎn)品的最終光學(xué)性能和可靠性。

傳統(tǒng)的led封裝工藝包括以下步驟，固晶—引線鍵合—熒光粉涂覆—固化—蓋帽—灌膠—選bin—印刷錫膏—貼led元件—過回流焊—檢測。工藝流程復(fù)雜將增加封裝成本，并且工藝過程越復(fù)雜，對應(yīng)生產(chǎn)過程帶來的靜電沖擊和物理傷害的風(fēng)險越高。同時，二次透鏡配光具有封裝模塊體積大、出光效率低的缺點(diǎn)。

當(dāng)前的封裝形式如仿流明封、裝貼片式封裝等。對于水平結(jié)構(gòu)led芯片，多面出光（五面），屬于體光源，為了實(shí)現(xiàn)側(cè)面出光的利用，支架形式通常為帶碗杯的結(jié)構(gòu)，通過全反射實(shí)現(xiàn)側(cè)面出光的收集和利用。然而，對于垂直結(jié)構(gòu)led芯片，只有頂面出光，采用帶碗杯支架封裝形式會吸收部分光線，造成光效的降低。因此，當(dāng)前的封裝形式并適用于垂直結(jié)構(gòu)led芯片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一個目的在于解決垂直結(jié)構(gòu)led芯片的混光問題，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、光源尺寸小的直接板上芯片的led封裝結(jié)構(gòu)，該led封裝結(jié)構(gòu)將led芯片直接鍵合在基板上，光學(xué)透鏡直接制作在基板上，簡化了封裝工藝，提高了封裝模塊出光效率。

本發(fā)明的第二個目的在于針對傳統(tǒng)封裝方法應(yīng)用于垂直結(jié)構(gòu)led芯片存在的混光問題，提供一種直接板上芯片的led封裝方法，該led封裝方法省略了封裝支架，簡化了封裝工藝，降低了熱阻，提高了封裝模塊的可靠性，同時一次光學(xué)透鏡配光，提高了封裝模塊的出光效率。

本發(fā)明的第一個目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種直接板上芯片的led封裝結(jié)構(gòu)，包括led芯片、基板、固晶層、引線和光學(xué)透鏡，若干顆led芯片通過固晶層分別鍵合在基板上，引線的兩端分別與led芯片的上電極、基板上的電路固定連接，在每顆led芯片上設(shè)有一顆光學(xué)透鏡，其特征在于：led芯片為單面出光形式的垂直結(jié)構(gòu)led芯片，led芯片直接鍵合到基板上，光學(xué)透鏡直接制作在基板上。

進(jìn)一步地，所述的若干顆led芯片為1~1000顆高光效垂直結(jié)構(gòu)led芯片，led芯片的主波長范圍為400nm~1000nm。

進(jìn)一步地，所述的光學(xué)透鏡為球帽透鏡或自由曲面透鏡中的一種。

進(jìn)一步地，所述的基板為鋁基板、金屬核印刷電路板或直接鍵合銅基板中的一種。

進(jìn)一步地，所述的若干顆led芯片在基板上以圓周排列或者多邊形排列方式分布。

本發(fā)明的第二個目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種直接板上芯片的led封裝方法，其特征在于：包括以下步驟：

a、準(zhǔn)備若干顆led芯片：led芯片為高光效垂直結(jié)構(gòu)led芯片；

b、采用固晶工藝，通過固晶層將若干顆led芯片分別鍵合在基板上，實(shí)現(xiàn)led芯片下電極與基板的電連接；

c、采用引線鍵合工藝，通過引線實(shí)現(xiàn)led芯片上電極和基板的電路的電連接；

d、提供自由曲面或球帽模具，采用成型工藝，直接在基板上制作光學(xué)透鏡，實(shí)現(xiàn)一次配光，得到成品。

進(jìn)一步地，光學(xué)透鏡的材料為硅膠，或?yàn)榄h(huán)氧樹脂，或?yàn)闊晒夥酆凸枘z混合物，或?yàn)闊晒夥酆铜h(huán)氧樹脂混合物中的一種。

進(jìn)一步地，光學(xué)透鏡的制作方法為模頂成型。

進(jìn)一步地，光學(xué)透鏡的材料為兩層結(jié)構(gòu)：其中第一層為熒光粉和硅膠混合物或熒光粉和環(huán)氧樹脂混合物，第二層為硅膠或環(huán)氧樹脂。

