专利名称：一种发光二极管的封装结构及封装方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)的技术领域，更具体地说，它 涉及一种发光二极管的封装结构，本发明还涉及上述封装结构的封装方法。
背景技术：
随着发光二极管(LED)发光效率的进一步的提高，其应用领域也在进一步拓宽，特别 是大功率白光LED，以其长寿命，高效率，无污染等优点，将逐步替代传统的照明光源，成 为新一代的绿色光源。参阅图l、图2所示，就是目前在白光LED的封装技术中比较常见的 封装结构示意图，是通过用短波长的LED芯片100 (蓝光，紫光，紫外光)加一种或者多种 荧光粉的混合物形成不同色温的白光LED。具体的封装过程是将LED芯片100固定于封装支 架101、 102、 103内，然后用金线104键合的方式，把LED芯片100的正负极105、 106和 支架101的正负极107， 108分别连接。目前的封装方式存在的缺点很多，如(l)工序复杂， 要通过固晶、焊线、点粉、灌封等工艺才能到最后的成品；(2)热阻高，目前的LED封装形 式中界面比较多，热阻高， 一般在12~15°C/W，如工艺中LED芯片IOO通过界面导热材料 (TIM) 109固定于支架103上，这层TIM就引入比较高的热阻；(3)封装成本高，目前的 LED封装形式需要用纯铜做导热材料，或者用高导热陶瓷材料，这些都是LED封装成品的成 本高的原因；(4)长期可靠性有隐患，目前，传统的LED封装还需要金线104键合的方式， 键合用金线104本身就是一个比较脆弱的点，对长期使用的可靠性是一个潜在的问题点；尤 其是随着超大功率LED的开发，很多颗LED组成一个大的光源，金线104键合的良率将成 为超大LED灯具发展的制约因素。另外，随着便携式产品的发展需求，也需要LED的封装 向小型化发展，传统的封装形式在封装尺寸特别是封装的厚度上已经很难进一歩突破。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述传统LED封装工艺中存在的不足，提供一种结构简
单、封装方便、热阻低的发光二极管的封装结构。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种上述封装结构的封装方法。
基本特点是LED芯片的电极直接跟支架的金属引线相连接，真正实现没有金线键合歩骤
的封装形式。
本发明的前一技术方案是这样的 一种发光二极管的封装结构，包括支架，固定在支架
中部的LED芯片，在支架内设有左金属引脚和右金属引脚，其中，所述的左金属引脚和右金
属引脚分别与LED芯片焊盘上的正、负极直接焊接。
3上述的一种发光二极管的封装结构中，所述的LED芯片为倒装芯片，在倒装底板的底部 设有与外围散热器连接的金属传热层，这层金属传热层可以兼顾回流焊工艺需要。
上述的一种发光二极管的封装结构中，所述LED芯片的底板材料可以是硅或SiC等半导 体材料，也可以是陶瓷或玻璃等绝缘材料的其中之一。
上述的一种发光二极管的封装结构中，所述的支架上设有反光杯，供发光二极管封装后 解决反光要求。
上述的一种发光二极管的封装结构中，所述的支架上设有透镜安装孔或槽。供发光二极 管封装后解决透镜的安装要求。
上述的一种发光二极管的封装结构中，所述的支架材料为塑胶或多层烧结陶瓷等绝缘材料。
上述的一种发光二极管的封装结构中，所述支架的左金属引脚和右金属引脚为铜或铝或 银的其中之一，在左金属引脚和右金属引脚的表面镀有高反射率的银或铝或镍或镉镀层。
上述的一种发光二极管的封装结构中，所述反光杯的内表面镀有高反射率的银或铝或镍 或镉镀层。
本发明的后一技术方案是这样的 一种发光二极管的封装方法，包括下述歩骤(l)将
左、右金属引脚与支架组合后成型，并且预留出跟LED芯片焊盘焊接用的金属部分、LED器 件表贴用的金属引脚和要放置LED芯片的通孔，以及后续封装LED芯片用的反光杯或透镜 安装孔或槽；(2)将LED芯片放置成型好的亥架内，并使左、右金属引脚分别与焊盘上LED 芯片正负极相接触；(3)利用金属焊接工艺，将左、右金属引脚分别与焊盘上LED芯片正负 极焊接牢固；(4)采用传统的LED封装工艺封装包裹LED芯片；(5)将封装后的LED器件 的进行分光分色和包装。
上述的一种发光二极管的封装方法中，步骤(2)采用回流焊工艺或钎焊工艺。
本发明与现有技术相比，具有下述优点 (1)本发明由于将LED芯片的焊盘跟支架的金属引脚直接焊接，跟传统的封装结构相 比，真正去除了金线键合的过程，即简化了封装工艺，又降低了封装成本，提高封装质量， 可靠性大大提高，拓宽LED的使用领域。
