專利名稱：低熱阻led封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種低熱阻發(fā)光二極管(LED)封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light emitting diode.LED)作為新型高效固體光源,具有長壽命、節(jié)能、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)，是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，被認(rèn)為是第3代的照明新技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)和社會意義巨大。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，LED科技發(fā)展迅速，LED在發(fā)光強(qiáng)度、峰值波長、半波帶寬等參數(shù)性能上有很大提高。與傳統(tǒng)光源一樣，半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)在工作期間也會產(chǎn)生熱量，其多少取決于整體的發(fā)光效率。在外加電能量作用下，電子和空穴的輻射復(fù)合發(fā)生電致發(fā)光，在PN結(jié)附近輻射出來的光還需經(jīng)過芯片(chip)本身的半導(dǎo)體介質(zhì)和封裝介質(zhì)才能抵達(dá)外界(空氣)。綜合電流注入效率、輻射發(fā)光量子效率、芯片外部光取出效率等，最終大概只有30-40%的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能，其余60-70%的能量主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點(diǎn)陣振動(dòng)的形式轉(zhuǎn)化熱能。LED的散熱現(xiàn)在越來越為人們所重視，這是因?yàn)長ED的光衰或其壽命是直接和其結(jié)溫有關(guān)，散熱不好結(jié)溫就高，結(jié)溫不但影響長時(shí)間壽命，也還直接影響短時(shí)間的發(fā)光效率。依照阿雷紐斯法則溫度每降低10°C壽命會延長2倍，LED芯片的特點(diǎn)是在極小的體積內(nèi)產(chǎn)生極高的熱量，而LED本身的熱容量很小，所以必須以最快的速度把這些熱量傳導(dǎo)出去，否則就會產(chǎn)生很高的結(jié)溫。為了盡可能地把熱量引出到芯片外面，目前的封裝形式都是將LED芯片用銀膠粘接在銅支架上，然后將銅支架底部涂上導(dǎo)熱硅脂再焊接到布有電路的鋁基散熱板上，最后將鋁基散熱板通過導(dǎo)熱硅脂固定到散熱器上，LED芯片產(chǎn)生的熱量從LED芯片自身到最終的散熱器，中間需要經(jīng)過5層介質(zhì)層，這就增加了串聯(lián)熱阻，導(dǎo)致LED封裝后的總熱阻無法降低。為了降低LED封裝后的總熱阻，也有將LED芯片用銀膠粘接直接封裝在布有電路的鋁基散熱板上，然后將鋁基散熱板通過導(dǎo)熱硅脂固定到散熱器上，這樣LED芯片產(chǎn)生的熱量從LED芯片自身到最終的散熱器，中間還需要經(jīng)過4層介質(zhì)層，LED封裝后的總熱阻還是很高。最好的方法就是將LED芯片通過焊料直接焊接在散熱器上，LED芯片產(chǎn)生的熱量從LED芯片自身只需經(jīng)過一層介質(zhì)層(焊料)就能到達(dá)最終的散熱器，這樣串聯(lián)熱阻最小，但是散熱器體積較大，表面不容易進(jìn)行電路加工，使這種方法實(shí)現(xiàn)起來非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種低熱阻的LED封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，通過該封裝方法得到的低熱阻的LED封裝結(jié)構(gòu)，可以提高LED芯片的出光效率，并且使LED芯片產(chǎn)生的熱量經(jīng)過金屬導(dǎo)熱層迅速擴(kuò)散并傳導(dǎo)到散熱器表面，省掉傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)的中間環(huán)節(jié)，熱阻明顯下降，亮度和可靠性得到提高，整體制作成本下降，提高了產(chǎn)品一致性。本發(fā)明提供一種低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括:
