双电极结构led器件的抗短路结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种双电极结构LED器件的抗短路结构，涉及发光半导体的封装技术，适用于大功率LED芯片，其用于分散电极引线周边应力以及解决银胶造成的短路漏电问题；其技术方案如下：双电极结构的LED芯片固定在一分压片的上面，分压片通过银胶固定在芯片槽内；分压片包括金属底部和两个引线抬升部；引线抬升部由底部向上翘，在引线抬升部的上端设有焊位，引线将焊位与电极导线电连接在一起；在底部上设有与焊位电连接的导线端部；导线端部、导线和焊位与金属基绝缘；LED芯片为倒装的LED芯片，其电极倒装焊接在硅衬底的电极层上，在电极层与硅衬底之间通过钝化层绝缘；电极层与导线焊端通过焊料电连接；硅衬底焊接在底部上。
【专利说明】双电极结构LED器件的抗短路结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发光半导体的封装技术。
【背景技术】
[0002]现有的大功率LED发光器件的封装方式参见图1所示的方案。LED芯片7通过银胶6固定在支架4的芯片槽5内。引线I将LED芯片的电极与支架上的电极导线3连接在一起。LED芯片通过封胶固定在芯片槽内。这种LED器件在工作的时候芯片内部的结温会超过100摄氏度，灯腔内的温度也在70?90摄氏度。芯片槽内的封胶以环氧树脂材料为例，引线为金线的情况下，环氧树脂在几十度的温差下会产生较为明显的热胀冷缩，金线的膨胀系数仅为其五分之一以下，相比环氧树脂并不明显。如图1所示的示意图，虚线为热膨胀后的情况，由于封胶内部应力作用，封胶会表现出鼓起状，形成升温后封胶顶部2，变形后的封胶会带动引线I的上部发生偏移，即造成引线被拉长，升温后引线I’拉长后会产生延展长度L。发生这种现象的原因，是因为封胶与金线的膨胀系数相差巨大造成的。
[0003]LED是可以频繁开关的器件。在频繁的开关过程中，金线的这种拉伸会频繁进行。对金线短期的拉伸，金线会将拉力传导到其两端的焊接处，对焊接处造成拉扯效应，这给焊点造成脱焊的风险，也会造成焊点处电阻增大。如果LED常亮，金线所受的拉伸力持续进行，则会造成金线局部发生永久性形变，即变细。金线变细会导致金线上各处电阻差异明显，在变瘦处，电阻增大，发热增多。金线本身具有一定的导热功能，上述情况会增加金线的导热负担，降低芯片向外导热的能力，严重的情况会造成断线死灯。金线承受的封胶应力以及可能发生的偏移在一次封装的过程中同样存在。由于一次封装的温度较器件出厂使用时的温度更高(一般封装温度为150?180摄氏度)，金线以及其焊接部位产生故障的几率也比较闻O
[0004]在将LED芯片进行固晶的时候，需要用到银胶。银胶为导体，其点胶时的用量需要非常精确。过多的银胶会堆砌在芯片周围，造成芯片短路或漏电；过少的银胶量又可能导致固晶不牢。由于芯片涂敷银胶的面非常小，因此银胶的量的把握和位置的涂敷经常会出现差错，在量足的情况下，点胶位置不精准也会由于银胶分布不均造成短路或漏电问题。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种双电极结构LED器件的抗短路结构，用于解决银胶对LED芯片造成的短路或漏电问题，同时用于分散电极引线周边应力，减小封胶对引线的牵拉损害。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种双电极结构LED器件的抗短路结构，包括LED芯片和支架，LED芯片通过银胶固定在支架的芯片槽内；支架上设有电极导线，LED芯片通过引线与电极导线电连接；
