专利名称：发光二极管封装方法
技术领域：
本发明涉及半导体封装领域，特别是涉及一种发光二极管封装方法。
背景技术：
目前发光二极管(LED, light emitting diode)在各个领域、尤其是投影显示领域已经得到了越来越广泛的应用。在投影显示应用中，LED发出的光需要照射到一个光阀上， 并经过光阀的调制生成图像，最后经过投影镜头投射到屏幕上。因此，LED发出的光形成的光斑必须覆盖光阀的调制区域。效率最高的情况是，LED发出的光的光斑与光阀的调制区域刚好重合。由于LED的外形和光阀的外形都是矩形，这就要求LED芯片在封装时的放置位置和角度是严格可控制的。然而这在实际工作中存在困难。专利200920211108、201010219479、 201120017678、201020584051、200810017707、201020250291 分别介绍了现有的几种 LED 封装结构，它们都可以简单的概括为如图I所示的封装结构100，其中LED芯片101通过固定材料110被固定在支架102上，然后需要将带有LED芯片101的支架102通过焊接材料112 被固定在基板103上。具体做法是，在基板103的需要焊接支架102的地方涂覆焊接材料 112，然后将带有LED芯片101的支架102放置于该焊接材料112上，然后加热使焊接材料 112熔化进行焊接。然而，在熔化过程中，焊接材料112变成液态而具有较强的流动性，它可以在基板的一定区域内自由流动，从而会带动支架102发生位移。在冷却固化后，支架102 的位置和角度都会发生变化，这导致支架102上的发光二极管芯片101的位置精度难以保证。因此需要一种发光二极管封装方法，可以解决上述定位问题。
发明内容
本发明解决的主要技术问题是带有发光二极管芯片的支架在与基板焊接过程中的位移问题，这导致发光二极管芯片无法精确定位。本发明提出一种发光二极管封装方法，包括以下步骤将发光二极管芯片固定于支架的第一面上；该支架包括相对的第一面和第二面；在基板的特定区域涂敷焊接材料，将固定有发光二极管芯片的支架的第二面放置于该焊接材料上；将支架与基板预固定使其在后续的步骤中不发生相对位移；加热使焊接材料熔化，冷却后实现基板与支架的焊接固定。本发明还提出一种发光二极管发光装置，包括发光二极管芯片，该发光二极管芯片使用上述的发光二极管封装方法封装。与现有技术相比，本发明包括如下有益效果在本发明中的发光二极管封装方法中，利用支架与基板之间的预固定步骤，使发
4光二极管芯片可以精确定位。
图1是一种现有的发光二极管封装结构的示意图；图2a至2d是本发明的发光二极管封装方法的步骤的示意图；图3是使用夹具预固定的一个举例的示意图；图4a和4b是本发明第一实施例的支架的示意图；图5a是本发明第一实施例的基板的示意图；图5b是本发明第一实施例的爆炸图；图6a和6b是本发明第二实施例的支架的示意图；图7是本发明的发光二极管发光装置的示意图；图8a是本发明的发光二极管封装方法的流程图；图8b是本发明的发光二极管封装方法的更优选的流程图。
具体实施例方式本发明的发光二极管封装方法，包括的步骤如图2a至2d所示。如图2a和图8a中的步骤821所示，首先将发光二极管芯片201通过固定材料210 固定于支架202的第一面202a上；该支架202包括相对的第一面202a和第二面202b。其 中，固定材料210可以有多种选择，例如但不限于是导热银胶、导电银胶、金锡焊料或其它 焊接材料。如图2b和图8a中的步骤831所示，在基板203的特定区域涂敷焊接材料212，将 固定有发光二极管芯片201的支架202的第二面202b放置于该焊接材料212上。此处基 板203上的特定区域指的是用于焊接支架202和基板203的区域，该区域的位置是预先指 定的，它决定了支架202和基板203之间的相对位置关系，进而决定了发光二极管芯片201 与基板203之间的相对位置关系。如图2c和图8a中的步骤841所示，将支架202与基板203预固定使其在后续的 步骤中不发生相对位移。在本实施例中，支架202与基板203之间使用胶水214粘接固定 起来。在实际操作中，使用在紫外光或蓝光照射下固化的胶水操作最为方便；当然这并不限 制其它胶水的使用。除了使用胶水将支架202与基板203预固定外，在其他实施例中，还可以使用夹具 预固定，如图3所示。其中，压板314压住支架302，同时压板314通过固定螺栓315与基板 303连接固定并将支架302与基板303压紧，起到预固定的作用。在封装完成后，可以取掉 压板314和固定螺栓315。此处的用于预固定的夹具只是举例，并不限制其它夹具的使用。如图2d和图8a中的步骤851所示，加热使焊接材料212熔化，冷却后实现基板 203与支架202的焊接固定。由于在加热焊接操作前，支架202与基板203已经预固定，所以焊接过程支架202 与基板203之间并不会发生相对移动，这保证了发光二极管芯片的位置的精确定位。本发 明的发光二极管封装方法的流程图如图8a所示。