(2)本发明由于不再使用传统支架中的热沉，可以用LED芯片的倒装用底板直接作为 热沉，这样消除了传统封装中芯片跟热沉之间的TIM材料，减少了两个热阻环节，既降低了 总封装热阻，又大大减小了封装尺寸；封装后的产品能达到同等使用功率中最小的外形尺寸 和最小的热阻，可以把目前的封装结构的热阻(典型值为9 16。C/W)降低到2°C/W。 (3)本发明由于封装结构中减少对高导热支架材料的依赖，降低制造成本。(4)本发明的封装结构比传统的LED封装结构简单，生产工序简化，在生产成本大幅 度降低的基础上，还可以跟集成电路的封装线兼容，易于批量化生产。
图1是传统LED封装结构示意图2是传统LED封装结构的局部放大图3是本发明注射成型的支架结构示意图4是本发明插件式封装结构的剖面示意图5是图4的俯视图6是本发明多层烧结陶瓷的支架结构示意图； 图7是表贴式封装结构的剖面示意图； 图8是图7的俯视图； 图9是图7的仰视图。
具体实施方式
实施例1
参阅图3至图5所示，是利用本发明所公开的结构和方法，釆用倒装结构的LED芯片2， LED芯片2是通过金属层8和金属焊料9跟倒装底板2a相连，在倒装底板2a的底部设有可 兼容回流焊工艺的金属传热层5，可以直接跟最终散热器接触，跟传统的封装结构相比，减 少了两个热阻环节，芯片的热阻就是整个封装后器件的热阻，将封装结构的热阻降为最低。 LED芯片2的底板材料为硅或SiC等半导体材料，也可以采用陶瓷或玻璃等绝缘材料的其中 之一。LED芯片2封装在注射成型的塑胶加金属引脚支架1内，形成插孔式无金线直接成型 的LED封装结构。塑胶通过注射成型工艺，把预先冲压好的左金属引脚3、右金属引脚4部 分包裹，预留表贴器件用的引脚3a， 4a，以及跟LED芯片2焊盘相连的部分。同时塑胶成型 时利用模具形成LED后续荧光粉涂覆用的反光杯6，还可以同时成型后续加装透镜用的定位 孔或者卡槽7等(图5中图号7为定位孔)。左金属引脚3和右金属引脚4以采用铜、铝或银 的其中之一为佳，在左金属引脚3和右金属引脚4的表面还镀有高反射率的银、铝、镍或镉 镀层。在反光杯5的内表面也镀有高反射率的银、铝、镍或镉镀层。
具体制作步骤如下
第一步支架1成型，参阅图3所示，左金属引脚3、右金属引脚4通过塑胶注塑成型 工艺跟高温塑胶结合，预留出跟LED芯片2焊盘焊接用的金属部分(即与图中跟焊盘2b， 2c相连接的部分)，LED器件表贴用的金属引脚3a， 4a部分，以及要放置LED芯片2的通 孔，和后续要封装LED芯片2用的反光杯6。第二步将倒装LED芯片2放置在第一步形成的支架1内，如图4所示，倒装LED芯 片2的倒装底板2a上的焊盘2b， 2c，分别跟左金属引脚3，右金属引脚4相接触，并在LED 芯片2的焊盘2b， 2c己经预先涂覆了兼容共晶工艺的金属合金。
第三步.利用回流焊的工艺，将LED芯片2同支架1 -起过回流炉，将LED芯片2与 支架1焊接到一起。
第四步同传统的LED封装工艺基本相同，如果需要颜色的转换，就把需要的荧光粉材 料涂覆到LED芯片2表面，然后将封装用的硅胶、环氧树脂等材料灌封且包裹LED芯片2， 并且视需要加装透镜等二次光学配件，完成整个封装工艺。
第五步同传统LED的封装设备兼容，进行LED器件的分光分色和包装。 本发明的上述步骤，将倒装LED芯片2通过回流焊的方式跟支架1的左金属引脚3、右 金属引脚4直接焊接在一起，实现了五无金线的LED封装，简化了封装工艺。跟传统的LED 封装结构相比，LED芯片2的底板还可直接作为散热体，大大减小了封装后器件的尺寸，特 别是器件的厚度大大降低；同时减少了散热界面，大大降低了热阻，顺应大功率LED的在便 携式产品的使用需求。
上面是做成可插件的形式(ThroughHole),也可以根据使用需求的不同，将实施案例中 的封装形式做成表面贴片(SMD)的形式，满足不同使用场合的需求。
参阅图6至图9所示，本实施方案也是使用倒装结构的LED芯片2， LED芯片2是通过 金属层8和金属焊料9跟倒装底板2a相连，在倒装底板2a的底部设有可兼容回流焊工艺的 金属传热层5，可以直接跟最终散热器接触，跟传统的封装结构相比，减少了两个热阻环节， 芯片的热阻就是整个封装后器件的热阻，将封装结构的热阻降为最低。将LED芯片2封装于 多层烧结陶瓷形成的支架l内，最后形成为表贴式LED封装结构。多层烧结陶瓷通过坯料冲 压等工艺，把反光杯6预先成型。左金属引脚3、右金属引脚4通过多层烧结陶瓷的坯料布 线，将预留跟LED芯片2焊盘相连的地方，最后把左金属引脚3、右金属引脚4引到支架1 背面的表贴的焊盘。
具体制作步骤如下
