专利名称：低热阻led封装结构及封装方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种低热阻发光二极管(LED)封装结构及封装方法。
背景技术：
发光二极管(light emitting diode.LED)作为新型高效固体光源,具有长寿命、节能、绿色环保等显著优点，是人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，被认为是第3代的照明新技术，其经济和社会意义巨大。随着半导体技术的不断发展，LED科技发展迅速，LED在发光强度、峰值波长、半波带宽等参数性能上有很大提高。与传统光源一样，半导体发光二极管(LED)在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片(chip)本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只有30-40%的输入电能转化为光能，其余60-70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。LED的散热现在越来越为人们所重视，这是因为LED的光衰或其寿命是直接和其结温有关，散热不好结温就高，结温不但影响长时间寿命，也还直接影响短时间的发光效率。依照阿雷纽斯法则温度每降低10°C寿命会延长2倍，LED芯片的特点是在极小的体积内产生极高的热量，而LED本身的热容量很小，所以必须以最快的速度把这些热量传导出去，否则就会产生很高的结温。为了尽可能地把热量引出到芯片外面，目前的封装形式都是将LED芯片用银胶粘接在铜支架上，然后将铜支架底部涂上导热硅脂再焊接到布有电路的铝基散热板上，最后将铝基散热板通过导热硅脂固定到散热器上，LED芯片产生的热量从LED芯片自身到最终的散热器，中间需要经过5层介质层，这就增加了串联热阻，导致LED封装后的总热阻无法降低。为了降低LED封装后的总热阻，也有将LED芯片用银胶粘接直接封装在布有电路的铝基散热板上，然后将铝基散热板通过导热硅脂固定到散热器上，这样LED芯片产生的热量从LED芯片自身到最终的散热器，中间还需要经过4层介质层，LED封装后的总热阻还是很高。最好的方法就是将LED芯片通过焊料直接焊接在散热器上，LED芯片产生的热量从LED芯片自身只需经过一层介质层(焊料)就能到达最终的散热器，这样串联热阻最小，但是散热器体积较大，表面不容易进行电路加工，使这种方法实现起来非常困难。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种低热阻的LED封装结构及封装方法，通过该封装方法得到的低热阻的LED封装结构，可以提高LED芯片的出光效率，并且使LED芯片产生的热量经过金属导热层迅速扩散并传导到散热器表面，省掉传统封装结构的中间环节，热阻明显下降，亮度和可靠性得到提高，整体制作成本下降，提高了产品一致性。本发明提供一种低热阻LED封装结构，其包括:
LED 芯片；—支撑电路板,包括:一电路板；一制作在电路板下的反射层和一制作在反射层下的金属导热层，该电路板的中间有一通孔，所述LED芯片位于电路板的通孔内，该LED芯片通过金属引线与电路板电性连接；一封胶层，该封胶层将电性连接好的LED芯片固封在支撑电路板中的电路板的通孔内。本发明还提供一种低热阻LED封装结构的封装方法，其包括以下步骤: 步骤1:取一电路板，该电路板上有一通孔；步骤2:将电路板的背面粘附在耐高温的粘性材料上；步骤3:将LED芯片固定在电路板的通孔内；步骤4:用金属引线将LED芯片与电路板电性连接；步骤5:用封胶层将LED芯片固封在电路板的通孔内，并固化；步骤6 ;将固化后的电路板取出，去掉电路板背面的粘性材料，露出LED芯片的底面；步骤7:采用蒸镀、溅射或者电镀的方法，在电路板的背面制作反射层和金属导热层，该电路板、反射层和金属导热层组成支撑电路板，完成LED封装结构的制备。本发明的有益效果是，通过该封装方法得到的低热阻的LED封装结构，其优点是无支架，该LED封装结构可以提高LED芯片的出光效率，并且使LED芯片产生的热量经过金属导热层迅速扩散，并传导到散热器表面，省掉传统封装结构的中间环节，热阻明显下降，亮度和可靠性得到提高，整体制作成本下降，提高了产品一致性。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，其中:图1是本发明LED封装方法一实施例的结构示意图；图2是本发明LED封装方法另一实施例的结构示意图；图3是本发明的方法流程具体实施例方式请参阅图1及图2所示，本发明提供一种低热阻LED封装结构，其包括:LED芯片1，该LED芯片I的数量大于或等于1，图1中LED芯片I的数量为一个，图2中LED芯片I的数量为多个，该LED芯片I是固体半导体芯片，其发光材料是红光、蓝光、绿光或紫外光的发光材料，LED芯片I可以是大功率芯片，中功率芯片，或者小功率芯片，LED芯片I可以是I颗LED芯片，也可以是多颗单一波长LED芯片之间串并联组成，也可以是多颗多波长LED芯片之间串并联组成。