在实际操作中，考虑到在将固定有发光二极管芯片201的支架202的第二面202b放置于焊接材料212上的步骤中，由于放置动作的误差，发光二极管芯片201的位置可能没有被放置于指定的定位位置，所以优选的，如图8b中的步骤835所示，本发明的发光二极管的封装方法中还包括以下步骤微调放置在基板203的焊接材料212上的支架202的位置，使固定于支架202上的发光二极管芯片201处于定位位置。此处定位位置指的是需要发光二极管芯片201所处的精确的位置。该优选的发光二极管封装方法的流程图如图8b所示。具体来说，在本实施例中，支架具有热电分离结构，即发光二极管芯片发出的热和发光二极管芯片的两个电极的电路是分开的，这种支架的结构如图4a和4b所示。为了实现热电分离，支架402的基材为绝缘体；同时考虑到发光二极管芯片的散热，该支架402的基材的导热系数越高越好。支架402的基材的选择有多种，例如但不限于是陶瓷材料或半导体材料，其中最常用的半导体材料为硅。该支架402的第一面402a上镀有第一金属层，该第一金属层分为两个相互不存在电连接的区域402al和402a2,该第一金属层一般选用金层或银层。在本实施例中，发光二极管芯片401为垂直结构，即其底面本身就是一个电极,其另一个电极在其上表面。在本实施例中，发光二极管芯片401固定于第一金属层的一个区域402al后，其底面的电极与区域 402al电连接；同时通过金线401c可以使发光二极管芯片401的另一个电极与区域402a2 电连接，因此，通过在区域402al和402a2之间施加合适的电压，就可以点亮发光二极管芯片 401.支架402的第二面402b上镀有第二金属层，该第二金属层分为不存在电连接的第一导热区402b3和第一导电区，该第一导电区分为两个区域402bl和402b2，分别与区域 401al和401a2电连接。图4b显示了该支架402的第二面402b的示意图，其中第一导电区区域402bl和 402b2用于给发光二极管芯片供电,而第一导热区402b3用于传输发光二极管芯片401所发出来的热量。在本实施例中，基板为金属基印刷电路板，其结构如图5a所示。其中发光二极管芯片501固定于支架502上，支架502具有与如图4a所示的热电分离结构。基板503为金属基印刷电路板，其结构为公知技术，如图5a所示，它包括金属基材503d，在金属基材表面涂覆有绝缘涂层503a，在绝缘层表面依附有第二导电区503bl和503b2，分别对应于支架 502的第一导电区上的两个区域,用于为发光二极管芯片501供电。在金属基材503d表面还包括一个第二导热区503c，该第二导热区503c与支架502的第一导热区对应，用于为发光二极管芯片501散热。由于支架502的第一导热区本身并不与发光二极管芯片501存在电连接，因此支架502的第一导热区与基板的第二导热区503c之间可以不必要绝缘。因此在本实施例中， 为了散热效果更好，第二导热区503c的位置没有绝缘涂层，此时，第二导热区503c与金属基材503d之间存在电连接。在实际操作中，可以采用整体涂覆绝缘层后再将第二导热区 503c的位置对应的绝缘层挖掉的方法来加工。这属于现有技术，此处不赘述。在本实施例中，由于第二导热区503c的位置没有绝缘涂层，所以会形成一定的凹陷。该凹陷部分可以被焊接材料512填充进而直接与支架502的第一导热区焊接在一起， 也可以由基材503d直接加工出一个凸台来填充。这是现有技术，此处不赘述。
在本实施例中，基板503的第二导热区503c与支架的第一导热区通过焊接材料 512焊接固定，第二导电区503bl和503b2与支架502的第一导电区的两个区域分别焊接固定。本实施例的爆炸图如图5b所示。为了使支架502的第一导热区与基板503的第二导热区503c之间可以最大程度的传导热量，焊接材料512在焊接完成后经尽量填充满两者之间的空隙；否则空气的加入会大大降低两者之间的热传导系数。考虑到焊接材料512 在加热熔化过程中体积的收缩，焊接材料512涂敷在基板的步骤中，焊接材料需要过量。这就要求基板503的第二导热区503c的面积大于支架502的第一导热区的面；如图5b所示， 第二导热区503c的长度比支架502的边长要长，也就是说比第一导热区的长度要长，因此在涂覆焊接材料时可以使焊锡材料涂满第二导热区503c ;在焊接过程中，由于焊接材料的收缩，第二导热区两端多出的焊接材料会被自动的吸进焊接的位置，从而有效的避免了支架502的第一导热区和基板503的第二导热区503c之间由于焊接材料收缩所造成的空洞。在上述实施例中，支架为热电分离结构，实际上支架还可以是热电不分离的结构， 如图6a和6b所不。其中支架602包括相互固定但不存在电连接的第一导体6021和第二导体6022 ;第一导体6021和第二导体6022在第一面602a上的部分分别与发光二极管芯片601的两个电极相连；第一导体6021和第二导体6022在第二面602b上的部分分别与基板焊接固定。绝缘材料6023用于固定同时隔离第一导体6021和第二导体6022。在本实施例中，第一导体6021和第二导体6022用于为发光二极管芯片601供电，同时第一导体6021 还用于为发光二极管芯片601散热，因此导热与导电共用了一个传输通道。在本实施例中， 用于第一导体和第二导体为金属，例如但不限于铜或铝。