专利名称：Led灯芯和led芯片及制造方法
技术领域：
本发明属于LED技术领域，特别涉及到LED灯芯和LED芯片内的热传导技术。
背景技术：
LED散热问题是当前LED照明普及推广的一大关键技术问题。由于LED芯片 需要散热，使得LED照明灯要象现白炽灯和日光灯等一样，灯芯(灯泡)是标准化的部 件，并且方便安装，增加了一层困难。现LED照明灯、灯具和灯芯，还没有实现相对独 立、并便于装配的标准化部件，因而使得其成本更高。从单纯的传热学来分析，LED散热只是一常温传热过程，并不复杂。但由于传 热学和成熟的传热技术知识，以及与传热关联的其他基础知识没有充分地被LED行业内 人员认知，因而当前LED散热技术及产品被复杂化，处于初级阶段。从LED结点到空气对流换热面(也就是散热片)的传热过程是导热过程，由于 LED晶片面积小，热流密度非常高，该导热过程在整个LED散热中非常重要。减小导热 过程的热阻，最有效又简单的办法就是采用高导热材料，比如铜和铝，导热系数高，材 料成本低，易加工成型。但铜和铝为金属导体，作为电器的LED照明器具，必须满足用 电安全要求，LED结点与散热片(金属外露部件)之间必须达到一定高的绝缘要求，一般 耐电压要达到上千伏的绝缘要求。绝缘和导热是相互矛盾的，现产品常常将LED晶片设 置在一陶瓷绝缘衬片上，利用陶瓷耐电压高，导热系数也不低，来解决此问题。虽然陶 瓷，比如A1203陶瓷导热系数可达20W/m K，但比铝小十倍，比铜小近二十倍，LED 晶片上的热流密度高达106W/m2 ；采用0.2mm厚的A1203绝缘衬，仅在该绝缘衬上的导 热温差就要达到10°C，另外0.2mm厚的A1203陶瓷片的加工成本也不低。现通常都采用 导热性不高的固晶胶(一般为银胶)，固定晶片，这又导致晶片与绝缘衬两界面间非常高 的导热温差。
发明内容
本发明的目的就是针对LED散热过程中的导热过程。一、解决现实灯芯标准化 中的热传导问题；二、LED芯片内的导热和绝缘之间的矛盾，提出结构简单、成本低的 技术方案。本发明的技术方案LED灯芯主要包括有晶片、热扩散片以及导热芯构成，晶 片产生的热量通过热扩散片传到导热芯，再由热芯传到散热片。本发明的特征是导热 芯采了用铝或铜；导热芯与散热片的(即导热芯向外传热的)接触传热面采用了圆锥柱结 构、或螺纹柱结构或锥形螺柱结构；晶片是焊接贴在热扩散片上；热扩散片的面积大于 五倍的晶片面积，厚度不小于0.5mm，并且采用铜或铝、或铜铝复合材料；热扩散片与 导热芯之间设置有高压绝缘层，高压绝缘层的厚度大于0.1mm。导热芯采用圆锥柱结构，散热片上也有相配的圆锥孔，只要很小的推挤力，就 可得到被放大数倍的导热芯圆锥柱面与散热片的圆锥孔面之间的接触压力，因而接触热阻减小，圆锥孔和圆锥柱容易加工成型，配合精度容易保证，造价低，安装也方便。由 于螺纹柱面的表面积被放大，接触传热面积就被放大，导热芯与散热片之间的接触热阻 就减小，比如采用普通的60°三角牙螺纹，其表面积为圆柱面的两倍，采用旋转方式将 LED灯芯装入散热片(灯具)中，可以不需要工具，操作方便。锥形螺柱结构则综合了 圆锥柱结构和螺纹柱结构的优点接触压力大、接触面积大，便于安装。采用本发明的 导热芯，解决了 LED灯芯与散热片之间的热传导问题，并且便于LED灯芯的装配，也就 解决了现实LED灯芯标准化首要问题。本发明中的热扩散片，虽然与现产品的热沉的作用和传热过程类似，但本发明 首次明确其重要作用——热扩散作用，并称之为热扩散片。因为LED晶片面积小，如 lXlmm大小的晶片，即使耗电1.2W，其热密度就达到106W/m2，非常之高，因而解决 晶片与热扩散片之间的接触热阻问题成了首要问题，而两者之间的电绝缘问题次之。