第一步支架1成型，多层烧结陶瓷通过坯料冲压等工艺，把反光杯6和放置LED芯片 2的通孔预先成型，坯料中预先布好左金属引脚3、右金属引脚4。陶瓷烧结后，形成了预留 了表贴用焊盘3a， 4b和跟LED芯片2连接的金属位置。由于LED芯片2的散热主要通过 LED芯片2的倒装底板2a直接散到下一级散热器，对陶瓷的导热系数就没有特别的要求，这 样可以加大材料的选择范围，降低生产成本，成型后的支架1如图6中所示。
实施例2形成的支架1内，如图7所示，LED芯片2的 倒装底板2a上的焊盘2b， 2c,分别跟左金属引脚3、右金属引脚4相接触，并在LED芯片 2的焊盘2b，. 2c已经预先涂覆了兼容共晶工艺的金属合金。
第三步利用回流焯的工艺，将LED芯片2同支架1一起过回流炉，将LED芯片2同 支架1焊接到一起。
第四步同传统的LED封装工艺基本相同，如果需要颜色的转换，就把需要的荧光粉材 料涂覆到LED芯片2表面，然后将封装用的硅胶、环氧树脂等材料灌封且包裹LED芯片2， 并且视需要加装透镜等二次光学配件，完成整个封装工艺。
第五歩同传统LED的封装设备兼容，进行LED器件的分光分色和包装。
上面做成是表面贴片(SMD)的形式，也可以根据使用需求的不同，延长金属引线，将 实施案例中的封装形式做成可插件的形式(ThroughHole)，满足不同使用场合的需求。
以上所述仅为本发明中两个具体实施举例，并非限定本发明实施范围。凡按照本发明权 利要求保护范围所作的相似变化和修饰，均为本发明内容所涵盖。上述的两个案例中皆以单 个器件举例，用类似的方式可以利用器件焊盘间的互联，可以实现器件级的互联，实现更大 功率的模组。
权利要求
1.一种发光二极管的封装结构，包括支架(1)，固定在支架(1)中部的LED芯片(2)，在支架(1)内设有左金属引脚(3)和右金属引脚(4)，其特征是，所述的左金属引脚(3)和右金属引脚(4)分别与LED芯片(2)焊盘上的正、负极直接焊接。
2. 根据权利要求1所述的一种发光二极管的封装结构，其特征是，所述的LED芯片(2) 为倒装芯片，在倒装底板(2a)的底部设有与外围散热器连接的金属传热层(5)。
3. 根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的封装结构，其特征是，所述LED芯片 (2)的底板材料为硅或SiC或陶瓷或玻璃的其中之一。
4. 根据权利要求1所述的一种发光二极管的封装结构，其特征是，所述的支架(1)上 设有反光杯(6)。
5. 根据权利要求1所述的一种发光二极管的封装结构，其特征是，所述的支架(1)上 设有透镜安装孔或槽(7)。
6. 根据权利要求1或4或5所述的一种发光二极管的封装结构，其特征是，所述的支架 (1)材料为塑胶或多层烧结陶瓷。
7. 根据权利要求6所述的一种发光二极管的封装结构，其特征是，所述支架(1)的左 金属引脚(3)和右金属引脚(4)为铜或铝或银的其中之一，在左金属引脚(3)和右金属引 脚(4)的表面镀有高反射率的银或铝或镍或镉镀层。
8. 根据权利要求4所述的一种发光二极管的封装结构，其特征是，所述反光杯(5)的 内表面镀有高反射率的银或铝或镍或镉镀层。
9. 权利要求1至8所述一种发光二极管的封装结构的封装方法，其特征是包括下述歩骤 (1)将左、右金属引脚与支架组合后成型，并且预留出跟LED芯片焊盘焊接用的金属部分、LED器件表贴用的金属引脚和要放置LED芯片的通孔，以及后续封装LED芯片用的反光杯 或透镜安装孔或槽；(2)将LED芯片放置成型好的支架内，并使左、右金属引脚分别与焊盘 上LED芯片正负极相接触；(3)利用金属焊接工艺，将左、右金属引脚分别与焊盘上LED 芯片正负极焊接牢固；(4)采用传统的LED封装工艺封装包裹LED芯片；(5)将封装后的 LED器件的进行分光分色和包装。
10. 根据权利要求9所述的封装方法，.其特征是，步骤(2)采用回流焊工艺或钎焊工艺。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管的封装结构及封装方法，属于发光二极管技术领域，其封装结构的技术要点包括支架，固定在支架中部的LED芯片，在支架内设有左金属引脚和右金属引脚，其中所述的左金属引脚和右金属引脚分别与LED芯片焊盘上的正、负极直接焊接。其封装方法的技术要点包括(1)支架成型；(2)将左、右金属引脚分别与LED芯片的焊盘电极对齐并设置焊接合金；(3)焊接；(4)封装；(5)分光分色后包装。本发明具有结构简单、封装方便、热阻低的优点，用于发光二极管的封装加工。
文档编号H01L33/00GK101621102SQ20091004125
公开日2010年1月6日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者何国富 申请人:侯瑜虹