专利名称：Led芯片与热沉直接封装的散热组件及其制造设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种LED芯片与热沉封装技术领域。
技术背景LED全称为半导体发光二极管，可直接将电能转化为光能。其特点是功 耗低、高亮度、色彩艳丽、抗震动、寿命长、冷光源等特点。LED产品应用 广泛，尤其是随着发光效率和功率的大幅增长，以LED为光源的各种灯饰产 品在21世纪必然取代白炽灯。半导体元器件通常对温度都十分敏感，对于大功率LED来说，驱动电流 一般在几百毫安以上，P-N结的温升非常明显，而许多应用又需要将多个大功 率LED密集排列使用，其散热问题尤其突出。长时间发热或过高的温度都会 带来稳定性和使用寿命问题。若设LED的P-N结面温度为25'C(典型工作温 度)时亮度为100，则温度升高至75。C时亮度就降至80，到125。C时亮度就剩 60，到175'C时亮度就只剩40。结面温度与发光亮度是呈负的线性关系。温度 对亮度的影响是线性的，但对寿命的影响就呈指数性，若保持在5(TC以下使 用LED有近20,000小时的寿命，75。C时则剩IO，OOO小时，IO(TC时剩5,000 小时，15(TC时剩1,000小时。因此，散热问题是阻碍大功率LED照明应用迅 速普及的一大技术难题。传统的功率LED封装结构如图1所示，首先将芯片la安装在基板4a上， 然后基板4a又粘结在封装6a上。封装6a利用热界面材料7a粘结于热沉2a 上。如果采用这种结构，基板、粘结层以及封装层成为阻碍芯片散热的主要部 分。从芯片到外部热沉的热阻通常大于2(TC/W。发明内容本发明为了解决现有LED封装结构中存在的难于散热的问题，而提出了 一种LED芯片与热沉直接封装的散热组件及其制造设备和方法。LED芯片与热沉直接封装的散热组件由LED芯片1、矩形管状热沉2、 芯片金属膜3、热沉金属膜4和钎料层5组成；在LED芯片1的下表面镀有 形管状热沉2的上表面镀有热沉金属膜4，钎料层5置于 芯片金属膜3和热沉金属膜4之间。制造LED芯片与热沉直接封装的散热组件的设备由定位盒6、固定夹板7 和紧固组件8组成，定位盒6的盒体内部底面设置有一组放置LED芯片1的 芯片凹槽6-l，定位盒6相对应的两个侧壁上分别安装有一对紧固组件8,紧 固组件8由紧固耳轴8-l、紧固螺栓8-2、紧固垫片8-3、紧固弹簧8-4和紧固 螺帽8-5组成；紧固耳轴8-1固定于定位盒6的侧壁上，紧固螺栓8-2的一端 固定于紧固耳轴8-1上，紧固螺栓8-2的一端到另一端依次设置有紧固垫片 8-3、紧固弹簧8-4和紧固螺帽8-5,紧固夹板7为两个宽边边缘处分别开有马 蹄形缺口 7-1的长方形薄板，马蹄形缺口 7-1位置与紧固组件8的位置相对应。制造LED芯片与热沉直接封装的散热组件方法的步骤如下步骤一:在矩形管状热沉2的上表面预设位置各焊点上先镀热沉金属膜4， 然后再镀或印刷上钎料层5，形成预设的钎料凸点；步骤二在钎料层5的钎料凸点上涂敷有助焊膏；步骤三分别将下表面镀有芯片金属膜3的LED芯片1与钎料凸点对正 粘合；步骤四将布满LED芯片1的矩形管状热沉2置于回流焊炉中，加热钎焊；步骤五将焊好的LED芯片1的表面覆上镂空的引线板，完成制造。 对于LED芯片的封装和应用来说，降低了产品的热阻，使P-N结产生的 热量能尽快散发出去，不仅可以提高产品的饱和电流、发光效率，同时也提高 了产品的可靠性和寿命。在设计中避免在导热通道中产生散热瓶颈，确保热量 从内到外快速散发。基于以往的研究结果，本发明去除了高热阻的陶瓷基板和 银胶粘结层或垫片，直接将裸芯片钎焊在热沉上，这就从根本上解决了散热的 瓶颈问题。本发明所设计的热沉为矩形管状， 一方面它较方便与灯具其他构件 相结合，另一方面方便多组热沉连接在一起，既方便了空气自然对流散热，又 可利用其管道进行强迫风冷。本发明适用于单芯片和多芯片阵列封装。
图1是传统典型LED芯片封装结构的剖试图；图2是本发明的LED芯片
