专利名称：基于高导热基板倒装焊技术的cob封装led模块和生产方法
技术领域：
本发明涉及LED模块光源领域。
背景技术：
当前对LED芯片的封装处理是采用焊丝焊接，而对LED芯片倒装焊技术目前基本上还停留在科研院所实验室中，有很多量产安装工艺问题，并没有走向工业化量产。倒焊装技术是在引线键合的基础上发展而来，它能够解决当前其它各类封装工艺存在的某些缺陷。倒装焊技术的主要特点是工艺简单、连接效率高、可靠性好，并且是一种无铅环保绿色焊接，是未来LED芯片封装领域中极具发展潜力的一种新型工艺。目前倒装焊技术采用的芯片结构不稳定、安装工艺不成熟，基板面上电极与电路布线焊接不稳固、芯片倒装焊工艺都成为需解决的技术关键。通常LED模块光源的基板绝缘层都采用高聚物树脂，具有高绝缘性，但不能使基板散热，而且LED芯片外部封装的保护罩都是平面罩，大功率白光LED的芯片折射率η =2 4，远高于起着透镜作用的封装材料折射率，一般环氧树脂封装材料的折射率约在 1. 4 1. 5。因此，当LED芯片发出的光经过封装材料时，在二者界面处发生全反射效应，造成约50%的光线反射回芯片内部，无法有效发射出，大大减低发光效率，减少了光通量的输出ο
发明内容
本发明提供了基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块和生产方法，是将高导热基板选择和加工、LED芯片倒装焊技术、耐高温COB封装技术和封装透镜光学优化技术有机地融合为一个整体，生产出结构紧凑、功率大、亮度高的LED模块化光源。基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块的生产方法，包括步骤A、制作高导热基板，所述高导热基板从下到上包括金属基有机树脂覆铜基板、绝缘介质层和电解铜箔层，在绝缘介质层中混合有导热的硅类介质填料；B、在电解铜箔层上制作多个凸点电极，所述凸点电极与电解铜箔电路布线电连接；再通过倒装焊接技术将LED芯片工作面朝下，与所述高导热基板上的多个凸点电极直接键合；键合材料不是金属引线、或载带、或合金焊料、或有机导电聚合物，而是直接通过电磁设备产生一个强磁场，凸点电极与LED芯片的工作面之间的分子在磁场作用下直接键合；C、在多个LED芯片的光源顶部，采用光学级硅树脂保护胶将多个LED芯片直接封装在高导热基板上，固封成圆拱形状的透镜保护罩，最后组合成一个整体的LED光源模块。步骤B具体包括，所述高导热基板的电解铜箔电路布线层上设置有多个凸点电极，将LED芯片的工作面朝下放入一个强磁场中，利用强磁场中分子间力将工作面与凸点电极直接键合；
采用多杯集成式COB封装技术，即将每个LED芯片都放在匹配的凹杯中进行无缝封装，避免了相邻LED芯片之间发光的光干扰。采用凹杯这种创新结构，避免了常规COB封装因光干涉作用而减少光通量输出，导致发光率低。所述凹杯壁为垂直杯壁、或为向外倾斜的杯壁，杯壁不透明或内壁涂有反光材料。在多个LED芯片光源顶部封装的透镜保护罩外形为半球形或圆弧形，通过配合调整凹杯壁倾斜度，控制LED芯片出光角度，最终使LED光源模块出光角度为60° 120°中
任意一种。本发明还提供了一种基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块，包括高导热基板和LED芯片，所述高导热基板从下到上包括金属基有机树脂覆铜基板、绝缘介质层和电解铜箔层，在绝缘介质层中混合有导热的硅类介质填料；所述高导热基板上通过倒装焊接技术连接有LED芯片，所述高导热基板的电解铜箔层上有凸点电极与所述LED芯片的工作面直接键合；在多个LED芯片光源顶部采用光学级硅树脂保护胶封装，固封成一个圆拱形状的透镜保护罩。作为一种改进，还包括有凹杯，通过多杯集成式COB封装工艺使每个LED芯片都设置在匹配的凹杯中进行无缝封装。所述凹杯壁为垂直杯壁、或为向外倾斜的杯壁，杯壁不透明或内壁涂有反光材料。在所述金属基有机树脂覆铜基板底面还覆盖有一层PI树脂膜。在多个LED芯片光源顶部封装的透镜保护罩外形为半球形或圆弧形。本发明有如下技术特点和优点采用双面都导热的高导热基板、耐高温填缝倒装焊技术、多杯集成式COB封装方式，并在LED模块化光源顶部采用高透明硅树脂保护胶直接封装在LED芯片基板上，固封成不同圆拱形状的透镜保护罩，减小反射率，大大提高发光效率，这样生产出功率极大、亮度极高、体积极小的LED光源模块，基板导热率提高3倍，延长了产品使用寿命。