進(jìn)一步地，光學(xué)透鏡的第一層制作方法為保形涂覆、自由點(diǎn)涂或模頂成型中的一種，光學(xué)透鏡的第二層制作方法為模頂成型。

本發(fā)明所提出的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是：

采用一次光學(xué)透鏡配光，提高了封裝模塊的出光效率，結(jié)構(gòu)緊湊，光源尺寸小。同時，省略了封裝支架，簡化了封裝工藝，由芯片-支架和支架-基板兩處界面熱阻減少為芯片-基板一處界面熱阻，降低了熱阻，從而散熱能力更好，結(jié)溫更低，封裝模塊的可靠性更高。

本發(fā)明解決了垂直結(jié)構(gòu)led芯片的混光問題，提高其出光效率，尤其適用于對混光空間有較高要求的燈具，如t8、t5燈管和直下式平面燈等，同時具有工藝簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)led封裝工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明直接板上芯片led封裝工藝流程圖；

圖3為傳統(tǒng)led的封裝結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：11—led芯片，12—支架，13—固晶層，14—引線，15—電路，16—焊接層，17—基板，18—一次光學(xué)透鏡，19—二次光學(xué)透鏡；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1直接板上芯片led封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2直接板上芯片led封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例3直接板上芯片led封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例4直接板上芯片led封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例5直接板上芯片led封裝結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：61—led芯片，62—直接鍵合銅基板，63—固晶層，64—金線，65—電路，66—球帽透鏡；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例3應(yīng)用于led燈管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例3應(yīng)用于led面板燈的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例3應(yīng)用于led球泡燈的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。

實(shí)施例1：

如圖1所示為傳統(tǒng)led封裝工藝流程圖，對應(yīng)的傳統(tǒng)led封裝結(jié)構(gòu)如圖3所示。本發(fā)明提出的直接板上芯片led封裝工藝流程如圖2所示。對應(yīng)的封裝結(jié)構(gòu)如圖4所示，一種直接板上芯片的led封裝結(jié)構(gòu)包括led芯片21、鋁基板22、固晶層23、金線24、自由曲面透鏡，其中自由曲面透鏡包含兩層：第一層為熒光粉和硅膠混合物26、第二層為硅膠27，led芯片21通過固晶層23鍵合在鋁基板22上，金線24的兩端分別與led芯片21的上電極、鋁基板22上的電路25固定連接，在led芯片21上涂覆有自由曲面透鏡的第一層熒光粉和硅膠混合物26，在鋁基板22上直接制作有自由曲面透鏡的第二層硅膠27，第二層硅膠27將led芯片21、固晶層23、金線24、電路25、熒光粉和硅膠混合物26密封在鋁基板22上。

其中，led芯片21為主波長為455nm的藍(lán)光led芯片。

一種直接板上芯片的led封裝方法，具體實(shí)施步驟如下：

1、準(zhǔn)備高光效垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光led芯片21；

2、采用固晶工藝，通過固晶層23將led芯片21鍵合在鋁基板22上，實(shí)現(xiàn)led芯片21下電極與鋁基板22的電連接；

3、采用引線鍵合工藝，通過金線24實(shí)現(xiàn)led芯片21上電極和鋁基板的電路25的電連接；

4、采用保形涂覆工藝，將自由曲面透鏡的第一層熒光粉和硅膠混合物26涂覆在led芯片21上表面，加熱實(shí)現(xiàn)自由曲面透鏡的第一層熒光粉和硅膠混合物26的固化；

5、提供自由曲面的模具，采用模頂(molding)成型工藝，直接在鋁基板上22制作自由曲面透鏡的第二層硅膠27，實(shí)現(xiàn)一次配光，得到成品。

實(shí)施例2：

圖5為本實(shí)施例封裝結(jié)構(gòu)示意圖，一種直接板上芯片的led封裝結(jié)構(gòu)包括led芯片31、金屬核印刷電路板32、固晶層33、金線34、球帽透鏡，其中球帽透鏡包含兩層：第一層為熒光粉和環(huán)氧樹脂混合物36、第二層為環(huán)氧樹脂37，led芯片31通過固晶層33鍵合在金屬核印刷電路板32上，金線34的兩端分別與led芯片31的上電極、金屬核印刷電路板32上的電路35固定連接，在led芯片31上涂覆有球帽透鏡的第一層熒光粉和環(huán)氧樹脂混合物36，在金屬核印刷電路板32上直接制作有球帽透鏡的第二層環(huán)氧樹脂37，第二層環(huán)氧樹脂37將led芯片31、固晶層33、金線34、電路35、熒光粉和環(huán)氧樹脂混合物36密封在金屬核印刷電路板32上。