焊 接工艺，即使采用成本最低的锡焊，金属锡的导热系数也是60W/m K之多，比高级的 导热膏也要高十倍多，因而晶片采用焊接工艺，焊接贴在热扩散片上，将有效降低晶片 与热扩散片之间的导热温差。作为热扩散作用的热扩散片不仅要采用导热性高的材料， 其面积和厚度也要足够大，因而热扩散片采用铜和铝，并且要求热扩散片面积要5倍以 上的晶片面积，厚度不小于0.5mm，设计时最好是选不小于10倍的晶片面积，如果晶片 为lXlmm、1W,热扩散片厚度应达到1.0mm以上，其目的和作用就是使热量在热扩散 片内有效扩散，降低热扩散片与导热芯之间的热流密度。为满足用电安全规范要求的绝 缘问题，就可以由热扩散片与导热芯之间的高压绝缘层来解决。本发明中，高压绝缘层定义为耐直流电压达到500V以上的绝缘层。前面提出热扩散片与导热芯之间的高压绝缘层的厚度大于0.1mm，如采用A1203 陶瓷绝缘层，0.1mm厚耐直流电压可达1千伏，这是为了让热扩散片与导热芯之间的绝缘 层承担决大部分或全部安规所定的绝缘要求，减少晶片与热扩散片之间的绝缘要求，或 根本就不考虑两者之间的绝缘，以降低两者之间传热温差。如果晶片与热扩散片之间采用锡焊，两者之间的锡料厚为20i!m，在106W/m2 热流密度情况下，两者界面之间传热温差计算可得At = 0.32°C，经热扩散片，如果热 流密度降低8倍为1.25X 105W/m2，热扩散片与导热芯之间的高压绝缘层采用0.2mm厚 的A1203陶瓷，导热系数为20W/m K，则计算可得高压绝缘层处的传热温差At = 1.25也就是说LED灯芯内的两处界面的热传导温差之和在2°C度内。如果将0.2mm 厚的A1203陶瓷绝缘片设在晶片和热扩散片(热沉)之间(一种现产品结构)，仅陶瓷片两 侧传热温差计算可得At=10°C，是上述的5倍之多，可见采用本发明可以显著降低LED 灯芯内的热传导温差。在以后的具体实施方式
中，将进一步阐述本发明的LED灯芯便于 防水密封，大批量生产，标准化实现等优点。针对由晶片和热扩散片组成的LED芯片部件，本发明还从降低导热热阻，降低 成本，方便制造方面出发，提出了具体结构和制造方法。一、热扩散片采用铝或铜、或铜铝复合材料；晶片与热扩散片的焊接触面积大 于三分之一的晶片面积；热扩散片上设有高压绝缘层，或低压绝缘层；高压绝缘层采用 通过阳极氧化方法，直接从热扩散片上的金属铝表面生长出的氧化铝膜，该膜的厚度大 于50i!m;低压绝缘层采用了通过气相沉积生成的陶瓷绝缘膜、或通过阳极氧化直接从热扩散片上的金属铝表面生长出的氧化铝膜，该膜厚小于50iim。二、晶片的pn结电极为V型电极，采用倒装结构；热扩散片采用铜或铝、或铜 铝复合材料；晶片上设置有导热焊盘；晶片与热扩散片的焊结接触面积大于三分之一的 晶片面积；晶片上的n结电极和p结电极或部分p结电极外侧被一层通过气相沉积生成的 陶瓷绝缘膜覆盖，导热焊盘设在该陶瓷绝缘膜的外侧。三、LED芯片中采用了绝缘片材制成的晶片定位片，晶片定位片焊接或粘接贴 在热扩散片上，晶片镶嵌在定位片中的晶片定位嵌口中，晶片焊接贴在热扩散片上。四、一种LED芯片封装制造方法，其特征在于采用了晶片定位板，在晶片定 位片上开有数多晶片定位嵌口，和不少于两个定位孔；热扩散片板上有相对应的焊盘和 定位孔；晶片先固定嵌在晶片定位嵌口中，再一起贴在热扩散片板上，再一起加热进行 晶片与热扩散片的焊接工序；或晶片定位板先贴在热扩散片板上，再将晶片嵌入晶片定 位嵌口中，再一起加热进行晶片与热扩散片的焊接工序。