LED 芯片；—支撐電路板,包括:一電路板；一制作在電路板下的反射層和一制作在反射層下的金屬導(dǎo)熱層，該電路板的中間有一通孔，所述LED芯片位于電路板的通孔內(nèi)，該LED芯片通過金屬引線與電路板電性連接；一封膠層，該封膠層將電性連接好的LED芯片固封在支撐電路板中的電路板的通孔內(nèi)。本發(fā)明還提供一種低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其包括以下步驟: 步驟1:取一電路板，該電路板上有一通孔；步驟2:將電路板的背面粘附在耐高溫的粘性材料上；步驟3:將LED芯片固定在電路板的通孔內(nèi)；步驟4:用金屬引線將LED芯片與電路板電性連接；步驟5:用封膠層將LED芯片固封在電路板的通孔內(nèi)，并固化；步驟6 ;將固化后的電路板取出，去掉電路板背面的粘性材料，露出LED芯片的底面；步驟7:采用蒸鍍、濺射或者電鍍的方法，在電路板的背面制作反射層和金屬導(dǎo)熱層，該電路板、反射層和金屬導(dǎo)熱層組成支撐電路板，完成LED封裝結(jié)構(gòu)的制備。本發(fā)明的有益效果是，通過該封裝方法得到的低熱阻的LED封裝結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是無支架，該LED封裝結(jié)構(gòu)可以提高LED芯片的出光效率，并且使LED芯片產(chǎn)生的熱量經(jīng)過金屬導(dǎo)熱層迅速擴(kuò)散，并傳導(dǎo)到散熱器表面，省掉傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)的中間環(huán)節(jié)，熱阻明顯下降，亮度和可靠性得到提高，整體制作成本下降，提高了產(chǎn)品一致性。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中:圖1是本發(fā)明LED封裝方法一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明LED封裝方法另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的方法流程具體實(shí)施例方式請參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明提供一種低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括:LED芯片1，該LED芯片I的數(shù)量大于或等于1，圖1中LED芯片I的數(shù)量為一個(gè)，圖2中LED芯片I的數(shù)量為多個(gè)，該LED芯片I是固體半導(dǎo)體芯片，其發(fā)光材料是紅光、藍(lán)光、綠光或紫外光的發(fā)光材料，LED芯片I可以是大功率芯片，中功率芯片，或者小功率芯片，LED芯片I可以是I顆LED芯片，也可以是多顆單一波長LED芯片之間串并聯(lián)組成，也可以是多顆多波長LED芯片之間串并聯(lián)組成。所述LED芯片I為單波長或多波長的LED芯片，當(dāng)該LED芯片I的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，該LED芯片I之間是串聯(lián)或并聯(lián)(參閱圖2)；一支撐電路板2，包括:一電路板21 制作在電路板21下的反射層22和一制作在反射層22下的金屬導(dǎo)熱層23，該電路板21的中間有一通孔24，所述LED芯片I位于電路板21的通孔24內(nèi)，該LED芯片I通過金屬引線3與電路板21電性連接，該金屬引線3 —般為金線或鋁線，直徑為10-70微米，起到導(dǎo)電連接的作用；該電路板21中間的通孔24的斷面為V型孔、臺階孔或U形孔，不同的斷面會得到不同光提取的效果；該通孔24的形狀為圓孔、方孔或不規(guī)則孔，不同通孔的形狀可以得到不同的光場分布；該通孔24的內(nèi)壁鍍有高反射率的金屬層或光學(xué)膜，該金屬層或光學(xué)膜的材料可以是銀，鋁，或者是其他高反射率的材料，厚度為幾十埃到幾百微米，起到減小通孔24的內(nèi)壁對光的吸收，提高出光效率；該電路板21的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板，表面做有電路層，起到固定LED芯片1，支撐整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)與外部電路之間電路連接的作用；該反射層22的材料為光學(xué)反射膜，可以是銀或鋁，反射層22的厚度為幾十埃到幾百微米，起到將入射到整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)底面的光線反射出去，減小整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)底面對光的吸收，提高出光效率的作用；制作在反射層22下的金屬導(dǎo)熱層23的材料為高導(dǎo)熱率的材料，可以是銅或鋁，金屬導(dǎo)熱層23的厚度為幾十微米到幾千微米，起到將LED點(diǎn)亮?xí)r發(fā)出的熱經(jīng)過金屬導(dǎo)熱層迅速擴(kuò)散，并傳導(dǎo)到散熱器表面快速散出的作用，降低LED的結(jié)溫，降低整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的熱阻，提高LED的發(fā)光效率，提高LED的可靠性。一封膠層4，該封膠層4將電性連接好的LED芯片I固封在支撐電路板2中的電路板21的通孔24內(nèi)，該封膠層4的材料為硅膠或樹脂，該封膠層4中混有熒光粉；熒光粉可以是黃色熒光粉，紅色熒光粉，綠色熒光粉等任何可以被LED芯片I激發(fā)的熒光粉，粒徑為幾個(gè)納米到幾十微米，熒光粉與硅膠或樹脂按所需比例混合均勻，LED芯片I發(fā)出的光與熒光粉被LED芯片I激發(fā)發(fā)出的光混合形成整個(gè)LED封裝結(jié)構(gòu)最后得到的光。