一種led圖形優(yōu)化封裝基板、led封裝體及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及LED封裝領域，特別涉及一種LED圖形優(yōu)化封裝基板、LED封裝體及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] LED相對傳統(tǒng)光源具有節(jié)能、環(huán)保、高效等諸多優(yōu)點，被公認為當今的綠色光源。隨 著其技術的不斷發(fā)展，LED的應用領域已經涉及信號指示燈、汽車大燈、商業(yè)照明等。然而， 高功率LED的實現(xiàn)仍面臨如何提高出光效率，實現(xiàn)特定光學分布的挑戰(zhàn)，存在進一步提升 的空間。
[0003] 影響LED出光效率的因素有很多，包括GaN外延層的晶體質量、缺陷數(shù)目；焚光粉 的顆粒大小、熒光粉的涂覆技術；不同界面材料間的折射、散射以及全反射損失等。其中，界 面散射與折射問題作為LED制造產業(yè)鏈的一個技術難點引起廣泛研宄。由于GaN材料、封 裝劑以及空氣的折射率分別為2. 5~3. 5、1. 4~1. 6、1，這樣的折射率落差首先導致芯片有 源層產生的光進入封裝膠體時的全反射臨界角為34°~40°。其次，當光線通過封裝劑頂 部出射到空氣中時，全反射臨界角為38°~45°。如果入射角大于全反射角的光子被重新 反射回去，可能被相鄰芯片吸收或無限制反射直至能量耗盡。
[0004] 為克服由界面材料折射率落差引起的光損失，研宄者已經嘗試過各種各樣的改進 技術。利用幾何形狀破壞LED芯片表面發(fā)生的全反射現(xiàn)象是一種常用的方法，包括設計芯 片形狀，芯片表面粗糙化，光子晶體技術，制備圖形化襯底等。但這些手段的研宄對象都是 小功率芯片，其次芯片尺寸小，外延層材料易脆，導致加工困難，因此不易實現(xiàn)平面集成的 大功率封裝。
[0005] 為進一步提升LED的發(fā)光效率，還需要從封裝的角度進行提高。集成形式的COB 封裝技術是高功率LED發(fā)展的主流方向，但現(xiàn)有的COB封裝技術多采用平面封裝基板，無法 改變經過全反射回到基板表面的光線的傳播路徑，使很大一部分比例的光線在平面基板表 面無限制反射直至能量耗盡。由此可見，為進一步提高高功率LED的出光效率，還需要在封 裝基板表面改變光線的傳播路徑，并設計最優(yōu)的光線出射路徑。

【發(fā)明內容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種LED圖形 優(yōu)化封裝基板，有效提高了 LED集成光源的出光效率。
[0007] 本發(fā)明的目的之二在于提供包含上述LED圖形優(yōu)化封裝基板的LED封裝體。
[0008] 本發(fā)明的目的之三在于提供上述LED封裝體的制備方法。
[0009] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0010] 一種LED圖形優(yōu)化封裝基板，所述封裝基板上設有倒圓錐凹槽圖案，所述倒圓錐 凹槽的底面半徑為0.3~1mm，倒圓錐凹槽傾角為45°~75°，相鄰倒圓錐凹槽的中心間距 為0. 5~Imm ;所述封裝基板的水平表面及倒圓錐凹槽的表面鍍有銀層。
[0011] 所述封裝基板上除預留安裝LED芯片的位置外，倒圓錐凹槽采用矩形陣列呈周期 性有規(guī)律的排布方式；所述LED芯片采用矩形陣列呈周期性有規(guī)律的排布方式。
[0012] 相鄰倒圓錐凹槽對應的底面圓相切或相交。
[0013] 所述封裝基板的材料為AlSiC復合材料、金屬材料以及陶瓷材料中的一種或多 種，封裝基板的水平表面鍍有AlN或類鉆碳絕緣層。
[0014] 所述倒圓錐凹槽圖案通過數(shù)控機床技術加工在封裝基板表面。
[0015] LED封裝體，包括所述的LED圖形優(yōu)化封裝基板，所述封裝基板上設有銅膜電極和 LED芯片，所述銅膜電極與LED芯片的正負極通過金線連接；所述LED芯片采用COB封裝工 藝封裝在封裝基板上，所述LED芯片上覆蓋有封裝劑。
[0016] 所述LED芯片發(fā)出的一部分光線經封裝劑落入倒圓錐凹槽的表面，經反射后由封 裝劑折射到空氣中；