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。图1是一种装配有散热片的本发明LED灯芯的特征剖面示意图，导热芯为圆锥 柱结构，示出了灯芯与散热片的配合关系。图2是一种本发明的LED灯芯的特征剖面示意图，导热芯为螺纹柱结构。图3是一种本发明的LED灯芯的特征剖面示意图，导热芯为锥形螺柱结构，并 配有灯罩，示出了引出导线结构以及密封防水措施特征。图4是一种装配有散热片的本发明LED灯芯的特征剖面示意图，示出了灯芯与 灯具(散热片)之间的电的连接采用弹性触头与触点式结构。图5和图6为LED灯芯上的晶片分布示意图，表示晶片或晶片组呈径向散开布 置，尽可能均勻分散。图7是一种本发明的大功率LED灯芯的特征剖面示意图，中部贯通，并设置有 散热肋片。图8和图9分别是两种本发明的LED芯片特征剖面示意图，pn结电极为L型电 极，特别适合碳化硅衬底的晶片。图10是一种本发明的LED芯片特征剖面示意图，pn结电极为V型电极，并且 是倒装结构，导热焊盘和p极焊盘为一体，特别适用于蓝宝石衬底的晶片。图11是一种图10所示芯片的晶片特征示意图，示出了 p、n结电极及其焊盘、 陶瓷绝缘膜、导热焊盘，示出n极焊盘在四个角上。图12是图11中的陶瓷绝缘膜和导热焊盘的示意图。图13是一种本发明的LED芯片特征剖面示意图。图14是一种图13所示芯片中的晶片的特征示意图，示出了 p、n结电极及其焊 盘、陶瓷绝缘膜、导热焊盘。图15是图14中的陶瓷绝缘膜和导热焊盘的示意图。图16和图17是表示一种本发明的采用晶片定位板，保证晶片与热扩散片对位焊 接的特征示意图，图17是图16的特征剖面示意图。
图18是表示一种本发明的采用晶片定位板，保证晶片与热扩散片对位焊接的特 征示意图。图19、20分别是两种本发明的采用了晶片定位片的LED芯片特征剖面示意图， L型pn结电极，适用于碳化硅衬底的晶片。图21、22、23分别是三种本发明的采用了晶片定位片的LED芯片特征剖面示意 图，V型pn结电极电极，倒装结构。图24是一种图23所示芯片中的晶片特征示意图。图中1、晶片，2、热扩散片，3、散热片，4、高压绝缘层，5、螺钉，6、导 热芯，7、散热肋片，8、低压绝缘层，9、引出导线，10、封胶，11、PCB板，12、灯 罩，13、触点，14、弹性触头，15、衬底，16、导热焊盘，17、n极焊盘，18、n极引 线，19、电极引线绝缘层，20、p结电极，21、陶瓷绝缘膜，22、n结电极，23、p极焊 盘，24、p极引线，25、晶片定位板，26、定位孔，27、热扩散片板，28、晶片定位片， 29、导线，30、焊料。
具体实施例方式图1示出导热芯6采用圆锥柱结构，圆锥形柱面(即导热芯向外的传热面)与 散热片3的中心锥形孔紧密接触，热量就是通过该接触面从导热芯6传到散热片3上的， 因而接触面之间的间隙要尽可能小，即配合精度要高、接触压力要大。圆锥柱和圆锥孔 加工简单，精度容易保证，只要很小的推挤力就可得到放大数十倍的接触压力，图中采 用螺钉5拉紧力，将导热芯6紧紧地被套在散热片3的中心锥形孔中。为进一步减小导 热芯与散热片之间的接触热阻，应在柱面或孔内涂上导热膏，比如硅脂。虽然铝的导热系数不如铜，但是铝的价格低，更容易加工成形，比如采用热压 注工艺，生产铝导热芯，效率高费用低；又由于在导热芯内的热流密度已被降低，因而 从造价成本来考虑，导热芯最好采用铝。图1中示出，只有一片热扩散片2，有数个晶片1设置(焊接)在热扩散片2上， 热扩散片2通过高压绝缘层4贴在导热芯6的一端面，该端面将被称为吸热面，相对的另 一端，也就是设有螺钉5的那端称为导热芯后端。