[0007]所述LED芯片固定在一分压片的上面，分压片通过其下面的银胶固定在芯片槽内；[0008]所述分压片包括底部和连接在底部上的两个引线抬升部；分压片为MCPCB，它们包括金属基；引线抬升部由底部向上呈一定的倾角，在引线抬升部的上端设有用于固定引线的焊位，引线将焊位与所述电极导线电连接在一起；
[0009]在底部上设有两个分别与两个引线抬升部对应的导线端部，导线端部通过导线与焊位电连接在一起；导线端部、导线和焊位与所述金属基绝缘；
[0010]所述LED芯片为倒装的LED芯片，LED芯片包括LED芯片外延结构、位于外延结构上面的蓝宝石衬底、以及倒装硅衬底；LED芯片外延结构上的两个电极倒装焊接在硅衬底的电极层的两个互为断路的两个电极部分，在电极层与硅衬底之间通过一钝化层绝缘；电极层的两个电极部分由硅衬底上面延伸至硅衬底的侧面，它们在硅衬底的侧面的下部与各自对应的导线焊端通过焊料电连接；硅衬底焊接在底部上；
[0011]所述底部的下面为银胶。
[0012]优选地:所述焊料为金或金锡合金。
[0013]优选地:所述钝化层为二氧化硅。
[0014]优选地:所述电极层为金或金锡合金。
[0015]所述分压片为MCPCB，即指金属基印刷电路板(Metal Core PCB)。金属基可以为铜、铝、银或它们的合金。
[0016]所述底部和引线抬升部的上表面可以有反光层。反光层为涂敷在它们表面的绝缘反光膜。反光膜可以先在它们表面涂胶，再涂铝，然后再涂胶，形成绝缘的反光膜。或者采用微玻璃珠反光膜技术。底部的反光可以米用金属抛光来实现反光或电镀反光金属。在引线抬升部施加反光层的时候，需要掩盖其上的电路导线，形成复合层，即在电路导线上依次设绝缘层、反光金属层，或者再加一层透明绝缘层。
[0017]所述底部包括固晶区和反射区，固晶区位于反射区中间部位，反射区相对固晶区可以呈向上的倾角。反射区为固晶区的裙带，其作用除了用于反射LED芯片发出光外，还有一个重要作用是作为固晶区的扩展，增大底盘面积，在使用更多量银胶的情况下，固晶仍然是安全的，银胶的量和涂敷位置的可操作性更大。在达到同样的固化粘力效果的情况下，银胶的使用量增大，可以认为银胶的粘性减小，从银胶的配方来说，可以在银胶中适当增加导电粒子的配比，减小胶的含量，增加导电粒子的配比，可以增加银胶的导热效果。导电粒子可以是金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和石墨及一些导电化合物。在达到同样导热效果的情况下，可以选用更为廉价的导电粒子材料。将底部细分为固晶区和反射区两个功能区，可以使底部的作用更加突出，反射区可以对LED芯片侧面发出的光进行利用，减少光线在芯片槽内反射的次数和能量损失，增加出光率。一般银胶中银的含量为60%左右，由于银胶的用量较少，银的含量过多会影响银胶的粘性，银的含量过少，则会影响其导电导热性。本实用新型由于可以使用现有技术数倍的银胶量，因此可以使用银含量高的银胶。银胶中银的含量可以在60?90 %，70 %、75 %、80 %、85 %等含量均是较佳的选择。银胶银的含量增多，则需要选择粘性较强的基体粘胶，以及配合使用分散剂和固化剂等添加剂。上述银胶中的银的配方含量可以用其它金属替代，例如上面提及的金、铜、铝、锌、铁、镍的粉末以及石墨。银胶中导电粒子的提高可以银胶本身的电阻，即增加其导电性能和导热性能。
[0018]优选地:所述引线抬升部包括弹性关节，弹性关节位于引线抬升部的下端，其横截面呈半弧形。半弧形的弧拱可以向上，也可以向下。引线抬升部具有一定的弹性有利于打线。事实上，引线抬升部在芯片工作发热的时候所需要的微弱变形程度并不要求其具有很明显的弹性，因此引线抬升部的弹性要求并不是必须的。如果引线抬升部的下部关节处没有弹性，则打线工艺会比较繁琐，例如，可以采用衬垫技术，即将引线抬升部用硬物托住打线，然后再撤去硬物。引线抬升部有了弹性，对于打线，最简单的办法是:可以用外力将其顶在芯片槽的槽壁上，此时引线抬升部会有一定的弯曲变形，然后打线，完成后撤去外力即可。