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块的生产方法流程图。图2是本发明基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 如图1所示，本发明实施例提供了一种基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块的生产方法，包括步骤A、制作高导热基板，所述高导热基板从下到上包括金属基有机树脂覆铜基板、绝缘介质层和电解铜箔层，在绝缘介质层中混合有导热的硅类介质填料。所述高导热基板采用高导热的金属基覆铜基板或有机树脂基覆铜基板，结构为金属层(可采用铝、铝合金、铜、铁、钼、矽钢等金属薄板)、绝缘介质层(可采用改性环氧树脂、 PI树脂、PPO树脂等)和铜箔(可采用电解铜箔、压延铜箔等)三位一体复合制成的金属基覆铜板，并在金属基覆铜板上制作印制电路的一种特殊印制电路板，它被称为金属基印制电路板。其散热性主要取决于金属基材的金属种类，但也与它的绝缘层厚度、热传导性等有关。为了提高金属基印制电路板的热传导性，本发明方法在绝缘层中加人导热型填料，可将连接在铜箔上的电子元件热量快速传导给金属层散热。本发明选择硅类介质填料的原因， 主要是氧化铝填料的价格比硅料高出约10倍，而且采用用硅介质可以在加工可塑性上得到提升，这样结构的金属基覆铜基板和有机树脂基覆铜基板，具有高可靠性、低成本特点， 比现有的基板传热快3倍。步骤B、在电解铜箔层上利用倒装焊技术前工序制作多个凸点电极，所述凸点电极与电解铜箔电路布线电连接；再通过倒装焊接技术将LED芯片工作面朝下，与所述高导热基板上的多个凸点电极直接键合；键合材料不是金属引线、或载带、或合金焊料、或有机导电聚合物，而是直接通过电磁设备产生一个强磁场，凸点电极与LED芯片的工作面之间的分子在磁场作用下直接键合。多个球状的凸点电极要保证成球大小、形状的一致性。LED芯片倒装焊接技术是一种新型的微组装技术，相对于传统的引线键合和载带自动焊互连技术相比，本发明的倒装芯片焊接技术键合引线短、凸点直接与印刷线路板或其它基板焊接、引线电感小、信号间串扰小、信号传输延时短、电性能好，是互连中延时最短、寄生效应最小的一种互连方法，可实现最高的安装密度、最高的I/O数码相机和较低的成本等优点，本发明的倒装焊接技术，是将工作面(有源区里)上制有凸点电极的芯片朝下，与基板布线层直接键合，大大减少了连接工序，也不采用键合材料，节省了成本。还采用多杯集成式COB封装技术，即将每个LED芯片都放在匹配的凹杯中进行无缝封装，避免了相邻LED芯片之间发光的光干扰。采用凹杯这种创新结构，避免了常规COB 封装因光干涉作用而减少光通量输出，导致发光率低。所述凹杯壁为垂直杯壁、或为向外倾斜的杯壁，杯壁不透明或内壁涂有反光材料，集中光线向上发射，提高亮度。在多个LED芯片光源顶部封装的透镜保护罩外形为半球形或圆弧形，通过配合调整凹杯壁倾斜度，控制LED芯片出光角度，最终使LED光源模块出光角度为60° 120°中任意一种。这样提高光通量，还可以方便实现LED面发光的封装，增加单个光源的功率，最大限度避免眩光、光斑及避免因光的干涉作用而降低光效。步骤C、在多个LED芯片的光源顶部，采用光学级硅树脂保护胶将多个LED芯片直接封装在高导热基板上，固封成圆拱形状的透镜保护罩，最后组合成一个整体的LED光源模块。本发明创新性地将其顶部采用球形透镜设计，提高LED出光效率，由于光从封装材料折射出到空气中时也是从光密介质到光疏介质，所以同样也存在全反射现象。如果对光强分布和出光角度有要求的话，那就要重新考虑，不同的透镜形状和封装形状会得到不同的结果。一般说透镜角度大出光角度大，透镜角度小出光角度小。在多个LED芯片光源