[0017] 所述LED芯片發(fā)出的一部分光線經封裝劑射入空氣中時發(fā)生全反射，全反射光線 經封裝劑落入倒圓錐凹槽的表面，經反射后由封裝劑折射到空氣中。
[0018] 所述LED封裝體的制備方法，包括以下步驟：
[0019] (1)采用數(shù)控機床技術在鍍有銅膜的無圖案封裝基板上加工倒圓錐凹槽圖案；
[0020] (2)對步驟（1)加工后的封裝基板的表面、倒圓錐凹槽的表面進行拋光處理，拋光 后，分別用丙酮和無水乙醇浸泡所述圖形化基板，并將其放入超聲波清洗儀中清洗；
[0021] (3)對清洗后的封裝基板的水平表面、倒圓錐凹槽的表面上電鍍銀；
[0022] (4)采用COB封裝工藝，將LED芯片封裝到封裝基板上，通過金線將銅膜電極與 LED芯片的正負極連接，引出正負極。
[0023] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：
[0024] (1)本發(fā)明在封裝基板表面加工規(guī)律分布的倒圓錐凹槽，可以在360°范圍內對 經過圓錐軸線的光線進行提取，使到達封裝劑與空氣界面反生全發(fā)射的光線重新回到基板 表面時，所述凹槽能夠改變光線傳播路徑，為其提供直接出射的機會，相比無圖案封裝基板 的LED，將出光效率提高了 13. 5%左右。
[0025] (2)本發(fā)明采用優(yōu)化的圖案參數(shù)，提高了 LED光源發(fā)出光的出射概率，也為大規(guī)模 生產提供可靠的設計指標。
[0026] (3)本發(fā)明采用數(shù)控機床技術在基板表面加工凹槽，該技術由計算機精確操縱，并 可根據(jù)需求靈活設置凹槽的結構參數(shù)，加工過程具有自動化、精確可控的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的實施例1的LED封裝體的結構示意圖。
[0028] 圖2為本發(fā)明的實施例1的LED圖形優(yōu)化封裝基板的俯視圖。
[0029] 圖3為本發(fā)明的實施例1的LED圖形優(yōu)化封裝基板中的與基板成相同傾角的兩條 出射光線傳播路徑圖。
[0030] 圖4為本發(fā)明的實施例2的LED圖形優(yōu)化封裝基板的俯視圖。
[0031] 圖5為本發(fā)明的LED封裝體的總出光提高率隨倒圓錐凹槽的半徑變化趨勢圖。
[0032] 圖6為本發(fā)明的LED封裝體的總出光提高率隨倒圓錐凹槽的傾角變化趨勢圖。
[0033] 圖7為本發(fā)明的LED封裝體的總出光提高率隨倒圓錐凹槽的排布間距變化趨勢 圖。
[0034] 圖8為平面AlSiC封裝基板COB封裝的LED光源的光譜分布曲線圖。
[0035] 圖9為圖形化的AlSiC封裝基板COB封裝的LED光源的光譜分布曲線圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 [00 37] 實施例1
[0038] 如圖1所示，本實施例的LED封裝體，包括LED圖形優(yōu)化封裝基板1，所述封裝基板 上設有銅膜電極3和LED芯片4,所述銅膜電極3與LED芯片4的正負極通過金線5連接； 所述LED芯片采用COB封裝工藝封裝在封裝基板上，所述LED芯片上覆蓋有封裝劑6 ;所述 LED芯片采用矩形陣列呈周期性有規(guī)律的排布方式。
[0039] 如圖2~3所示，本實施例的LED圖形優(yōu)化封裝基板1上設有倒圓錐凹槽圖案，所 述封裝基板上除預留安裝LED芯片的位置（LED芯片臺8)外，倒圓錐凹槽7采用矩形陣列 呈周期性有規(guī)律的排布方式；所述封裝基板的水平表面鍍有AlN絕緣層2 ;封裝基板的水 平表面的AlN絕緣層的表面及倒圓錐凹槽的表面鍍有銀層9。每個圓錐凹槽的底面半徑為 0· 5mm，相鄰圓錐凹槽中心間距為0· 75mm，斜角為60° ;相鄰倒圓錐凹槽位對應的底面圓相 交。
[0040] 如圖3所示，LED芯片作為發(fā)光光源，當光線從折射率較大的封裝劑6射入折射 率小的空氣中時，將有一部分光線如Ll發(fā)生全發(fā)射，其入射角度大于或等于全反射臨界角 α。如果同樣角度的光線L2落入封