在本实施例中，与第一实施例相同的是，第一导体6021作为第一导热区需要与基板上的第二导热区焊接固定，第二导体6022作为第一导电区需要与基板上的第二导电区焊接固定在一起；与第一实施例不同的是，本实施例中的基板的第二导热区同时也参与导电，所以该第二导热区与基板的金属基材不存在电连接。在上述实施例中，发光二极管芯片的结构为垂直型，实际上本发明并不限制发光二极管芯片的种类，其它发光二极管结构例如平行结构(即发光二极管的两个电极都在其上表面上)或倒装焊型(即发光二极管的两个电极都在其底面上)都可以应用本发明的封装方法封装。本发明还提出一种发光二极管发光装置，包括发光二极管芯片，该发光二极管芯片使用上述的发光二极管封装方法封装。在该发光二极管发光装置中，多个发光二极管可以共用一个基板，如图7所不。其中701表不一颗发光二极管芯片，702表不一个支架,多个发光二极管和支架的单元呈阵列的固定于基板703上，704表示在每一颗支架与基板预固定过程中使用的胶水。通过对每一颗发光二极管芯片的精确定位，可以使该阵列中相邻发光二极管芯片的间距和相对位置保持精确的一致，进而保证了后续的光学系统的性能。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种发光二极管封装方法，其特征在于，包括以下步骤将发光二极管芯片固定于支架的第一面上；该支架包括相对的第一面和第二面；在基板的特定区域涂敷焊接材料，将固定有所述发光二极管芯片的支架的第二面放置于该焊接材料上；将支架与基板预固定使其在后续的步骤中不发生相对位移；加热使所述焊接材料熔化，冷却后实现基板与支架的焊接固定。
2.根据权利要求I所述的发光二极管封装方法，其特征在于，在将支架与基板预固定的步骤前，还包括以下步骤微调放置在基板的焊接材料上的支架的位置，使固定于该支架上的发光二极管芯片处于定位位置。
3.根据权利要求I所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述基板为金属基印刷电路板。
4.根据权利要求I或2所述的发光二极管封装方法，其特征在于所述支架的材料为绝缘体，该支架的第一面上镀有第一金属层；所述支架的第二面上镀有第二金属层，该第二金属层分为不存在电连接的第一导热区和第一导电区；所述第二金属层的第一导电区与第一金属层电连接。
5.根据权利要求4所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述绝缘体为陶瓷材料或半导体材料。
6.根据权利要求4所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述基板为金属基印刷电路板。
7.根据权利要求6所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述金属基印刷电路板上包括不存在电连接的第二导热区和第二导电区，该第二导热区与支架的第一导热区焊接固定，第二导电区与支架的第一导电区焊接固定。
8.根据权利要求7所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述第二导热区与所述金属基印刷电路板的金属基材电连接。
9.根据权利要求7所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述第二导热区的面积大于支架的第一导热区的面积。
10.根据权利要求I至3所述的任意一项的发光二极管封装方法，其特征在于所述支架包括相互固定但不存在电连接的第一导体和第二导体；所述第一导体和第二导体在第一面上的部分分别与所述发光二极管芯片的两个电极相连；所述第一导体和第二导体在第二面上的部分分别与基板焊接固定。
11.根据权利要求10所述的一种发光二极管封装方法，其特征在于，所述导体为金属。
12.根据权利要求I至11所述的任意一项的发光二极管封装方法，其特征在于，所述支架与基板之间使用胶水预固定。
13.根据权利要求12所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述胶水在紫外光或蓝光照射下固化。
14.根据权利要求I至11所述的任意一项的发光二极管封装方法，其特征在于，所述支架与基板之间使用夹具预固定。
15.一种发光二极管发光装置，其特征在于，包括发光二极管芯片，该发光二极管芯片使用如权利要求I至14任意一项所述的发光二极管封装方法封装。
全文摘要
本发明提出一种发光二极管封装方法，该封装方法包括以下步骤将发光二极管芯片固定于支架的第一面上；该支架包括相对的第一面和第二面；在基板的特定区域涂敷焊接材料，将固定有发光二极管芯片的支架的第二面放置于该焊接材料上；将支架与基板预固定使其在后续的步骤中不发生相对位移；加热使焊接材料熔化，冷却后实现基板与支架的焊接固定。在本发明中的发光二极管封装方法中，利用支架与基板之间的预固定步骤，使发光二极管芯片可以精确定位。
文档编号H01L33/48GK102593319SQ20121002103
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月30日 优先权日2011年12月20日
发明者唐怀 申请人:深圳市光峰光电技术有限公司