所述LED芯片I为单波长或多波长的LED芯片，当该LED芯片I的数量为多个时，该LED芯片I之间是串联或并联(参阅图2)；一支撑电路板2，包括:一电路板21 制作在电路板21下的反射层22和一制作在反射层22下的金属导热层23，该电路板21的中间有一通孔24，所述LED芯片I位于电路板21的通孔24内，该LED芯片I通过金属引线3与电路板21电性连接，该金属引线3 —般为金线或铝线，直径为10-70微米，起到导电连接的作用；该电路板21中间的通孔24的断面为V型孔、台阶孔或U形孔，不同的断面会得到不同光提取的效果；该通孔24的形状为圆孔、方孔或不规则孔，不同通孔的形状可以得到不同的光场分布；该通孔24的内壁镀有高反射率的金属层或光学膜，该金属层或光学膜的材料可以是银，铝，或者是其他高反射率的材料，厚度为几十埃到几百微米，起到减小通孔24的内壁对光的吸收，提高出光效率；该电路板21的材料是PCB板、铝基板或陶瓷基板，表面做有电路层，起到固定LED芯片1，支撑整个封装结构，实现整个封装结构与外部电路之间电路连接的作用；该反射层22的材料为光学反射膜，可以是银或铝，反射层22的厚度为几十埃到几百微米，起到将入射到整个封装结构底面的光线反射出去，减小整个封装结构底面对光的吸收，提高出光效率的作用；制作在反射层22下的金属导热层23的材料为高导热率的材料，可以是铜或铝，金属导热层23的厚度为几十微米到几千微米，起到将LED点亮时发出的热经过金属导热层迅速扩散，并传导到散热器表面快速散出的作用，降低LED的结温，降低整个封装结构的热阻，提高LED的发光效率，提高LED的可靠性。一封胶层4，该封胶层4将电性连接好的LED芯片I固封在支撑电路板2中的电路板21的通孔24内，该封胶层4的材料为硅胶或树脂，该封胶层4中混有荧光粉；荧光粉可以是黄色荧光粉，红色荧光粉，绿色荧光粉等任何可以被LED芯片I激发的荧光粉，粒径为几个纳米到几十微米，荧光粉与硅胶或树脂按所需比例混合均匀，LED芯片I发出的光与荧光粉被LED芯片I激发发出的光混合形成整个LED封装结构最后得到的光。请参阅图3所示，本发明提供一种低热阻LED封装结构的封装方法，其包括以下步骤:步骤1:取一电路板21，该电路板21上有一通孔24，该电路板21中间的通孔24的断面为V型孔、台阶孔或U形孔，不同的断面会得到不同光提取的效果；该通孔24的形状为圆孔、方孔或不规则孔，不同的通孔形状可以得到不同的光场分布；该通孔24的内壁镀有高反射率的金属层或光学膜，该金属层或光学膜的材料可以是银，铝，或者是其他高反射率的材料，厚度为几十埃到几百微米，起到减小通孔24的内壁对光的吸收，提高出光效率；该电路板21的材料是PCB板、铝基板或陶瓷基板，表面做有电路层，起到固定LED芯片1，支撑整个封装结构，实现整个封装结构与外部电路之间电路连接的作用；步骤2:将电路板21的背面粘附在耐高温的粘性材料上，该粘性材料起到暂时固定LED芯片I的作用；步骤3:将LED芯片I固定在电路板21的通孔24内，该LED芯片I的数量大于或等于1，图1中LED芯片I的数量为一个，图2中LED芯片I的数量为多个，该LED芯片I是固体半导体芯片，其发光材料是红光、蓝光、绿光或紫外光的发光材料，LED芯片I可以是大功率芯片，中功率芯片，或者小功率芯片，所述LED芯片I为单波长或多波长的LED芯片，LED芯片I可以是I颗LED芯片，也可以是多颗单一波长LED芯片之间串并联组成，也可以是多颗多波长LED芯片之间串并联组成；当该LED芯片I的数量为多个时，该LED芯片I之间是串联或并联(参阅图2)；步骤4:用金属引线3将LED芯片I与电路板21电性连接，该金属引线3—般为金线或铝线，直径为10-70微米，起到导电连接的作用；步骤5:用封胶层4将LED芯片I固封在电路板21的通孔24内，并固化，该封胶层4的材料为硅胶或树脂，该封胶层4中混有荧光粉，荧光粉可以是黄色荧光粉，红色荧光粉，绿色荧光粉等任何可以被LED芯片I激发的荧光粉，粒径为几个纳米到几十微米，荧光粉与硅胶或树脂按所需比例混合均匀，LED芯片I发出的光与荧光粉被LED芯片I激发发出的光混合形成整个LED封装结构最后得到的光；
步骤6:将固封后的电路板21放入烘箱内烘烤，使封胶固化，一般烘烤温度为80150 0C ；
步骤7 ;将固化后的电路板21取出，去掉电路板21背面的粘性材料，露出LED芯片I的底面；
