一种直接板上芯片的LED封装结构及其封装方法与流程

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。

技术实现要素：

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。

本发明解决了垂直结构led芯片的混光问题，提高其出光效率，尤其适用于对混光空间有较高要求的灯具，如t8、t5灯管和直下式平面灯等，同时具有工艺简单、可靠性高等优点。

附图说明

图1为传统led封装工艺流程图；

图2为本发明直接板上芯片led封装工艺流程图；

图3为传统led的封装结构示意图，图中：11—led芯片，12—支架，13—固晶层，14—引线，15—电路，16—焊接层，17—基板，18—一次光学透镜，19—二次光学透镜；

图4为本发明实施例1直接板上芯片led封装结构示意图；

图5为本发明实施例2直接板上芯片led封装结构示意图；

图6为本发明实施例3直接板上芯片led封装结构示意图；

图7为本发明实施例4直接板上芯片led封装结构示意图；

图8为本发明实施例5直接板上芯片led封装结构示意图，图中：61—led芯片，62—直接键合铜基板，63—固晶层，64—金线，65—电路，66—球帽透镜；

图9为本发明实施例3应用于led灯管的结构示意图；

图10为本发明实施例3应用于led面板灯的结构示意图；

图11为本发明实施例3应用于led球泡灯的结构示意图。

具体实施方式

下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

实施例1：

如图1所示为传统led封装工艺流程图，对应的传统led封装结构如图3所示。本发明提出的直接板上芯片led封装工艺流程如图2所示。对应的封装结构如图4所示，一种直接板上芯片的led封装结构包括led芯片21、铝基板22、固晶层23、金线24、自由曲面透镜，其中自由曲面透镜包含两层：第一层为荧光粉和硅胶混合物26、第二层为硅胶27，led芯片21通过固晶层23键合在铝基板22上，金线24的两端分别与led芯片21的上电极、铝基板22上的电路25固定连接，在led芯片21上涂覆有自由曲面透镜的第一层荧光粉和硅胶混合物26，在铝基板22上直接制作有自由曲面透镜的第二层硅胶27，第二层硅胶27将led芯片21、固晶层23、金线24、电路25、荧光粉和硅胶混合物26密封在铝基板22上。

其中，led芯片21为主波长为455nm的蓝光led芯片。

一种直接板上芯片的led封装方法，具体实施步骤如下：

1、准备高光效垂直结构蓝光led芯片21；

2、采用固晶工艺，通过固晶层23将led芯片21键合在铝基板22上，实现led芯片21下电极与铝基板22的电连接；

3、采用引线键合工艺，通过金线24实现led芯片21上电极和铝基板的电路25的电连接；

4、采用保形涂覆工艺，将自由曲面透镜的第一层荧光粉和硅胶混合物26涂覆在led芯片21上表面，加热实现自由曲面透镜的第一层荧光粉和硅胶混合物26的固化；

5、提供自由曲面的模具，采用模顶(molding)成型工艺，直接在铝基板上22制作自由曲面透镜的第二层硅胶27，实现一次配光，得到成品。

实施例2：

图5为本实施例封装结构示意图，一种直接板上芯片的led封装结构包括led芯片31、金属核印刷电路板32、固晶层33、金线34、球帽透镜，其中球帽透镜包含两层：第一层为荧光粉和环氧树脂混合物36、第二层为环氧树脂37，led芯片31通过固晶层33键合在金属核印刷电路板32上，金线34的两端分别与led芯片31的上电极、金属核印刷电路板32上的电路35固定连接，在led芯片31上涂覆有球帽透镜的第一层荧光粉和环氧树脂混合物36，在金属核印刷电路板32上直接制作有球帽透镜的第二层环氧树脂37，第二层环氧树脂37将led芯片31、固晶层33、金线34、电路35、荧光粉和环氧树脂混合物36密封在金属核印刷电路板32上。