其中，led芯片31為主波長為445nm的藍(lán)光led芯片。

一種直接板上芯片的led封裝方法，具體實(shí)施步驟如下：

1、準(zhǔn)備高光效垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光led芯片31；

2、采用固晶工藝，通過固晶層33將led芯片31鍵合在金屬核印刷電路板32上，實(shí)現(xiàn)led芯片31下電極與金屬核印刷電路板32的電連接；

3、采用引線鍵合工藝，通過金線34實(shí)現(xiàn)led芯片31上電極和金屬核印刷電路板的電路35的電連接；

4、采用自由點(diǎn)涂工藝，將球帽透鏡的第一層熒光粉和環(huán)氧樹脂混合物36涂覆在led芯片31上表面，加熱實(shí)現(xiàn)球帽透鏡的第一層熒光粉和環(huán)氧樹脂混合物36的固化；

5、提供自由曲面的模具，采用模頂(molding)成型工藝，直接在金屬核印刷電路板上32制作球帽透鏡的第二層環(huán)氧樹脂37，實(shí)現(xiàn)一次配光，得到成品。

實(shí)施例3：

圖6為本實(shí)施例封裝結(jié)構(gòu)示意圖，一種直接板上芯片的led封裝結(jié)構(gòu)包括led芯片41、直接鍵合銅基板42、固晶層43、金線44和自由曲面透鏡46，led芯片41通過固晶層43鍵合在直接鍵合銅基板42上，金線44的兩端分別與led芯片41的上電極、直接鍵合銅基板42上的電路45固定連接，在直接鍵合銅基板42上直接制作有自由曲面透鏡46，自由曲面透鏡46將led芯片41、固晶層43、金線44、電路45密封在銅基板42上。

其中，led芯片41為主波長為465nm的藍(lán)光led芯片，自由曲面透鏡46的材料為熒光粉和硅膠混合物。

一種直接板上芯片的led封裝方法，具體實(shí)施步驟如下：

1、準(zhǔn)備高光效垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光led芯片41；

2、采用固晶工藝，通過固晶層43將led芯片41鍵合在直接鍵合銅基板42上，實(shí)現(xiàn)led芯片41下電極與直接鍵合銅基板42的電連接；

3、采用引線鍵合工藝，通過金線44實(shí)現(xiàn)led芯片41上電極和直接鍵合銅基板的電路45的電連接；

4、提供自由曲面的模具，采用模頂(molding)成型工藝，直接在直接鍵合銅基板上42制作自由曲面透鏡46，實(shí)現(xiàn)一次配光，得到成品。

實(shí)施例4：

圖7為本實(shí)施例封裝結(jié)構(gòu)示意圖，一種直接板上芯片的led封裝結(jié)構(gòu)包括led芯片51、直接鍵合銅基板52、固晶層53、金線54和自由曲面透鏡56，led芯片51通過固晶層53鍵合在直接鍵合銅基板52上，金線54的兩端分別與led芯片51的上電極、直接鍵合銅基板52上的電路55固定連接，在直接鍵合銅基板52上直接制作有自由曲面透鏡56，自由曲面透鏡56將led芯片51、固晶層53、金線54、電路55密封在銅基板52上。

其中，led芯片51為主波長為560nm的黃光led芯片，自由曲面透鏡56的材料為硅膠。

一種直接板上芯片的led封裝方法，具體實(shí)施步驟如下：

1、準(zhǔn)備高光效垂直結(jié)構(gòu)黃光led芯片51；

2、采用固晶工藝，通過固晶層53將led芯片51鍵合在直接鍵合銅基板52上，實(shí)現(xiàn)led芯片51下電極與直接鍵合銅基板52的電連接；

3、采用引線鍵合工藝，通過金線54實(shí)現(xiàn)led芯片51上電極和直接鍵合銅基板的電路55的電連接；

4、提供自由曲面的模具，采用模頂(molding)成型工藝，直接在直接鍵合銅基板上52制作自由曲面透鏡56，實(shí)現(xiàn)一次配光，得到成品。

實(shí)施例5：

與實(shí)施例4不同之處在于，其中，led芯片51為主波長為1000nm的紅外光led芯片，自由曲面透鏡56的材料為環(huán)氧樹脂。

實(shí)施例6：

圖8為本實(shí)施例封裝結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例4不同之處在于：led芯片61為主波長為400nm的藍(lán)光led芯片，光學(xué)透鏡66為球帽透鏡，球帽透鏡66的材料為硅膠。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例3應(yīng)用于led燈管的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，包含六顆呈直線分布的led芯片。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例3應(yīng)用于led面板燈的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，包含十六顆呈正四邊形分布的led芯片。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例3應(yīng)用于led球泡燈的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，包含七顆led芯片，中心一顆，外圍六顆呈圓周分布。