步骤7:采用蒸镀、溅射或者电镀的方法，在电路板21的背面制作反射层22和金属导热层23，该反射层22的材料为光学反射膜，可以是银或铝，反射层22的厚度为几十埃到几百微米，起到将入射到整个封装结构底面的光线反射出去，减小整个封装结构底面对光的吸收，提高出光效率的作用；制作在反射层22下的金属导热层23的材料为高导热率的材料，可以是铜或铝，金属导热层23的厚度为几十微米到几千微米，起到将LED点亮时发出的热经过金属导热层迅速扩散，并传导到散热器表面快速散出的作用，降低LED的结温，降低整个封装结构的热阻，提高LED的发光效率，提高LED的可靠性；该电路板21、反射层22和金属导热层23组成支撑电路板2，完成LED封装结构的制备。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围之内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
权利要求
1.一种低热阻LED封装结构，其包括: LED芯片； 一支撑电路板，包括:一电路板；一制作在电路板下的反射层和一制作在反射层下的金属导热层，该电路板的中间有一通孔，所述LED芯片位于电路板的通孔内，该LED芯片通过金属引线与电路板电性连接； 一封胶层，该封胶层将电性连接好的LED芯片固封在支撑电路板中的电路板的通孔内。
2.如权利要求1所述的低热阻LED封装结构，其中固定在电路板通孔内的LED芯片的数量大于或等于1，该电路板中间的通孔的断面为V型孔、台阶孔或U形孔；该通孔的形状为圆孔、方孔或不规则孔；该通孔的内壁镀有高反射率的金属层或光学膜。
3.如权利要求2所述的低热阻LED封装结构，其中LED芯片是固体半导体芯片，其发光材料是红光、蓝光、绿光或紫外光的发光材料，所述LED芯片为单波长或多波长的LED芯片，该LED芯片是串联或并联。
4.如权利要求1所述的低热阻LED封装结构，其中该电路板的材料是PCB板、铝基板或陶瓷基板。
5.如权利要求1所述的低热阻LED封装结构，其中该封胶层的材料为硅胶或树脂，该封胶层中混有荧光粉。
6.如权利要求1所述的低热阻LED封装结构，其中反射层的材料为光学反射膜，反射层的厚度为几十埃到几百微米；该金属导热层的材料为铜或铝，金属导热层的厚度为几十微米到几千微米。
7.一种低热阻LED封装结构的封装方法，其包括以下步骤: 步骤1:取一电路板，该电路板上有一通孔； 步骤2:将电路板的背面粘附在耐高温的粘性材料上； 步骤3:将LED芯片固定在电路板的通孔内； 步骤4:用金属引线将LED芯片与电路板电性连接； 步骤5:用封胶层将LED芯片固封在电路板的通孔内，并固化； 步骤6 ;将固化后的电路板取出，去掉电路板背面的粘性材料，露出LED芯片的底面；步骤7:采用蒸镀、溅射或者电镀的方法，在电路板的背面制作反射层和金属导热层，该电路板、反射层和金属导热层组成支撑电路板，完成LED封装结构的制备。
8.如权利要求7所述的低热阻LED封装结构的封装方法，其中固定在电路板通孔内的LED芯片的数量大于或等于1，该电路板中间的通孔的断面为V型孔、台阶孔或U形孔；该通孔的形状为圆孔、方孔或不规则孔；该通孔的内壁镀有高反射率的金属层或光学膜。
9.如权利要求8所述的低热阻LED封装结构的封装方法，其中LED芯片是固体半导体芯片，其发光材料是红光、蓝光、绿光或紫外光的发光材料，所述LED芯片为单波长或多波长的LED芯片，该LED芯片是串联或并联。
10.如权利要求7所述的低热阻LED封装结构的封装方法，其中该电路板的材料是PCB板、铝基板或陶瓷基板。
11.如权利要求7所述的低热阻LED封装结构的封装方法，其中该封胶层的材料为硅胶或树脂，该封胶层中混有荧光粉。
12.如权利要求7所述的低热阻LED封装结构的封装方法，其中反射层的材料为光学反射膜，反射层的 厚度为几十埃到几百微米；该金属导热层的材料为铜或铝，金属导热层的厚度为几十微米到几千微米。
全文摘要
一种低热阻LED封装结构，其包括LED芯片；一支撑电路板，包括一电路板；一制作在电路板下的反射层和一制作在反射层下的金属导热层，该电路板的中间有一通孔，所述LED芯片位于电路板的通孔内，该LED芯片通过金属引线与电路板电性连接；一封胶层，该封胶层将电性连接好的LED芯片固封在支撑电路板中的电路板的通孔内。本发明的优点是无支架，该LED封装结构可以提高LED芯片的出光效率，并且使LED芯片产生的热量经过金属导热层迅速扩散，并传导到散热器表面，省掉传统封装结构的中间环节，热阻明显下降，亮度和可靠性得到提高，整体制作成本下降，提高了产品一致性。
文档编号H01L33/48GK103151445SQ20131006779
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者卢鹏志, 杨华, 郑怀文, 于飞, 薛斌, 伊晓燕, 王国宏, 王军喜, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所