专利名称：一种led芯片的封装方法和封装模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED芯片的封装方法和封装结构，尤其涉及一种大功率白光 LED芯片的COB (Chip On Board)封装方法和封装模块。
背景技术：
现有大功率LED芯片的封装结构如图1所示，大功率LED芯片10封装在一个 铜基支架14上形成单个发光器件。在应用时，LED芯片10焊接到基板19上。金 属基板16的表面上覆有绝缘层17和由铜箔构成的覆铜层(也称为布线层)18。 LED 芯片10通过焊料与覆铜层18电气连接。金属基板16 —般采用铝、铜等高热传导 性金属，绝缘层17—般使用聚合物材料等。由于LED芯片10和基板19之间存在 多个热介面以及基板绝缘层17的低传热性，造成LED芯片10的热量无法导出，长 时间工作将导致LED的光衰加剧，亮度降低，使用寿命縮短。同时，金属基板16 由于成本过高，也困扰着大功率LED的应用和推广。
针对以上应用的一些问题，有一种采用COB封装的改进结构，如图2所示。 LED芯片10封装在金属基板18上的凹杯内，改进了 LED的散热。LED芯片10固定 于杯底，通过金线13与基板19的覆铜层18电气连接。这种方法减少了 LED封装 的热介面，对散热有一定的改善，但是其焊线暴露于基板之上，在可靠性方面还存 在一定的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种LED芯片的封装方法，便于解 决LED封装应用的散热和成本问题，并可根据需要调整LED封装的出光角度，同时 能满足照明灯具的功率要求。
本发明的另一目的是提供了一种LED芯片的封装模块，便于解决LED封装应 用的散热和成本问题，并可根据需要调整LED封装的出光角度，同时能满足照明灯具的功率要求。
本发明的技术方案为本发明揭示了一种LED芯片的封装方法，包括 在FR4基材的第一绝缘层上开设至少一个通孔； 通过电镀高热传导性金属填充满该通孔，形成金属柱； 电镀或层压一层金属铜层与金属柱紧密连接，形成热扩散面； 在该金属铜层上压一层第二绝缘层，并在镀金属柱处形成凹槽； 在该第二绝缘层上覆铜布线以电气互联，形成覆铜层；
在该覆铜层上不断层压第三绝缘层，增加该凹槽的深度并形成具有倾斜角度 的凹槽；
在该具有倾斜角度的凹槽表面涂上反光层； 在位于该FR4基材的最上层的第四绝缘层上设置一缺口； 将LED芯片封装在该具有倾斜角度的凹槽中的镀金属处上，通过金线绑定至 覆铜层，然后覆上荧光粉； 注入硅胶以形成透镜。
上述的LED芯片的封装方法，其中，该具有倾斜角度的凹槽包括圆台凹槽、 圆弧凹槽或阶梯凹槽其中之一。
上述的LED芯片的封装方法，其中，注入硅胶以形成透镜的步骤是通过缺口 直接将硅胶注入以形成透镜。
上述的LED芯片的封装方法，其中，注入硅胶以形成透镜的步骤是在透镜内 注射硅胶以形成透镜。
上述的LED芯片的封装方法，其中，该高热传导性金属是铜。 本发明还揭示了一种LED芯片的封装模块，包括 FR4基板，包括
第一绝缘层，位于该FR4基板的底部，其上开设至少一个通孔； 电镀金属层，形成在该第一绝缘层的整个表面之上，电镀高热传导性金 属以填充该通孔并在其中形成金属柱；i
第二绝缘层，在该电镀金属层之上，在镀金属柱处形成具有倾斜角度的 凹槽，在该凹槽的表面涂有反光层；
覆铜层，在该第二绝缘层之上覆铜布线以电气互联；第三绝缘层，位于该覆铜层上；
顶层，位于该FR4基板的顶部，其上设有一缺口； LED芯片，封装在该具有倾斜角度的凹槽中的镀金属处上，通过金线绑定至 该覆铜层，在该芯片上覆有荧光粉；
硅胶层，位于该覆有荧光粉的LED芯片之上。
上述的LED芯片的封装模块，其中，该具有倾斜角度的凹槽包括圆台凹槽、圆
弧凹槽或阶梯凹槽其中之一。
上述的LED芯片的封装模块，其中，该硅胶层上设有透镜。 上述的LED芯片的封装模块，其中，该电镀金属层是覆铜层，该高热传导性金
属是铜。
本发明对比现有技术，有如下的有益效果本发明将LED芯片直接封装在FR4 印刷电路板上，简化了LED封装结构，减少了热介面，降低了封装成本。LED产生 的热量可通过底部的铜柱迅速传导出去。并且，本发明通过多层层压工艺，形成 LED的反光倒圆台凹槽，通过调节圆台凹槽的锥度可以得到不同的反射角度。在同 一块FR4印刷电路板上可封装多颗LED芯片，制成的LED封装模块具有优良的散热 特性、光学特性和很高的可靠性。