紧贴导热芯吸热面的热扩散片的那面 称为热扩散片的B面，而设置晶片的那面称为热扩散片的A面。采用陶瓷片作为高压绝缘层，存有以下问题一、陶瓷片加工成本不低，易 碎；二、存在陶瓷片与热扩散片以及导热芯之间的界面接触热阻问题，如果采用焊接工 艺，效率低，成本高。如果采用胶粘工艺，则接触热阻高。采用阳极氧化工艺，直接从 导热芯或热扩散片上的金属铝生长出氧化铝膜，作为高压绝缘层，则消除了高压绝缘层 与热扩散片或导热芯之间界面的接触热阻问题。阳极氧化工艺成本低，效率高，适合大 批生产。通过阳极氧化生成的氧化铝膜，有孔隙，孔隙对导热和绝缘都不利，应进行封 孔处理，比如用绝缘漆或石蜡，最好是采用导热系数高的硅脂等材料。硬质阳极氧化工 艺和微弧氧化(又称微等离子体氧化或阳极火花沉积)工艺，生成的氧化铝膜更加厚，更 加适用于制造高压绝缘层。图2所示的LED灯芯，导热芯6采用螺纹柱结构，同样也采用单片热扩散片结 构，但晶片1集中设置(焊接)在热扩散片2的中心处，并且在热扩散片2的A面设置有低压绝缘层8。有了该绝缘层，就可在热扩散片的A面上设置电路和与晶片相对应的焊 盘和电极引线，以及那些辅助元件(比如防静电保护元件)就可和晶片一起设置在热扩散 片上，一起封装，这样的结构集成度高，便于下游生产。由于晶片的热流密度高，因而 降低该绝缘层的导热热阻尤为重要，绝缘强度并不重要，不必达到用电安全规范要求， 只要达到所用电压的最高值即可，220V市电峰值电压可达到380V，也就是说，该绝缘层 绝缘强度最高达到450V就可以了，此为低压绝缘，则该绝缘层称为低压绝缘层。采用气相沉积工艺生成的陶瓷膜，比如金钢石、SiC、A1N、BN、BeO、A1203 等陶瓷膜，致密、绝缘性好、导热性高，特别是金刚石、SiC、A1N、BN、BeO为高导 热性陶瓷，不仅可用于本发明中的热扩散片A面上的低压绝缘层，更加适用于以后将阐 述的晶片上的陶瓷绝缘膜。气相沉积工艺包括有物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积 (VCD)，这两种工艺都可用于制造本发明中的低压绝缘层。气相沉积工艺虽然生成的陶瓷膜，致密、导热性高，还能生成高导热性陶瓷 膜，但陶瓷膜的厚度薄(几微米)，成本高，特别是要得到耐压上百伏的陶瓷膜(膜厚度 要达到lOiim以上)，成本就更高。铝阳极氧化工艺同样可用于本发明中热扩散片A面 的低压绝缘层的制造，虽然生成的氧化铝膜的导热性不如气相沉积工艺制造的高，但成 本低，容易得到较厚的膜，绝缘强度达到100V以上。设计时，低压绝缘层的氧化铝膜厚 度应小于50i!m，控制该处的导热热阻。虽然铜比铝贵，更不容易加工成型，但由于热扩散片材料用量非常少，外形简 单(片状)，制造容易，更重要的是晶片的热流密度高，则高导热性材料更重要，因而热 扩散片应首先选用铜。要想在铜热扩散片表面生成阳极氧化的氧化铝绝缘层，就应采用 铜铝复合材料，在铜板表面覆有一层铝。热扩散片A面上的铝层厚度要薄，其厚度只要 够有于阳极氧化所需的铝厚即可。图3所示的一种本发明LED灯芯，导热芯6采用锥形螺柱结构，并且还配有灯 罩12，引出导线9穿过导热芯6，从导热芯的后端引出，这样的电的连接结构，不仅结构 紧凑，便于装配，而且容易实现灯芯高要求的防水绝缘密封。如图中所示，在导热芯后 端，引出导线9引出处，设有封胶10，非常容易地实现引出导线9引出处，可靠的防水绝 缘密封。灯芯的前端的防水绝缘密封则可通过灯罩12以及灌封密封胶处理来实现。防 水绝缘对于户外电器，如路灯，非常重要。灯罩12不仅起着灯芯防水绝缘作用，还可用 作光学上的反射、聚光等作用。