全裸晶封装可调光光电一体led照明组件及制造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED照明驱动电源技术和半导体封装技术领域。
【背景技术】
[0002] LED照明是照明领域的革命性改变，其产品和技术发展目标和趋势是进一步提高 性能、保证使用寿命和降低成本，作为半导体照明，光电一体化封装是重要的技术发展方向 和途径。
[0003] LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但有很大的 特殊性。LED封装主要是做到完成输入输出电、保护管芯正常工作、输出可见光的功能，有 电参数同时又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将传统分立器件的封装用于LED。 LED脚式封装采用引线架作各种封装外型的引脚，是最先研发成功投放市场的封装结构，在 2002年，表面贴装封装的LED (SMDLED)逐渐被市场所接受，从引脚式封装转向SMD符合整个 电子行业发展大趋势。
[0004] 最新出现的C0B封装可将多颗芯片直接封装在合适基板上并通过基板直接散热， 在性能上C0B光源模块可以有效地避免分立光源器件组合存在的点光、眩光等弊端，还可 以通过加入适当红色芯片组合，在不降低光源效率和寿命的前提下，有效地提高光源的显 色性（已做到90以上）。在应用上，C0B光源模块可以使照明灯具厂的组装生产更简单和 方便。在生广上，现有的工艺技术和设备可以支持尚良品率C0B光源彳旲块的大规彳旲制造。
[0005] 目前C0B封装技术主要还是用于LED作为单一器件种类的光源封装，因为驱动电 源部分比较复杂，涉及多种电子元器件种类，目前驱动电源所涉及各种电子元器件都是单 独封装后才能被使用。
[0006] LED照明驱动电源主要有四大类型，阻容降压、恒流二极管、线性电源和开关电源。 驱动电源是将各种情况下电源供应转换为特定电压电流以驱动LED发光的转换器。一般电 源输入有多种情况，对于LED照明而言输出一定为可以随LED正向压降值变化而改变电压 的恒定电流源。
[0007] 最简单的一类驱动电源是阻容降压电路，但其电流随电压波动大，不耐冲击，会严 重影响LED寿命，功率因素低，只能用于一些要求不高的小功率LED照明情况，且效果较差。
[0008] 基于恒流二极管的驱动电源是第二类型，恒流二极管原先主要用于仪器仪表，后 来因其恒流特性被用于一些低功率LED灯的情形。作为LED照明的恒流驱动具有电路结构 简单，成本低廉的优点，但有认为目前恒流二极管的动态范围只有30V，低于电网有时可能 高达上百伏的正常电压波动区间，实际上无法保持恒流，在大动态高电压情况下自身功耗 大，系统效率低，同时温升会导致LED光衰加大，因此并不适合用于通用照明，同时又由于 恒流二极管生产工艺的局限带来性能的一致性不好及合适使用的产品比例较低，容易在大 规模使用时出现产品质量无法稳定的严重问题。
[0009] 基于1C芯片的LED照明驱动电源目前为大量使用的主流方案，具有较好的恒流精 度和各种功能，主要分为开关电源和线性电源两大类型。
[0010] 开关电源类型又有隔离型和非隔离型两种，隔离型适用于低电压大电流的恒定电 流输出，外围元器件较多，体积较大，主要用于外置电源；非隔离型适用于高电压小电流输 出，体积相对较小，效率高，主要用于内置电源。总体而言，开关电源复杂，涉及元器件数量 多，包括电解电容，所以目前不适合进行全裸晶一体化封装。
[0011] 线性1C芯片LED驱动电源方案具有电路相对简单、外围元器件很少、体积小、成本 低、易于集成化的优势。目前已经有单独封装的LED和线性电源中各自单独封装的1C芯片 和元器件全部装在同一块板上，称为D0B(Driver on Board，）也就是常说的光电引擎，最新 的进展是已经使用了 C0B封装技术的封装LED和各类单独封装元器件所组成的电源在同一 个板上，如最近推出的0SRAM产品PrevaLED CoreAC PRO light engines。由于D0B或者 光电引擎所使用的驱动电源仍然是各自单独封装的IC芯片和相关元器件，而线性驱动电 源方案最大的缺陷是散热问题，散热尤其会高度集中于线性电源1C芯片和M0SFET功率管。 传统的1C芯片和元器件封装使用塑料外壳，导热较差，线性驱动电源的散热问题会大大降 低整个系统的稳定性和可靠性。如果将驱动电源的1C芯片和各元器件以裸晶形式直接封 装在导热性能良好且绝缘的基板上则可以解决这一问题，同时降低相关成本。