与热沉直接封装的散热组件的结构示意图；图3是本发明的制造LED芯片与 热沉直接封装的散热组件设备的结构示意图；图4是本发明的制造LED芯片 与热沉直接封装的散热组件方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图2说明本实施方式，本实施方式中的LED芯片 与热沉直接封装的散热组件由LED芯片1、矩形管状热沉2、芯片金属膜3、 热沉金属膜4和钎料层5组成；在LED芯片1的下表面镀有芯片金属膜3， 在矩形管状热沉2的上表面镀有热沉金属膜4，钎料层5置于芯片金属膜3和 热沉金属膜4之间，通过芯片金属膜3、热沉金属膜4和钎料层5将LED芯 片1和矩形管状热沉2连接。
具体实施方式
二结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于矩形管状热沉2采用铜或铝金属材料。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于芯片金属膜3和热沉金属膜4采用金Au或银Ag材料。.其它 组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于钎料层5采用热阻小的锡银SnAg、锡银铜SnAgCu或锡铅SnPb 合金钎料，且组织致密，热传导通畅。其它组成和连接方式与具体实施方式
一 相同。
具体实施方式
五结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于芯片金属膜3、热沉金属膜4和钎料层5的总厚度为50 150 um。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六结合图3说明本实施方式，本实施方式制造LED.芯片 与热沉直接封装的散热组件的装置由定位盒6、固定夹板7和紧固组件8组成， 定位盒6的盒体内部底面设置有一组放置LED芯片1的芯片凹槽6-1，定位盒 6相对应的两个侧壁上分别安装有一对紧固组件8，紧固组件8由紧固耳轴8-l、 紧固螺栓8-2、紧固垫片8-3、紧固弹簧8-4和紧固螺帽8-5组成；紧固耳轴8-1 固定于定位盒6的侧壁上，紧固螺栓8-2的一端固定于紧固耳轴8-l上，紧固
螺栓8-2的一端到另一端依次设置有紧固垫片8-3、紧固弹簧8-4和紧固螺帽 8-5，固定夹板7为两个宽边边,处分别开有马蹄形缺口 7-1的长方形薄板， 马蹄形缺口 7-1位置与紧固组件8的位置相对应。
具体实施方式
七结合图4说明本实施方式，本实施方式是制造LED芯 片与热沉直接封装的散热组件方法的步骤如下步骤一:在矩形管状热沉2的上表面预设位置各焊点上先镀热沉金属膜4， 然后再镀或印刷上钎料层5，形成预设的钎料凸点；步骤二在钎料层5的钎料凸点上涂敷有助焊膏；步骤三分别将下表面镀有芯片金属膜3的LED芯片1与钎料凸点对正 粘合；步骤四将布满LED芯片1的矩形管状热沉2置于回流焊炉中，加热钎悍；步骤五将焊好的LED芯片1的表面覆上镂空的引线板，完成制造。
具体实施方式
八结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
六不同点在于步骤三采用制造LED芯片与热沉直接封装的散热组件的装置 进行焊接，将下表面镀有芯片金属膜3倒放入芯片凹槽6-l内，将处理好的矩 形管状热沉2放入定位盒6中，使LED芯片1与钎料凸点对正粘合，再用固 定夹板7盖于矩形管状热沉2上，将两面紧固组件8抬起，靠入固定夹板7 的马蹄形缺口7-l内，用紧固垫片8-3压住固定夹板7，旋紧紧固螺帽8-5。其 它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
权利要求