图3中每颗晶片配有一热扩散片，即是多LED芯片结构，并且高压绝缘层4不仅 在导热芯吸热面上设有，而且在热扩散片的B面上也有，因而单颗LED芯片具有高压绝 缘特性。这样的结构，特别适合采用阳极氧化工艺生成氧化铝绝缘层，比如，要实现绝 缘强度达到耐电压2千伏，氧化铝膜的厚度就要达到200 ym，采用单面生长，难度大， 如果分成两面，分别生长，各lOOiim厚，难度就减小，并且致密度更高，导热性也更 好。图中示出有PCB板11，LED芯片嵌装在PCB板11中，可将LED芯片的辅助电路 就设置在PCB板11上，引出导线9也与PCB板11上的电路焊接连接。图3中的灯芯与外供电源连接采用引线式，也可采用接线端子式或触点或触盘 式，接线端子或触点(触盘)设置在导热芯后端，连接电线(引出导线9)穿过导热芯， 即内藏在导热芯内。图4中示出的LED灯芯就采用了触点式结构，灯芯上的触点13与固定在散热片3上的弹性触头14相接触，就象现有的灯泡一样。通过采用专用的传热计算软件，计算模拟九颗lXlmm，发热1W的晶片，在一 散热片中的导热传热过程，得出九颗晶片集中在一起时的结点温度要比分散布置(相 互间距达5mm时)，要高出近5°C之多。从传热基本知识也可分析得出，为降低导热热 阻，LED晶片在热扩散片上或晶片与热扩散片组成的LED芯片在导热芯上，应尽可能分 散布置，单颗晶片的功率尽可能小，数量尽可能多。图5是6颗晶片在一热扩散片上分 散布置图。图6示出，四颗LED芯片在导热芯6上分散布置，每颗芯片中有三颗晶片构 成的晶片组。在实际设计应用中，存在多颗晶片必须成组在一起，不可分的情况，比如 三色基白光LED芯片中有三颗晶片不可分开。在设计LED灯芯时，晶片或晶片组的数 量尽可能多，最少不能少于三颗或三组但数量太多会导致生产成本增加；单颗晶片的功 率尽可能小，最大功率不应大于4W，但太小的单颗晶片功率，就意味晶片数量增加，将 可能导致成本增加。图5、6中的晶片或晶片组(芯片)都呈径向散开，分散布置，这样 的径向分散布置最合理。图7所示的LED灯芯，导热芯6中部贯通，并设有散热肋片7，这样的结构是 为大功率LED灯芯设计的，因为灯芯功率大，晶片或芯片数量多，又要沿径向散开分散 布置，因而导热芯外径特别大，中心部分空置，就被利用来设置散热肋片7，增加散热面 积，不仅减小了整个散热片体积，还有利于减少散热用铝材料。图3、4、7中的LED芯片，在热扩散片2的B面设置有高压绝缘层4，如果要 通过铝阳极氧化生成该高压绝缘层，热扩散片2就应采用铝或铜铝复合材料，最好选用 铜铝复合材料。晶片焊接贴在热扩散片上，能有效解决高热流密度引起的导热温差高的 问题，但必须保证有足够的焊接接触面积。本发明认为晶片与热扩散片之间的焊接接触 面积应不小于三分之一的晶片面积，同样热扩散片的面积应大于5倍(最好选不小于10 倍)的晶片面积，厚度不小于0.5mm。 图8所示的LED芯片，pn结电极为L接触(Laterid-Contact，水平接触)，简称
为L型电极，碳化硅衬底的LED晶片适合采用这样的电极型式。因为SiC可通过掺杂成 为导体，碳化硅衬底就可作为n结电极，衬底15外表面设置有导热焊盘16，也就是n极 焊盘，此时导热焊盘的面积也就是晶片1与热扩散片2之间的焊接接触面积。图8中的 热扩散片2的A面设有低压绝缘层8，可通过气相沉积或铝阳极氧化制得，在低压绝缘层 8表面应有相对应的导热焊盘(也就是n极引线焊盘)以及n极引线。图9所示的LED 芯片和图8所示类似，主要不同的是图9中，衬底15上的导热焊盘16直接与热扩散片 2上的金属焊接，在热扩散片2的B面设置有高压绝缘层4，可通过铝阳极氧化制得。