[0012] 以类似C0B封装技术对裸晶1C芯片和多种类型和尺寸大小的裸晶元器件一体化 封装在一个导热绝缘基板上，是新的尝试，尤其做到大规模自动化生产具有相当的技术和 工艺难度，并非做到实验室样品就意味着解决了问题，能做到大规模高良率生产才真正有 实质意义。由于恒流二极管的电路非常简单，也容易进行裸晶封装，但恒流二极管既是简单 器件又是简单驱动电路，因此，恒流二极管裸晶封装成功对于驱动1C芯片的裸晶封装借鉴 价值不大，因为驱动1C芯片不仅是
[0013] 驱动1C芯片本身要复杂，同时基于驱动1C芯片的驱动电源方案也要复杂的多。
[0014]目前用于1C芯片和元器件的封装技术和类似C0B封装技术相比是非常不同的。
[0015] 1C芯片和元器件的封装技术，即半导体封装技术，发展由来已久，因为封装对于 1C芯片和元器件来说是必须的，也是至关重要的，1C芯片和元器件必须与外界隔离，以防 止空气中的杂质对芯片电路或元器件材料的腐蚀而造成电气性能下降，同时封装后的芯片 和元器件也便于安装和运输。现有封装技术是将1C芯片或元器件用绝缘塑料或陶瓷材料 单独打包引线，封装技术的好坏直接影响到芯片自身性能和与之连接的印制电路板PCB的 设计和制造。
[0016] 目前主要常见的半导体封装有两大类：双列直插封装DIP(Dual In-line Package)和贴片封装SMT (Surface Mounting Technology)。半导体器件有许多具体封装形 式，按封装的外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装三类。从DIP、 S0P、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP，技术指标一代比一代先进。总体说来，半导体封装经历 了三次重大革新：第一次是在20世纪80年代从引脚插入式封装到表面贴片封装，极大地提 高了印刷电路板上的组装密度；第二次是在20世纪90年代球型矩阵封装的出现，满足了市 场对高引脚的需求，改善了半导体器件的性能；而现在晶片级封装、系统性封装等是现在发 生的第三次革新。
[0017] 我们要将所有裸晶发光二极管（LED)和线性驱动电源所有裸晶器件包括1C芯片 一体化封装在导热绝缘基板上，属于系统级封装。这需要对已有LED照明线性驱动电源方 案进行优化，包括对驱动1C芯片进行相应改进，解决各个环节上的技术和工艺难题，才能 实现混合多种晶元类型的全裸晶系统性封装。这一系统性封装的实现能有效解决现有LED 照明线性驱动电源的散热问题，极大地提高系统的性能和质量的一致性，并能够减少已有 产品中很多中间生产环节降低成本，并能进行大规模自动化生产光电一体化LED照明组 件。
【发明内容】
[0018] 本发明所采用的技术方案是：用实验确定适合全裸晶封装的LED照明线性驱动电 源优化方案并确定特定电路，根据特定电路设计全裸晶封装LED照明组件的布线图及选择 合适导热绝缘材料基板并将布线图以导电材料印刷至基板上成为印刷电路，通过实验验证 全裸晶封装各个工艺流程环节并用这些工艺流程将相应裸晶LED、裸晶1C芯片、裸晶整流 二极管、裸晶M0SFET及电阻全部一体化封装到上述基板上的印刷电路中并做最后测试验 证。
[0019] 本发明所述特定电路有多种表现形态，包括根据适合全裸晶封装的LED照明线性 驱动电源优化方案所得到的电路原理图、根据上述原理图所设计布线图及制成印刷电路 和其后全裸晶封装完成后组件的实际完整电路，都为本发明特定电路。
[0020] 本发明一种全