5顶部封装的透镜保护罩外形为半球形、或为120°、90°、60°中任意一种出光角度的圆拱形。经过光学设计的透镜光斑将会非常均勻，大大提高了发光效率，亮度提高了 10%。如图2所示，本发明实施例提供一种基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED 模块，包括高导热基板1和LED芯片2，所述高导热基板从下到上包括金属基有机树脂覆铜基板12、绝缘介质层13和电解铜箔层14，在绝缘介质层中混合有导热的硅类介质填料，在所述金属基有机树脂覆铜基板底面还覆盖有一层PI树脂膜11。所述高导热基板上通过倒装焊接技术连接有LED芯片，所述高导热基板的电解铜箔层上有凸点电极3(可以用小金球)与所述LED芯片的工作面21直接键合；在多个LED芯片光源顶部采用光学级硅树脂保护胶封装，固封成一个圆拱形状的透镜保护罩4。作为一种改进，还包括有凹杯5，通过多杯集成式COB封装工艺使每个LED芯片都设置在匹配的凹杯中进行无缝封装。所述凹杯壁为垂直杯壁、或为向外倾斜的杯壁，杯壁不透明或内壁涂有反光材料。在多个LED芯片光源顶部封装的透镜保护罩外形为半球形或圆拱形。可以为 120°、90°、60°中任意一种出光角度的圆拱形。以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块的生产方法，其特征在于，包括步骤A、制作高导热基板，所述高导热基板从下到上包括金属基有机树脂覆铜基板、绝缘介质层和电解铜箔层，在绝缘介质层中混合有导热的硅类介质填料；B、在电解铜箔层上制作多个凸点电极，所述凸点电极与电解铜箔电路布线电连接；再通过倒装焊接技术将LED芯片工作面朝下，与所述高导热基板上的多个凸点电极直接键合；C、在多个LED芯片的光源顶部，采用光学级硅树脂保护胶将多个LED芯片封装在高导热基板上，固封成圆拱形状的透镜保护罩，最后组合成一个整体的LED光源模块。
2.如权利要求1所述生产方法，其特征在于，步骤B包括，所述高导热基板的电解铜箔电路布线层上依次设置有多个凸点电极，将LED芯片的工作面朝下放入一个强磁场中，利用强磁场中分子间力将工作面与凸点电极直接键合；采用多杯集成式COB封装技术，即将每个LED芯片都放在匹配的凹杯中进行无缝封装， 避免了相邻LED芯片之间发光的光干扰。
3.如权利要求2所述生产方法，其特征在于，所述凹杯壁为垂直杯壁、或为向外倾斜的杯壁，杯壁不透明或内壁涂有反光材料。
4.如权利要求1或2所述生产方法，其特征在于，在多个LED芯片光源顶部封装的透镜保护罩外形为半球形或圆弧形，通过配合调整凹杯壁倾斜度，控制LED芯片出光角度，最终使LED光源模块出光角度为60° 120°中任意一种。
5.基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块，其特征在于，包括高导热基板和 LED芯片，所述高导热基板从下到上包括金属基有机树脂覆铜基板、绝缘介质层和电解铜箔层，在绝缘介质层中混合有导热的硅类介质填料；所述高导热基板上通过倒装焊接技术连接有LED芯片，所述高导热基板的电解铜箔层上有凸点电极与所述LED芯片的工作面直接键合；在多个LED芯片光源顶部采用光学级硅树脂保护胶封装，固封成一个圆拱形状的透镜保护罩。
6.如权利要求5所述基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块，其特征在于，还包括有凹杯，通过多杯集成式COB封装工艺使每个LED芯片都设置在匹配的凹杯中进行无缝封装。
7.如权利要求6所述基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块，其特征在于，所述凹杯壁为垂直杯壁、或为向外倾斜的杯壁，杯壁不透明或内壁涂有反光材料。
8.如权利要求5所述基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块，其特征在于，在所述金属基有机树脂覆铜基板底面还覆盖有一层PI树脂膜。
9.如权利要求5所述基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块，其特征在于，在多个LED芯片光源顶部封装的透镜保护罩外形为半球形或圆弧形。
全文摘要
本发明公开了一种基于高导热基板倒装焊技术的COB封装LED模块和生产方法，是采用高导热的金属基覆铜基板和有机树脂基覆铜基板、耐高温填缝倒装焊技术、多杯集成式COB封装方式，并在LED模块化光源顶部材料采用光学级硅树脂保护胶直接封装在LED芯片基板上，固封成不同圆拱形状的透镜保护罩，大大提高发光效率，这样生产出功率极大、亮度极高、体积极小的LED模块化光源模组。
文档编号H01L25/13GK102290504SQ201110264649
公开日2011年12月21日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者周扬, 喻果明, 蔡伟 申请人:惠州市西顿工业发展有限公司