图10所示的LED芯片，pn结电极为V接触(Vertica卜Contact，垂直接触)，简 称V型电极，并且采用倒装结构，也称覆晶结构，蓝宝石衬底的LED晶片适合采用这样 的电极型式。图中示出，导热焊盘16直接与热扩散片2的金属表面焊接，导热焊盘16与 p结电极20连通，导热焊盘16也就是p极焊盘，导热焊盘16与p结电极20间有通过气 相沉积生成的陶瓷绝缘膜21。热扩散片2也就是p极引线，芯片的p极管脚可采用直接 与热扩散片2焊连。在热扩散片2的B面设置有高压绝缘层4，可以通过铝阳极氧化生 成。热扩散片2的A面设置有n极引线18，并隔有电极引线绝缘层19，n极引线18上有 焊盘，与晶片1上的n极焊盘17直接焊接。晶片1与热扩散片2之间的焊接接触面积包括有导热焊盘16的面积和n极焊盘的面积，如果导热焊盘16的面积足够大，电极引线绝 缘层19的导热热阻问题就不重要了。从图11、12可以看出，n结电极22和部分p结电 极20被陶瓷绝缘膜21覆盖，导热焊盘16在该陶瓷绝缘膜21的外侧，采用这样陶瓷绝缘 膜结构的目的是尽可能增大导热焊盘的面积，即晶片与热扩散片之间的焊接接触面积。图13所示LED芯片与图10所示的类似，V型电极、倒装结构，不同之处有n 结电极22和p结电极20 (除焊盘外)全部被陶瓷绝缘膜21覆盖，导热焊盘16与p极焊 盘23隔开，与两电极绝缘隔开，参见图14和图15。热扩散片2的A面还设有p极引线 24，并隔有电极引线绝缘层19。lXlmm大的LED晶片就属大尺寸晶片，在这样小的面积上设置电极焊盘和导 热焊盘，如图11、14所示，电极焊盘的尺寸一般小到直径为0.1mm，又必须保证不得出 现短路焊接，因而晶片与热扩散片对位精度要求高。一般都采用共晶焊接，加热时间就 需几秒钟，如果采用一颗一颗地对位、再加热焊接，所需设备不仅要求高、昂贵，生产 效率也非常低。大功率LED芯片封装，效率低下，成本高，也是目前LED产业中一大 问题。本发明提出一种采用晶片定位板的方法，来解决以上问题，如图16、17所示， 在一张晶片定位板25上开有数多的晶片定位嵌口，晶片1被镶嵌在晶片定位嵌口中，晶 片定位板25还开有定位孔26，图示出有6个定位孔26，设计时定位孔最少不得少于两 个。采用冲切工艺加工定位孔26和晶片定位嵌口，不仅精度高，设备简单，效率也高。 热扩散片板27上开有相应的定位孔，并以该定位孔为基准设置有与晶片上对应的焊盘。 晶片的位置由晶片定位板25上的晶片定位嵌口确定，晶片定位板25与热扩散片板27对 位通过定位孔26确定，因而就可保证每个晶片上的焊盘与热扩散片板上对应的焊盘对位 准确，再整体一起加热焊接，一次完成数多颗晶片焊接(图中有55颗)，这种方法不仅 效率高，设备又简单。加热焊接时，需要加压，使晶片受力贴在热扩散片上，保证焊接 质量。由于晶片是嵌在晶片定位嵌口中，容易保证加压时不移位。该工序有两种一、 晶片1先镶嵌固定在晶片定位板25中，通过定位孔26定位，再一起贴在热扩散片板27 上，再一起加热，进行晶片与热扩散片的焊接工序；二、晶片固定板25，通过定位孔26 定位，先贴固定在热扩散片板27上，再将晶片1镶嵌到晶片定位嵌口中，再一起加热， 进行晶片与热扩散片的焊接工序。焊接完成后，晶片定位板可以拆除，也可以保留，如 图19、20所示，被分切留在LED芯片中的晶片定位板就称为晶片定位片28，此时，晶片 定位片应采用绝缘材料，可采用耐高温的聚脂膜片。采用以上方法，不仅使晶片与热扩散片对位准确、焊接效率高，设备简单，而 且对以后的工序效率提高非常有利，比如完成晶片与热扩散片的焊接后，大张板先 分切成一条条，即晶片与热扩散片成列排列，芯片的引线管脚也加工成与之相对应的排 列，这样可以一次对位焊接，又可一次对位灌注封胶，之后再分切成一颗颗的LED芯 片。图18示出，采用以上提出本发明工艺，生产图5所示的单热扩散片多晶片结构 的LED芯片的方法。大张的晶片定位板和热扩散板，采用冲切工艺，加工出成排相连的 晶片定位片和热扩散片，当对位焊接以及灌注封胶等工序完成后，再切断相连部分，成 一颗颗的LED芯片。