图1是现有大功率LED封装安装在基板上的剖视图。
图2是现有大功率LED封装COB封装在基板上的剖视图。
图3是本发明的LED芯片封装方法的第一实施例的流程图。
图4是本发明的LED芯片封装模块的第一实施例的剖面图。
图5是图4实施例的俯视图。
图6是本发明的LED芯片封装方法的第二实施例的流程图。 图7是本发明的LED芯片封装模块的第二实施例的剖面图。 图8是本发明的LED芯片封装方法的第三实施例的流程图。 图9是本发明的LED芯片封装模块的第三实施例的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。 封装方法的第一实施例
图3示出了本发明的LED芯片封装方法的第一实施例的流程。请参见图3，下 面是对本实施例的LED芯片封装方法的各个步骤的详细描述。
步骤S10:在FR4基材的第一绝缘层上开设多个通孔。各个通孔之间可间隔相 等的距离。
步骤Slh通过电镀高导热性金属填充满这些通孔，形成金属柱。 一般而言， 是采用电镀铜来填充满这些通孔，形成铜柱。
步骤S12:电镀或层压一层金属铜层，与金属柱紧密连接，形成热扩散面。 步骤S13:在金属铜层上压一层第二绝缘层，并在镀金属柱处形成凹槽。 步骤S14:在第二绝缘层上覆铜布线以实现电气互联，从而形成覆铜层(亦称
为布线层)。
步骤S15:在覆铜层上不断层第三绝缘层，增加凹槽深度并形成具有倾斜角度
的凹槽。在本实施例中凹槽是倒圆台形状的凹槽，当然也可以是圆弧凹槽或阶梯凹 槽。
步骤S16:在凹槽表面涂上反射材料以形成反光层。
步骤S17:在位于FR4基材的最上层的第四绝缘层上设置一个缺口。
步骤S18:将LED芯片封装在凹槽中的镀金属处上，通过金线绑定至覆铜层，
然后覆上荧光粉。
步骤S19:通过缺口直接注入硅胶以形成透镜。
本实施例的方法采用FR4电路板，通过电镀铜填充通孔的方法将LED封装在 多个铜柱上，大大简化了 LED的封装结构。此外采用了 C0B技术在电路板上直接安 装LED芯片，易于制造。
封装模块的第一实施例
图4示出了对应图3的LED芯片的封装模块的剖面结构，图5示出其俯视图。 请参见图4，本实施例的LED芯片的封装模块包括FR4基板37a、 LED芯片10a以 及硅胶层12a。其中FR4基板37a进一步包括第一绝缘层32a、电镀铜层31a、第 二绝缘层33a、覆铜层34a、第三绝缘层35a和第四绝缘层38a。第一绝缘层32a
7位于FR4基板37a的底部，其上开设多个通孔，这些通孔等间距设置。电镀铜层 31a在第一绝缘层32a之上，通过电镀铜以填充这些通孔并在其中形成铜柱。第二 绝缘层33a在电镀铜层31a之上，且在镀铜柱处形成具有倾斜角度的凹槽，例如在 本实施例中是倒圆台状的凹槽，当然也可以是圆弧凹槽或阶梯凹槽。凹槽表面涂有 反射材料以形成反光层。覆铜层34a在第二绝缘层33a之上覆铜布线以实现电气互 联。第三绝缘层35a位于覆铜层34a上。第四绝缘层38a位于FR4基板37a的顶部， 其上设有一个缺口。
LED芯片10a封装在凹槽中的镀铜处上，通过金线13a绑定至覆铜层34a，在 芯片10a上覆有荧光粉lla。硅胶层12a位于该覆有荧光粉lla的LED芯片10a之上。
请同时参见图5，在FR4基板37a上封装多颗LED芯片，铜焊盘34a实现对外 部的电气连接。
封装方法的第二实施例
图6示出了本发明的LED芯片封装方法的第一实施例的流程。请参见图6，下
面是对本实施例的LED芯片封装方法的各个步骤的详细描述。
步骤S20:在FR4基材的第一绝缘层上开设一个面积较大的通孔。
步骤S21:通过电镀高导热性金属填充满这个通孔，形成金属柱。 一般而言，
是采用电镀铜来填充满这些通孔，形成铜柱。也可以通过填充其他的高导热材料固
化后形成导热柱。
步骤S22:电镀或层压一层金属铜层与金属柱紧密连接，形成热扩散面。 步骤S23:在金属铜层上压一层第二绝缘层，并在镀金属柱处形成凹槽。 步骤S24:在第二绝缘层上覆铜布线以实现电气互联，从而形成覆铜层(亦称 为布线层)。