[0019]优选地:在引线抬升部的所述焊位下方位置设有针孔；在芯片槽底上设有打线台，打线台位于引线抬升部的下方位置，打线台上设有针槽，在引线抬升部被压下的时候，针孔与针槽能够相通。这种结构设计是避免引线抬升部在打线的时候发生弯曲变形。这种结构只需要弹性关节部位转动，而引线抬升部铺设导线的部位整体平直，不受弯曲变形。为了配合这种设计，打线的时候需要另外配置一个打线固定器。一个简易的打线固定器包括杆和一个压片，杆穿过压片，压片固定在杆下部位置。打线固定器可以有人工操作，也可以将其设计在打线机上。打线台的表面最后做反光处理，以避免光损。
[0020]优选地:所述引线抬升部上的焊位的高度为与电极导线的高度比为2 / 3。引线抬升部上的焊位在高度上越向上接近支架上的电极导线，引线所承受的封胶应力越不明显。
[0021]本实用新型的有益效果:
[0022]相比现有技术，本实用新型为双电极倒装结构的LED芯片设计了一个分压片结构，该分压片具有一个伸长臂，将引线进行抬升，进而减少引线在封胶内的长度，进而避免引线在封胶的热胀冷缩的情况下发生“瘦身”，甚至断裂的情况，也保护了引线的两端的焊点，减小了虚脱的几率，使LED芯片更加稳定。同时分压片的底部整体托住LED芯片，使银胶不容易接近LED芯片，因此，即使使用现有技术数倍的量，也不会造成LED芯片短路和漏电的问题。这样有利于采用银胶中更高导电粒子配比的银胶，以及更多的量，以增加导热效果。本实用新型的LED芯片焊接在底部上，其与引线抬升部的电连接采用了无引线的焊接方式，即通过焊料将芯片的电极与导线焊端电连接在一起，其工艺简单，芯片焊接在底部上电气性能更优。芯片可以更牢固的固定在芯片槽内，提高整个器件的抗震能力。本实用新型技术提高LED器件的稳定性和整体品质，非常适用于大功率LED芯片。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是现有LED器件的结构示意图。
[0024]图2是本实用新型的一个实施例的结构示意图。
[0025]图3是图2中实施例在使用状态的变化图。
[0026]图4是本实用新型的第二个实施例的结构示意图。
[0027]图5是图4中实施例未固晶的俯视结构示意图。
[0028]图6是图5中分压片的俯视结构图。
[0029]图7是本实用新型打线方式的示意图。
[0030]图8是打线固片器的立体图。
[0031]图9是本实用新型对于双电极LED芯片应用的结构示意图。
【具体实施方式】[0032]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0033]参见图2和图3为本实用新型公开的一种LED封装器件实施例。
[0034]图4、图5、图7和图8为第二个实施例结构。图6所示分压片和图9所示LED芯片的焊接结构均适用于第一实施例和第二个实施例。
[0035]参见图2和图3的实施例。LED芯片19通过银胶17固定在支架的芯片槽15内。支架上设有电极导线12，LED芯片19通过引线11与电极导线12电连接。LED芯片19固定在分压片9的上面，分压片9通过其下面的银胶17固定在芯片槽内。
[0036]分压片9包括底部90和连接在底部上的两个引线抬升部8。分压片为MCPCB，它们包括金属基。引线抬升部由底部向上呈一定的倾角，在引线抬升部的上端设有用于固定引线的焊位16，引线11将焊位16与电极导线12电连接在一起。
[0037]在底部90上设有两个分别与两个引线抬升部对应的导线端部，导线端部通过导线与焊位电连接在一起。导线端部、导线和焊位与金属基绝缘。