請參閱圖3所示，本發(fā)明提供一種低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其包括以下步驟:步驟1:取一電路板21，該電路板21上有一通孔24，該電路板21中間的通孔24的斷面為V型孔、臺階孔或U形孔，不同的斷面會得到不同光提取的效果；該通孔24的形狀為圓孔、方孔或不規(guī)則孔，不同的通孔形狀可以得到不同的光場分布；該通孔24的內(nèi)壁鍍有高反射率的金屬層或光學(xué)膜，該金屬層或光學(xué)膜的材料可以是銀，鋁，或者是其他高反射率的材料，厚度為幾十埃到幾百微米，起到減小通孔24的內(nèi)壁對光的吸收，提高出光效率；該電路板21的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板，表面做有電路層，起到固定LED芯片1，支撐整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)與外部電路之間電路連接的作用；步驟2:將電路板21的背面粘附在耐高溫的粘性材料上，該粘性材料起到暫時(shí)固定LED芯片I的作用；步驟3:將LED芯片I固定在電路板21的通孔24內(nèi)，該LED芯片I的數(shù)量大于或等于1，圖1中LED芯片I的數(shù)量為一個(gè)，圖2中LED芯片I的數(shù)量為多個(gè)，該LED芯片I是固體半導(dǎo)體芯片，其發(fā)光材料是紅光、藍(lán)光、綠光或紫外光的發(fā)光材料，LED芯片I可以是大功率芯片，中功率芯片，或者小功率芯片，所述LED芯片I為單波長或多波長的LED芯片，LED芯片I可以是I顆LED芯片，也可以是多顆單一波長LED芯片之間串并聯(lián)組成，也可以是多顆多波長LED芯片之間串并聯(lián)組成；當(dāng)該LED芯片I的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，該LED芯片I之間是串聯(lián)或并聯(lián)(參閱圖2)；步驟4:用金屬引線3將LED芯片I與電路板21電性連接，該金屬引線3—般為金線或鋁線，直徑為10-70微米，起到導(dǎo)電連接的作用；步驟5:用封膠層4將LED芯片I固封在電路板21的通孔24內(nèi)，并固化，該封膠層4的材料為硅膠或樹脂，該封膠層4中混有熒光粉，熒光粉可以是黃色熒光粉，紅色熒光粉，綠色熒光粉等任何可以被LED芯片I激發(fā)的熒光粉，粒徑為幾個(gè)納米到幾十微米，熒光粉與硅膠或樹脂按所需比例混合均勻，LED芯片I發(fā)出的光與熒光粉被LED芯片I激發(fā)發(fā)出的光混合形成整個(gè)LED封裝結(jié)構(gòu)最后得到的光；
步驟6:將固封后的電路板21放入烘箱內(nèi)烘烤，使封膠固化，一般烘烤溫度為80150 0C ；
步驟7 ;將固化后的電路板21取出，去掉電路板21背面的粘性材料，露出LED芯片I的底面；
步驟7:采用蒸鍍、濺射或者電鍍的方法，在電路板21的背面制作反射層22和金屬導(dǎo)熱層23，該反射層22的材料為光學(xué)反射膜，可以是銀或鋁，反射層22的厚度為幾十埃到幾百微米，起到將入射到整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)底面的光線反射出去，減小整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)底面對光的吸收，提高出光效率的作用；制作在反射層22下的金屬導(dǎo)熱層23的材料為高導(dǎo)熱率的材料，可以是銅或鋁，金屬導(dǎo)熱層23的厚度為幾十微米到幾千微米，起到將LED點(diǎn)亮?xí)r發(fā)出的熱經(jīng)過金屬導(dǎo)熱層迅速擴(kuò)散，并傳導(dǎo)到散熱器表面快速散出的作用，降低LED的結(jié)溫，降低整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的熱阻，提高LED的發(fā)光效率，提高LED的可靠性；該電路板21、反射層22和金屬導(dǎo)熱層23組成支撐電路板2，完成LED封裝結(jié)構(gòu)的制備。
以上所述，僅是本發(fā)明的實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案范圍之內(nèi)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括: LED芯片； 一支撐電路板，包括:一電路板；一制作在電路板下的反射層和一制作在反射層下的金屬導(dǎo)熱層，該電路板的中間有一通孔，所述LED芯片位于電路板的通孔內(nèi)，該LED芯片通過金屬引線與電路板電性連接； 一封膠層，該封膠層將電性連接好的LED芯片固封在支撐電路板中的電路板的通孔內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)，其中固定在電路板通孔內(nèi)的LED芯片的數(shù)量大于或等于1，該電路板中間的通孔的斷面為V型孔、臺階孔或U形孔；該通孔的形狀為圓孔、方孔或不規(guī)則孔；該通孔的內(nèi)壁鍍有高反射率的金屬層或光學(xué)膜。