图19示出了一种带晶片定位片的LED芯片，在晶片定位片28上设置有电极引 线及焊盘(或电路)。图中的晶片采用L型电极，导热焊盘16也就是n极焊盘，n极引 线18穿过晶片定位片28从上面引出，晶片定位片28上面设置有p极引线24，晶片上的p 极焊盘23与p极引线24上的焊盘通过导线29焊接连通。图20所示的LED芯片，晶片 上的电极焊盘(p极焊盘23)靠着晶片的边缘(最好设在角上)，晶片定位片28上的电极 引线(p极引线24)上的焊盘紧靠着晶片上对应的焊盘(p极焊盘23)，直接用焊料30 (比 如锡)将两电极焊盘焊接连通。图21所示的带晶片定位片的LED芯片，采用V型电极，倒装结构，热扩散片 2的A面设置有低压绝缘层8，B面设置有高压绝缘层4，低压绝缘层8上设置有电极引 线(n极引线18，p极引线图中未示出)，和导热焊盘(也是p极引线焊盘)。图22所示 LED芯片与图21类似，V型电极和倒装结构，明显不同的是n极焊盘17设置在晶片的 侧壁上，晶片定位片28上的n极引线18的焊盘紧靠晶片侧壁上的焊盘(n极焊盘17)，通 过焊料30直接将两焊盘焊接连通。图23和图24示出的LED芯片，晶片四角被切，呈四分之一圆缺，晶片上的n 极焊盘17和p极焊盘23就设置在四个缺角的侧壁内，并且对角分布；陶瓷绝缘膜21将 晶片的一整面覆盖，导热焊盘16与两电极绝缘隔开，热扩散片2为纯金属板片，晶片上 的导热焊盘16直接与热扩散片2的金属焊接。这样的结构有利于增大导热焊盘面积(焊 接接触面积)，降低对位精度要求。图11、14、24示出，电极焊盘都设置在角上，当然也可设置在靠近晶片的边 缘，但在角上更有利于充分利用晶片面积，获得更多的发光区。图14和图24所示的n 极和p极焊盘都在角上，并成对角分布，晶片为长方形，这样的结构有利于防止两种电 极焊盘对位出错。为提高出光率，应在晶片定位片外表面设有反光膜，将反射到晶片定位片表面 的光，再反射出去。
权利要求
1.一种LED灯芯，包括有导热芯(6)、热扩散片(2)和晶片(1)，其特征在于导 热芯(6)采用了铝或铜；导热芯(6)向外传热的接触传热面采用了圆锥柱结构、或螺纹柱 结构或锥形螺柱结构；热扩散片(2)采用了铜或铝、或铜铝复合材料；热扩散片(2)的 厚度不小于0.5mm，面积大于5倍的晶片面积；晶片(1)是焊接贴在热扩散片(2)上；热 扩散片(2)与导热芯(6)的吸热面之间设置有高压绝缘层(4)，高压绝缘层(4)的厚度小 于 0.1mm。
2.根据权利要求1所述的LED灯芯，其特征在于高压绝缘层(4)采用了通过阳极 氧化直接从导热芯(6)上或热扩散片(2)上、或两者上的金属铝表面生长出的氧化铝膜。
3.根据权利要求1所述的LED灯芯，其特征在于晶片或晶片组是径向散开，分散 布置，单颗晶片的功率不大于4W。
4.根据权利要求1所述的LED灯芯，其特征在于引出导线(9)从导热芯(6)内穿 过，在导热芯后端伸出、或在导热芯的后端设置有接电端子或触点或触盘。
5.根据权利要求1所述的LED灯芯，其特征在于导热芯(6)中部贯通，并设置有 散热肋片(7)。
