[发明专利]一种直接板上芯片的LED封装结构及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED封装技术，尤其是涉及一种直接板上芯片的LED封装结构及其封装方法。

背景技术

是一种基于P-N结电致发光原理制成的半导体发光器件，具有电光转换效率高、使用寿命长、环保节能、体积小等优点，被誉为21世纪绿色照明光源，如能应用于传统照明领域将得到十分显著的节能效果，这在全球能源日趋紧张的当今意义重大。

大功率LED制造产业链主要包括外延生长、芯片制造、封装和应用四个环节。封装环节是连接上游芯片和下游应用的中间纽带，具有机械保护、电信号连接、光学参数调控和散热等关键功能。封装环节的质量直接决定着LED产品的最终光学性能和可靠性。

传统的LED封装工艺包括以下步骤，固晶—引线键合—荧光粉涂覆—固化—盖帽—灌胶—选BIN—印刷锡膏—贴LED元件—过回流焊—检测。工艺流程复杂将增加封装成本，并且工艺过程越复杂，对应生产过程带来的静电冲击和物理伤害的风险越高。同时，二次透镜配光具有封装模块体积大、出光效率低的缺点。

当前的封装形式如仿流明封、装贴片式封装等。对于水平结构LED芯片，多面出光（五面），属于体光源，为了实现侧面出光的利用，支架形式通常为带碗杯的结构，通过全反射实现侧面出光的收集和利用。然而，对于垂直结构LED芯片，只有顶面出光，采用带碗杯支架封装形式会吸收部分光线，造成光效的降低。因此，当前的封装形式并适用于垂直结构LED芯片。

发明内容

本发明的第一个目的在于解决垂直结构LED芯片的混光问题，提供一种结构紧凑、光源尺寸小的直接板上芯片的LED封装结构，该LED封装结构将LED芯片直接键合在基板上，光学透镜直接制作在基板上，简化了封装工艺，提高了封装模块出光效率。

本发明的第二个目的在于针对传统封装方法应用于垂直结构LED芯片存在的混光问题，提供一种直接板上芯片的LED封装方法，该LED封装方法省略了封装支架，简化了封装工艺，降低了热阻，提高了封装模块的可靠性，同时一次光学透镜配光，提高了封装模块的出光效率。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种直接板上芯片的LED封装结构，包括LED芯片、基板、固晶层、引线和光学透镜，若干颗LED芯片通过固晶层分别键合在基板上，引线的两端分别与LED芯片的上电极、基板上的电路固定连接，在每颗LED芯片上设有一颗光学透镜，其特征在于：LED芯片为单面出光形式的垂直结构LED芯片，LED芯片直接键合到基板上，光学透镜直接制作在基板上。

进一步地，所述的若干颗LED芯片为1~1000颗高光效垂直结构LED芯片， LED芯片的主波长范围为400nm~1000nm。

进一步地，所述的光学透镜为球帽透镜或自由曲面透镜中的一种。

进一步地，所述的基板为铝基板、金属核印刷电路板或直接键合铜基板中的一种。

进一步地，所述的若干颗LED芯片在基板上以圆周排列或者多边形排列方式分布。

本发明的第二个目的是这样实现的：

一种直接板上芯片的LED封装方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、准备若干颗LED芯片： LED芯片为高光效垂直结构LED芯片；

B、采用固晶工艺，通过固晶层将若干颗LED芯片分别键合在基板上，实现LED芯片下电极与基板的电连接；

C、采用引线键合工艺，通过引线实现LED芯片上电极和基板的电路的电连接；

D、提供自由曲面或球帽模具，采用成型工艺，直接在基板上制作光学透镜，实现一次配光，得到成品。

进一步地，光学透镜的材料为硅胶，或为环氧树脂，或为荧光粉和硅胶混合物，或为荧光粉和环氧树脂混合物中的一种。

进一步地，光学透镜的制作方法为模顶成型。

进一步地，光学透镜的材料为两层结构：其中第一层为荧光粉和硅胶混合物或荧光粉和环氧树脂混合物，第二层为硅胶或环氧树脂。

进一步地，光学透镜的第一层制作方法为保形涂覆、自由点涂或模顶成型中的一种，光学透镜的第二层制作方法为模顶成型。

本发明所提出的以上技术方案与现有技术相比，优点是：

采用一次光学透镜配光，提高了封装模块的出光效率，结构紧凑，光源尺寸小。同时，省略了封装支架，简化了封装工艺，由芯片-支架和支架-基板两处界面热阻减少为芯片-基板一处界面热阻，降低了热阻，从而散热能力更好，结温更低，封装模块的可靠性更高。