其中，led芯片31为主波长为445nm的蓝光led芯片。

一种直接板上芯片的led封装方法，具体实施步骤如下：

1、准备高光效垂直结构蓝光led芯片31；

2、采用固晶工艺，通过固晶层33将led芯片31键合在金属核印刷电路板32上，实现led芯片31下电极与金属核印刷电路板32的电连接；

3、采用引线键合工艺，通过金线34实现led芯片31上电极和金属核印刷电路板的电路35的电连接；

4、采用自由点涂工艺，将球帽透镜的第一层荧光粉和环氧树脂混合物36涂覆在led芯片31上表面，加热实现球帽透镜的第一层荧光粉和环氧树脂混合物36的固化；

5、提供自由曲面的模具，采用模顶(molding)成型工艺，直接在金属核印刷电路板上32制作球帽透镜的第二层环氧树脂37，实现一次配光，得到成品。

实施例3：

图6为本实施例封装结构示意图，一种直接板上芯片的led封装结构包括led芯片41、直接键合铜基板42、固晶层43、金线44和自由曲面透镜46，led芯片41通过固晶层43键合在直接键合铜基板42上，金线44的两端分别与led芯片41的上电极、直接键合铜基板42上的电路45固定连接，在直接键合铜基板42上直接制作有自由曲面透镜46，自由曲面透镜46将led芯片41、固晶层43、金线44、电路45密封在铜基板42上。

其中，led芯片41为主波长为465nm的蓝光led芯片，自由曲面透镜46的材料为荧光粉和硅胶混合物。

一种直接板上芯片的led封装方法，具体实施步骤如下：

1、准备高光效垂直结构蓝光led芯片41；

2、采用固晶工艺，通过固晶层43将led芯片41键合在直接键合铜基板42上，实现led芯片41下电极与直接键合铜基板42的电连接；

3、采用引线键合工艺，通过金线44实现led芯片41上电极和直接键合铜基板的电路45的电连接；

4、提供自由曲面的模具，采用模顶(molding)成型工艺，直接在直接键合铜基板上42制作自由曲面透镜46，实现一次配光，得到成品。

实施例4：

图7为本实施例封装结构示意图，一种直接板上芯片的led封装结构包括led芯片51、直接键合铜基板52、固晶层53、金线54和自由曲面透镜56，led芯片51通过固晶层53键合在直接键合铜基板52上，金线54的两端分别与led芯片51的上电极、直接键合铜基板52上的电路55固定连接，在直接键合铜基板52上直接制作有自由曲面透镜56，自由曲面透镜56将led芯片51、固晶层53、金线54、电路55密封在铜基板52上。

其中，led芯片51为主波长为560nm的黄光led芯片，自由曲面透镜56的材料为硅胶。

一种直接板上芯片的led封装方法，具体实施步骤如下：

1、准备高光效垂直结构黄光led芯片51；

2、采用固晶工艺，通过固晶层53将led芯片51键合在直接键合铜基板52上，实现led芯片51下电极与直接键合铜基板52的电连接；

3、采用引线键合工艺，通过金线54实现led芯片51上电极和直接键合铜基板的电路55的电连接；

4、提供自由曲面的模具，采用模顶(molding)成型工艺，直接在直接键合铜基板上52制作自由曲面透镜56，实现一次配光，得到成品。

实施例5：

与实施例4不同之处在于，其中，led芯片51为主波长为1000nm的红外光led芯片，自由曲面透镜56的材料为环氧树脂。

实施例6：

图8为本实施例封装结构示意图，与实施例4不同之处在于：led芯片61为主波长为400nm的蓝光led芯片，光学透镜66为球帽透镜，球帽透镜66的材料为硅胶。

图9为本发明实施例3应用于led灯管的结构示意图，其中，包含六颗呈直线分布的led芯片。

图10为本发明实施例3应用于led面板灯的结构示意图，其中，包含十六颗呈正四边形分布的led芯片。

图11为本发明实施例3应用于led球泡灯的结构示意图，其中，包含七颗led芯片，中心一颗，外围六颗呈圆周分布。