[0038]LED芯片19为倒装的LED芯片，LED芯片包括LED芯片外延结构、位于外延结构上面的蓝宝石衬底、以及倒装硅衬底。LED芯片外延结构上的两个电极倒装焊接在硅衬底的电极层的两个互为断路的两个电极部分，在电极层与硅衬底之间通过一钝化层绝缘。电极层的两个电极部分由硅衬底上面延伸至硅衬底的侧面，它们在硅衬底的侧面的下部与各自对应的导线焊端通过焊料电连接；硅衬底焊接在底部上。
[0039]底部和引线抬升部两者的上表面可以有反光层。引线抬升部上的焊位16的高度为与电极导线的高度比为2 / 3(即2 / 3:1)。由图2可知，引线11的焊点通过引线抬升部8抬升到抬升位13处。图2显示是常温下的封装器件的状态，当LED器件工作的时候，温度上升到100摄氏度左右，参见图3，封胶10会发生热涨现象，封胶表面会发生细微的上升，膨胀线23表示封胶的膨胀效果。封胶的膨胀会带动其内的引线抬升部发生移动。引线抬升部由常温位置抬升偏移到如图3所示的虚线位置，高位引线抬升部22比常温状态的高度有所升高，引线的位置如高位引线20所示，引线抬升部的焊位也位于高位焊位21的位置。高位线24与低位线25之间的高度差为抬升高度h。引线抬升部承受了封胶升温过程中产生的应力，而减小了引线所受的应力，其不但保护了引线，还保护引线的焊点不受过大的拉扯应力。由于引线抬升部有弹性形变的能力，其发生偏移后，其自身所受的应力有所减弱。
[0040]上述器件的制造方法，包括以下步骤:
[0041]将LED芯片通过共晶焊固定在分压片的底部；用焊料将电极层与导线焊端焊接在一起；在分压片的底部的下面涂敷银胶，然后将分压片和LED芯片置于芯片槽内固化处理；将引线抬升部顶在芯片槽的壁面上，将引线焊接在焊位与电极导线之间；放开引线抬升部，引线抬升部由于回弹力回复到原抬起的状态；然后对芯片槽内的部件进行封装处理。
[0042]图4至图9所示为本实用新型的第二个实施例的结构图。本例与上一个实施例的区别在于引线抬升部的高度、芯片槽的内部结构以及分压片的区别。在引线抬升部29的焊位28下方位置设有针孔41。在芯片槽底上设有打线台36，打线台36位于引线抬升部的下方位置。打线台的设置破坏了反射坡面31的完整性，在反射坡面31上形成一个缺口。打线台36上设有针槽35，在引线抬升部被压下的时候，针孔41与针槽35能够相通，引线抬升部打线状态34是被屈服的状态。引线抬升部上的焊位28与电极导线26等高度。槽底38可以做成反射镜结构，也可不必做成镜面反射面，做成漫反射面即可，以降低成本，例如，涂敷硫酸钡、氧化钛等白色涂层。引线抬升部29上的焊位28的高度与电极导线26等高，见等高线30的表示，引线27连接焊位和电极导线。
[0043]分压片37的底部32包括固晶区40和反射区，在反射区上做两个一级引线焊位，固晶区40位于反射区中间部位，反射区43相对固晶区呈向上的倾角。一级焊位通过导线与焊位连接。导线42可以是电镀铜。焊位和一级引线焊位可以是在铜层上面复合银层或锡层结构。在一个实施例中，底部以铜为金属基板。
[0044]分压片包括底部32和连接在底部上的两个引线抬升部29。分压片为MCPCB，它们包括金属基。引线抬升部由底部向上呈一定的倾角，在引线抬升部的上端设有用于固定引线的焊位28，引线27将焊位28与电极导线26电连接在一起。
[0045]在底部90上设有两个分别与两个引线抬升部对应的导线端部18，导线端部18通过导线42与焊位28电连接在一起。导线端部、导线和焊位与金属基绝缘。