步骤S25:在覆铜层上不断层第三绝缘层，增加凹槽深度并形成具有倾斜角度
的凹槽。在本实施例中凹槽是倒圆台形状的凹槽，当然也可以是圆弧凹槽或阶梯凹 槽。
步骤S26:在凹槽表面涂上反射材料以形成反光层。
步骤S27:在位于FR4基材的最上层的第四绝缘层上设置一个缺口 。步骤S28:将LED芯片封装在凹槽中的镀金属处上，通过金线绑定至覆铜层，
然后覆上荧光粉。
步骤S29:通过缺口直接注入硅胶以形成透镜。
本实施例的方法采用FR4电路板，通过电镀铜填充通孔的方法将LED封装在 这个较大的铜柱上，大大简化了 LED的封装结构。此外采用了 COB技术在电路板上 直接安装LED芯片，易于制造。
封装模块的第二实施例
图7示出了对应图6的LED芯片的封装模块的剖面结构。请参见图7，本实施 例的LED芯片的封装模块包括FR4基板37b、 LED芯片10b以及硅胶层12b。其中 FR4基板37b进一步包括第一绝缘层32b、电镀铜层31b、第二绝缘层33b、覆铜层 34b、第三绝缘层35b和第四绝缘层38b。第一绝缘层32b位于FR4基板37b的底 部，其上开设一个面积较大的通孔。电镀铜层31a在第一绝缘层32b之上，通过电 镀铜以填充这个通孔并在其中形成铜柱。第二绝缘层33b在电镀铜层31b之上，且 在镀铜柱处形成具有倾斜角度的凹槽，例如在本实施例中是倒圆台状的凹槽，当然 也可以是圆弧凹槽或阶梯凹槽。凹槽表面涂有反射材料以形成反光层。覆铜层34b 在第二绝缘层33b之上覆铜布线以实现电气互联。第三绝缘层35b位于覆铜层34b 上。第四绝缘层38b位于FR4基板37b的顶部，其上设有一个缺口。
LED芯片10b封装在凹槽中的镀铜处上，通过金线13b绑定至覆铜层34b，在 芯片10b上覆有荧光粉llb。硅胶层12b位于该覆有荧光粉lib的LED芯片10b之 上。
同样的，在FR4基板37b上封装多颗LED芯片，铜焊盘34b实现对外部的电 气连接。
封装方法的第三实施例
图8示出了本发明的LED芯片封装方法的第三实施例的流程。请参见图8，下 面是对本实施例的LED芯片封装方法的各个步骤的详细描述。
步骤S30:在FR4基材的第一绝缘层上开设多个通孔。各个通孔之间可间隔相 等的距离。
9步骤S3h通过电镀高导热性金属填充满这些通孔，形成金属柱。 一般而言，
是采用电镀铜来填充满这些通孔，形成铜柱。
步骤S32:电镀或层压一层金属铜层与金属柱紧密连接，形成热扩散面。 步骤S33:在金属铜层上压一层第二绝缘层，并在镀金属柱处形成凹槽。 步骤S34:在第二绝缘层上覆铜布线以实现电气互联，从而形成覆铜层(亦称
为布线层)。
步骤S35:在覆铜层上不断层第三绝缘层，增加凹槽深度并形成具有倾斜角度
的凹槽。在本实施例中凹槽是倒圆台形状的凹槽，当然也可以是圆弧凹槽或阶梯凹槽。
步骤S36:在凹槽表面涂上反射材料以形成反光层。
步骤S37:在位于FR4基材的最上层的第四绝缘层上设置一个缺口 。 步骤S38:将LED芯片封装在凹槽中的镀金属处上，通过金线绑定至覆铜层， 然后覆上荧光粉。
步骤S39:通过在PC (polycarbonate,聚碳酸脂)透镜内注入硅胶以形成透 镜，也可以是PMMA透镜或者COC透镜。
本实施例的方法采用FR4电路板，通过电镀铜填充通孔的方法将LED封装在 多个铜柱上，大大简化了 LED的封装结构。此外采用了 COB技术在电路板上直接安 装LED芯片，易于制造。
封装模块的第三实施例
图9示出了对应图8的LED芯片的封装模块的剖面结构。请参见图9，本实施 例的LED芯片的封装模块包括FR4基板37c、 LED芯片10c、硅胶层12c以及PC透 镜61c。其中FR4基板37c进一步包括第一绝缘层32c、电镀铜层31c、第二绝缘 层33c、覆铜层34c、第三绝缘层35c和第四绝缘层38c。第一绝缘层32c位于FR4 基板37c的底部，其上开设多个通孔，这些通孔等间距设置。电镀铜层31c在第一 绝缘层32c之上，通过电镀铜以填充这些通孔并在其中形成铜柱。第二绝缘层33c 在电镀铜层31c之上，且在镀铜柱处形成具有倾斜角度的凹槽，例如在本实施例中 是倒圆台状的凹槽，当然也可以是圆弧凹槽或阶梯凹槽。凹槽表面涂有反射材料以 形成反光层。覆铜层34c在第二绝缘层33c之上覆铜布线以实现电气互联。第三绝缘层35c位于覆铜层34c上。第四绝缘层38c位于FR4基板37c的顶部，其上设有 一个缺口。