1、LED芯片与热沉直接封装的散热组件，其特征在于它由LED芯片(1)、矩形管状热沉(2)、芯片金属膜(3)、热沉金属膜(4)和钎料层(5)组成；在LED芯片(1)的下表面镀有芯片金属膜(3)，在矩形管状热沉(2)的上表面镀有热沉金属膜(4)，钎料层(5)置于芯片金属膜(3)和热沉金属膜(4)之间。
2、 根据权利要求1所述的LED芯片与热沉直接封装的散热组件，其特征 在于矩形管状热沉(2)采用铜或铝金属材料。
3、 根据权利要求1所述的LED芯片与热沉直接封装的散热组件，其特征 在于芯片金属膜(3)和热沉金属膜(4)采用金Au或银Ag材料。
4、 根据权利要求1所述的LED芯片与热沉直接封装的散热组件，其特征 在于钎料层(5)采用锡银SnAg、锡银铜SnAgCu或锡铅SnPb合金钎料。
5、 根据权利要求1所述的LED芯片与热沉直接封装的散热组件，其特征 在于芯片金属膜(3)、热沉金属膜(4)和钎料层(5)的总厚度为50 150um。
6、 制造LED芯片与热沉直接封装的散热组件的设备，其特征在于它由定 位盒(6)、固定夹板(7)和紧固组件(8)组成，定位盒(6)的盒体内部底面设置有一 组放置LED芯片(1)的芯片凹槽(6-1)，定位盒(6)相对应的两个侧壁上分别安装 有一对紧固组件(8)，紧固组件(8)由紧固耳轴(8-l)、紧固螺栓(8-2)、紧固垫片 (8-3)、紧固弹簧(8-4)和紧固螺帽(8-5)组成；紧固耳轴(8-l)固定于定位盒(6)的 侧壁上，紧固螺栓(8-2)的一端固定于紧固耳轴(8-l)上，紧固螺栓(8-2)的一端到 另一端依次设置有紧固垫片(8-3)、紧固弹簧(8-4)和紧固螺帽(8-5)，固定夹板(7) 为两个宽边边缘处分别开有马蹄形缺口(7-l)的长方形薄板，马蹄形缺口(7-l) 位置与紧固组件(8)的位置相对应。
7、 制造LED芯片与热沉直接封装的散热组件的方法，其特征在于它方法 的步骤如下步骤一在矩形管状热沉(2)的上表面预设位置各焊点上先镀热沉金属膜 (4)，然后再镀或印刷上钎料层(5)，形成预设的钎料凸点；步骤二在钎料层(5)的钎料凸点上涂敷有助焊膏；步骤三分别将下表面镀有芯片金属膜(3)的LED芯片(l)与钎料凸点对正 粘合； 步骤四将布满LED芯片(1)的矩形管状热沉(2)置于回流焊炉中，加热钎焊；步骤五将焊好的LED芯片(1)的表面覆上镂空的引线板，完成制造。 8、根据权利要求6所述的制造LED芯片与热沉直接封装的散热组件的方 法，其特征在于步骤三采用制造LED芯片与热沉直接封装的散热组件的装置 进行焊接，将下表面镀有芯片金属膜(3)倒放入芯片凹槽(6-l)内，将处理好的 矩形管状热沉(2)放入定位盒(6)中，使LED芯片(1)与钎料凸点对正粘合，再用 固定夹板(7)盖于矩形管状热沉(2)上，将两面紧固组件(8)抬起，靠入固定夹板 (7)的马蹄形缺口(7-l)内，用紧固垫片(8-3)压住固定夹板(7)，旋紧紧固螺帽 (8-5)。
全文摘要
一种LED芯片与热沉直接封装的散热组件及其制造设备和方法，本发明涉及LED芯片与热沉封装技术领域。它解决了现有LED封装结构中存在的难于散热的问题。封装结构和方法为在镀有芯片金属膜(3)的LED芯片(1)和镀有热沉金属膜(4)的矩形管状热沉(2)之间焊有钎料层(5)。制造装置由定位盒(6)、固定夹板(7)和紧固组件(8)组成，盒体内部底面设置有一组放置LED芯片(1)的芯片凹槽(6-1)的定位盒(6)，定位盒(6)相对应的两个侧壁上分别安装有一对紧固组件(8)，固定夹板(7)为两个宽边边缘处分别开有与紧固组件(8)的位置相对应马蹄形缺口(7-1)的长方形薄板。本发明降低产品的热阻，使热量能尽快散发出去，提高产品的饱和电流、发光效率，同时也提高了产品的可靠性和寿命。
文档编号H01L33/00GK101150163SQ20071014458
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月9日 优先权日2007年11月9日
发明者孔令超, 王春青, 田艳红 申请人:哈尔滨工业大学