6.—种LED芯片，包括有晶片(1)和热扩散片(2)，其特征在于热扩散片(2)采 用了铜或铝、或铜铝复合材料；热扩散片(2)的面积大于5倍的晶片面积，厚度不于 0.5mm ；晶片(1)设置有导热焊盘(16)，焊贴在热扩散片(2)的A面，晶片(1)与热扩 散片(2)之间的焊接接触面积不小于三分之一的晶片面积；热扩散片的B面设置有高压 绝缘层(4)或热扩散片的A面设置有低压绝缘层(8)、或热扩散片的A面和B面分别设 置有低压绝缘层(8)和高压绝缘层(4)；高压绝缘层(4)采用了通过阳极氧化直接从热扩 散片上的金属铝表面生长出的氧化铝膜，该氧化铝膜的厚度大于50μιη;低压绝缘层(8) 采用了通过气相沉积生成的陶瓷绝缘膜、或通过阳极氧化直接从热扩散片上的金属铝表 面生长出的氧化铝膜，该氧化铝膜的厚度小于50 μ m。
7.—种LED芯片，包括有晶片(1)和热扩散片(2)，pn结电极为V型电极，采用倒装 结构，其特征在于热扩散片(2)采用了铜或铝、或铜铝复合材料；热扩散片(2)的面 积大于5倍的晶片面积，厚度不小于0.5mm;晶片(1)设置有导热焊盘(16)，晶片(1)与 热扩散片(2)之间的焊接接触面积不小于晶片面积的三分之一；晶片上的η结电极(22) 和ρ结电极(20)或部分ρ结电极外侧被一层通过气相沉积生成的陶瓷绝缘膜覆盖，导热 焊盘(16)在该陶瓷绝缘膜的外侧。
8.—种LED芯片，包括有热扩散片(2)、晶片(1)和晶片定位片(28)，其特征在 于热扩散片(2)采用了铜或铝、或铜铝复合材料；热扩散片的面积大于5倍的晶片面 积，厚度不小于0.5mm;晶片定位片采用绝缘片材制成；晶片定位片(28)焊接或粘接贴 在热扩散片(2)的A面，晶片(1)镶嵌在晶片定位片(28)中。
9.根据权利要求7或8所述的LED芯片，其特征在于晶片上的η极焊盘和ρ极焊 盘分别设在四个角上，并且成对角分布。
10.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于在靠晶片(1)的边缘或侧壁设置 有电极焊盘，在晶片定位片(28)上设置有相对应的电极引线，电极引线焊盘靠近相对应 的晶片上的电极焊盘，两焊盘通过导线或焊料直接焊接连通。
11.一种LED芯片封装制造方法，该LED芯片包括有晶片(1)和热扩散片(2)，其特征在于采用了晶片定位板(25)，在晶片定位板(25)上开有数多晶片定位嵌口，和不少 于两个的定位孔(26)；在热扩散片板(27)上开有相对应的定位孔(26)，以及设置有与晶 片相应的焊盘；晶片(1)先镶嵌固定在晶片定位板(25)中的晶片定位嵌口内，再通过定位孔(26)定 位，一起贴在热扩散片板(27)上，再一起加热，进行晶片与热扩散片的焊接工序、或晶片定位板(25)，通过定位孔(26)定位，先贴在热扩散片板(27)上，再将晶片 (1)嵌入晶片定位嵌口中，再一起加热，进行晶片与热扩散片的焊接工序。
全文摘要
本发明提出了一种LED灯芯和三种LED芯片。采用圆锥柱、螺纹柱或锥形螺柱结构的导热芯(6)，加工简单，安装方便，解决了现实灯芯标准化中的热传导问题；热扩散片(2)采用铜和铝，并且面积和厚度应足够大，达到热扩散作用；晶片(1)是焊接贴在热扩散片(2)上，以消减两者之间的导热温差为主，而之间的绝缘次之，安全所需的高压绝缘层(4)设在热扩散片(2)与导热芯(6)之间，此间的热流密度已被热扩散片扩散降低。采用晶片定位板工艺，解决了晶片(1)与热扩散片(2)对位焊接，设备昂贵，生产效率低下的问题。
文档编号H01L33/48GK102013452SQ20101015926
公开日2011年4月13日 申请日期2010年3月21日 优先权日2010年3月21日
发明者秦彪 申请人:秦彪