LED芯片10c封装在凹槽中的镀铜处上，通过金线13c绑定至覆铜层34c，在 芯片10c上覆有荧光粉llc。硅胶层12c位于该覆有荧光粉11c的LED芯片10c之 上。而PC透镜61c位于硅胶层12c之上，PC透镜也可以被PMMA透镜或COC透镜替换。
在FR4基板37c上可以以上述的结构封装多颗LED芯片，铜焊盘34c实现对 外部的电气连接。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普 通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或 变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提 到的创新性特征的最大范围。
权利要求
1、一种LED芯片的封装方法，包括在FR4基材的第一绝缘层上开设至少一个通孔；通过电镀高热传导性金属填充满该通孔，形成金属柱；电镀或层压一层金属铜层与金属柱紧密连接，形成热扩散面；在该金属铜层上压一层第二绝缘层，并在镀金属柱处形成凹槽；在该第二绝缘层上覆铜布线以电气互联，形成覆铜层；在该覆铜层上不断层压第三绝缘层，增加该凹槽的深度并形成具有倾斜角度的凹槽；在该具有倾斜角度的凹槽表面涂上反光层；在位于该FR4基材的最上层的第四绝缘层上设置一缺口；将LED芯片封装在该具有倾斜角度的凹槽中的镀金属处上，通过金线绑定至覆铜层，然后覆上荧光粉；注入硅胶以形成透镜。
2、 根据权利要求1所述的LED芯片的封装方法，其特征在于，该具有倾斜角 度的凹槽包括圆台凹槽、圆弧凹槽或阶梯凹槽其中之一。
3、 根据权利要求1所述的LED芯片的封装方法，其特征在于，注入硅胶以形 成透镜的步骤是通过缺口直接将硅胶注入以形成透镜。
4、 根据权利要求1所述的LED芯片的封装方法，其特征在于，注入硅胶以形 成透镜的步骤是在透镜内注射硅胶以形成透镜。
5、 根据权利要求1所述的LED芯片的封装方法，其特征在于，该高热传导性 金属是铜。
6、 一种LED芯片的封装模块，包括FR4基板，包括第一绝缘层，位于该FR4基板的底部，其上开设至少一个通孔；电镀金属层，形成在该第一绝缘层的整个表面之上，电镀高热传导性金属以填充该通孔并在其中形成金属柱；第二绝缘层，在该电镀金属层之上，在镀金属柱处形成具有倾斜角度的凹槽，在该凹槽的表面涂有反光层；覆铜层，在该第二绝缘层之上覆铜布线以电气互联；第三绝缘层，位于该覆铜层上；顶层，位于该FR4基板的顶部，其上设有一缺口；LED芯片，封装在该具有倾斜角度的凹槽中的镀金属处上，通过金线绑定至该覆铜层，在该芯片上覆有荧光粉；硅胶层，位于该覆有荧光粉的LED芯片之上。
7、 根据权利要求6所述的LED芯片的封装模块，其特征在于，该具有倾斜角度的凹槽包括圆台凹槽、圆弧凹槽或阶梯凹槽其中之一。
8、 根据权利要求6所述的LED芯片的封装模块，其特征在于，该硅胶层上设有透镜。
9、 根据权利要求6所述的LED芯片的封装模块，其特征在于，该电镀金属层是覆铜层，该高热传导性金属是铜。
全文摘要
本发明公开了一种LED芯片的封装方法和封装模块，解决LED封装应用的散热和成本问题。其技术方案为方法包括在FR4基材的第一绝缘层上开设至少一个通孔；通过电镀高热传导性金属填充满该通孔，形成金属柱；电镀或层压一层金属铜层与金属柱紧密连接，形成热扩散面；在金属铜层上压一层第二绝缘层，并在镀金属柱处形成凹槽；在第二绝缘层上覆铜布线以电气互联，形成覆铜层；在覆铜层上不断层压第三绝缘层，增加凹槽深度并形成具有倾斜角度的凹槽；在凹槽表面涂上反光层；在位于FR4基材的最上层的第四绝缘层上设置缺口；将LED芯片封装在凹槽中的镀金属处上，通过金线绑定至覆铜层，然后覆上荧光粉；注入硅胶以形成透镜。本发明应用于LED芯片封装领域。
文档编号H01L23/367GK101677116SQ20081020011
公开日2010年3月24日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者袁柳林 申请人:上海科学院;上海亮硕光电子科技有限公司