[0046]LED芯片19为倒装的LED芯片，LED芯片包括LED芯片外延结构44、位于外延结构上面的蓝宝石衬底39、以及倒装硅衬底47。LED芯片外延结构上的两个电极倒装焊接在硅衬底的电极层46的两个互为断路的两个电极部分，在电极层与硅衬底之间通过钝化层45绝缘。电极层的两个电极部分由硅衬底上面延伸至硅衬底的侧面，它们在硅衬底的侧面的下部与各自对应的导线焊端通过焊料53电连接。硅衬底47通过焊层51焊接在底部上。焊料53为金或金锡合金。钝化层45为二氧化硅。电极层46为金或金锡合金。导线焊端18与底部32之间存在绝缘层52。
[0047]引线抬升部包括弹性关节33，参见图7，弹性关节33位于引线抬升部的下端，其横截面呈半弧形。半弧形的弧拱可以向上，也可以向下。引线抬升部呈现片状，其无论选用塑料还是金属基底，其均具有一定的弹性。除了以上半弧形截面的弹性关节以外，其实弹性关节也可以不做任何特殊的截面图形设计。由于引线抬升部与底部有一定的夹角，又由于分压片有弹性，此时弹性关节既是底部与引线抬升部的结合处。专门的弹性关节设计可以使底部与引线抬升部的功能分开。上述半弧形设计可以作为银胶使用量的标准，即银胶扩散到弹性关节的半弧形处即可认定银胶的用量符合质量标准。
[0048]参见图7和图8，打线的时候需要用到打线固片器48。打线固片器包括杆50和杆下部的压片49。
[0049]上述图4所示结构的器件的制造方法，包括以下步骤:
[0050]将LED芯片焊接固定在分压片的底部；用焊料将电极层与导线焊端焊接在一起；在分压片的底部的下面涂敷银胶，然后将分压片和LED芯片置于芯片槽内固化处理；用打线固片器穿过针孔，打线固片器上的压片推动引线抬升部下降到打线台处，打线固片器的压片下面的杆插入针槽内；将引线焊接在焊位与电极导线之间；移走打线固片器，引线抬升部由于回弹力回复到原抬起的状态；然后对芯片槽内的部件进行封装处理。
[0051]LED芯片是蓝光芯片，封胶是混有黄光荧光粉的胶体。
【权利要求】
1.一种双电极结构LED器件的抗短路结构，包括LED芯片和支架，LED芯片通过银胶固定在支架的芯片槽内；支架上设有电极导线，LED芯片通过引线与电极导线电连接；其特征在于: 所述LED芯片固定在一分压片的上面，分压片通过其下面的银胶固定在芯片槽内； 所述分压片包括底部和连接在底部上的两个引线抬升部；分压片为MCPCB，它们包括金属基；引线抬升部由底部向上呈一定的倾角，在引线抬升部的上端设有用于固定引线的焊位，引线将焊位与所述电极导线电连接在一起； 在底部上设有两个分别与两个引线抬升部对应的导线端部，导线端部通过导线与焊位电连接在一起；导线端部、导线和焊位与所述金属基绝缘； 所述LED芯片为倒装的LED芯片，LED芯片包括LED芯片外延结构、位于外延结构上面的蓝宝石衬底、以及倒装硅衬底；LED芯片外延结构上的两个电极倒装焊接在硅衬底的电极层的两个互为断路的两个电极部分，在电极层与硅衬底之间通过一钝化层绝缘；电极层的两个电极部分由硅衬底上面延伸至硅衬底的侧面，它们在硅衬底的侧面的下部与各自对应的导线焊端通过焊料电连接；硅衬底焊接在底部上；所述底部的下面为银胶。
2.根据权利要求1所述双电极结构LED器件的抗短路结构，其特征在于:所述引线抬升部包括弹性关节，弹性关节位于引线抬升部的下端，其横截面呈半弧形。
3.根据权利要求1所述双电极结构LED器件的抗短路结构，其特征在于:所述引线抬升部上的焊位的高度为与电极导线的高度比为2 / 3。
4.根据权利要求1所述双电极结构LED器件的抗短路结构，其特征在于:所述焊料为金或金锡合金。
5.根据权利要求1所述双电极结构LED器件的抗短路结构，其特征在于:所述钝化层为二氧化硅。
【文档编号】H01L27/15GK203589034SQ201320593867
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】刘创兴 申请人:深圳市百通利电子有限公司