3.如權(quán)利要求2所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)，其中LED芯片是固體半導(dǎo)體芯片，其發(fā)光材料是紅光、藍(lán)光、綠光或紫外光的發(fā)光材料，所述LED芯片為單波長或多波長的LED芯片，該LED芯片是串聯(lián)或并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)，其中該電路板的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板。
5.如權(quán)利要求1所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)，其中該封膠層的材料為硅膠或樹脂，該封膠層中混有熒光粉。
6.如權(quán)利要求1所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)，其中反射層的材料為光學(xué)反射膜，反射層的厚度為幾十埃到幾百微米；該金屬導(dǎo)熱層的材料為銅或鋁，金屬導(dǎo)熱層的厚度為幾十微米到幾千微米。
7.一種低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其包括以下步驟: 步驟1:取一電路板，該電路板上有一通孔； 步驟2:將電路板的背面粘附在耐高溫的粘性材料上； 步驟3:將LED芯片固定在電路板的通孔內(nèi)； 步驟4:用金屬引線將LED芯片與電路板電性連接； 步驟5:用封膠層將LED芯片固封在電路板的通孔內(nèi)，并固化； 步驟6 ;將固化后的電路板取出，去掉電路板背面的粘性材料，露出LED芯片的底面；步驟7:采用蒸鍍、濺射或者電鍍的方法，在電路板的背面制作反射層和金屬導(dǎo)熱層，該電路板、反射層和金屬導(dǎo)熱層組成支撐電路板，完成LED封裝結(jié)構(gòu)的制備。
8.如權(quán)利要求7所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其中固定在電路板通孔內(nèi)的LED芯片的數(shù)量大于或等于1，該電路板中間的通孔的斷面為V型孔、臺階孔或U形孔；該通孔的形狀為圓孔、方孔或不規(guī)則孔；該通孔的內(nèi)壁鍍有高反射率的金屬層或光學(xué)膜。
9.如權(quán)利要求8所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其中LED芯片是固體半導(dǎo)體芯片，其發(fā)光材料是紅光、藍(lán)光、綠光或紫外光的發(fā)光材料，所述LED芯片為單波長或多波長的LED芯片，該LED芯片是串聯(lián)或并聯(lián)。
10.如權(quán)利要求7所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其中該電路板的材料是PCB板、鋁基板或陶瓷基板。
11.如權(quán)利要求7所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其中該封膠層的材料為硅膠或樹脂，該封膠層中混有熒光粉。
12.如權(quán)利要求7所述的低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其中反射層的材料為光學(xué)反射膜，反射層的 厚度為幾十埃到幾百微米；該金屬導(dǎo)熱層的材料為銅或鋁，金屬導(dǎo)熱層的厚度為幾十微米到幾千微米。
全文摘要
一種低熱阻LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括LED芯片；一支撐電路板，包括一電路板；一制作在電路板下的反射層和一制作在反射層下的金屬導(dǎo)熱層，該電路板的中間有一通孔，所述LED芯片位于電路板的通孔內(nèi)，該LED芯片通過金屬引線與電路板電性連接；一封膠層，該封膠層將電性連接好的LED芯片固封在支撐電路板中的電路板的通孔內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是無支架，該LED封裝結(jié)構(gòu)可以提高LED芯片的出光效率，并且使LED芯片產(chǎn)生的熱量經(jīng)過金屬導(dǎo)熱層迅速擴(kuò)散，并傳導(dǎo)到散熱器表面，省掉傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)的中間環(huán)節(jié)，熱阻明顯下降，亮度和可靠性得到提高，整體制作成本下降，提高了產(chǎn)品一致性。
文檔編號H01L33/48GK103151445SQ20131006779
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者盧鵬志, 楊華, 鄭懷文, 于飛, 薛斌, 伊?xí)匝? 王國宏, 王軍喜, 李晉閩 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所