LED模组BGA封装固定结构的制作方法

本发明涉及LED光源技术领域，尤其是LED模组BGA封装固定结构。

背景技术：

目前LED的封装方法有：支架排封装，贴片封装，模组封装几种，这些封装方法都是我们常见和常用的。

支架排封装是最早采用，用来生产单个LED器件，这就是我们常见的引线型发光二极管（包括食人鱼封装），它适合做仪器指示灯、城市亮化工程，广告屏，护拦管，交通指示灯，及目前我国应用比较普遍的一些产品和领域。

贴片封装（SMD）是一种无引线封装，体积小、薄，很适合做手机的键盘显示照明，电视机的背光照明，以及需要照明或指示的电子产品，近年来贴片封装有向大尺寸和高功率的方向发展，一个贴片内封装三、四个led芯片，可用于组装照明产品。

模组封装也是一种多芯片封装，在氧化铝或氮化铝基板上以较小的尺寸、高的封装密度封装几十个或几百个LED芯片，内部的联线是混联型式，即有多个芯片的串联、又有好几路的并联。这种封装主要是扩大功率，用做照明产品。

一般采用支架排封装的LED，支架排是采用铜或铁金属材料经精密模具冲压而成，铁的支架排要经过镀银。镀银有两个作用，一是为了防止氧化生锈，二是方便焊接，支架排的电镀质量非常关键，它关系到LED的寿命， 但是我们一般的LED封装企业都不具备检验支架排电镀质量的能力，这就给了一些电镀企业有机可乘，使电镀的支架排镀银层减薄，减少成本支出。用这样的支架排做出来的产品是肯定用不长久的，如空气中湿度大，很容易造成电镀差的金属件氧化生绣锈，使LED元件失效。即使封装了的LED也会因镀银层太薄附着力不强，焊点与支架脱离，造成死灯现象。这就是我们碰到的使用得好好的灯不亮了，其实就是内部焊点与支架脱离了。

目前市场上的SMD封装胶水基本都是硅胶（有良好的耐热性能），做好的产品在初期做点亮测试老化之后都有不错的表现，但是随着时间的推移，就会发现有胶层和PPA支架剥离、LED变色（镀银层变黄发黑）的情况发生。PPA中所添加的二氧化钛因芯片所发出的蓝光造成其引起的光触媒作用，硅胶本身没老化的情况下，PPA本身慢慢老化所造成的。环氧树脂等封装材料因热及光的分解后的残渣产生无机碳，因为有无机碳的存在，蓝光、镀银、氧气及湿气使其加速催化造成LED变色。

模组封装由于封装的密度较高，应用时产生的热量大，散热是解决应用的首要问题。没有良好的散热效果，就使得灯的寿命缩短，不够经济实用。

采用以上的封装方法生产的器件，都有一个共同特点：热阻的道数较多，难以生产出高质量的照明灯具，且模组本身与散热器的连接处理要求比较高。目前所有的封装方法都是将黄色荧光粉（YAG）和环氧树脂按不同比列混合均匀，直接点到发蓝光的LED芯片上，再加热固化。这种常见的做法优点是节约材料，缺点是不利于散热、荧光粉也会老化。因为环氧树脂和荧光粉都不是导热好的材料，且包裹整个芯片就会影响散热。对于制造LED照明灯具采用这种方法显然不是最好的方案。

BGA封装是现代集成电路常用的封装形式，具备较多的优点，但此类封装因为没有插接部分，所以需要特定的固定结构对芯片进行固定，而LED芯片是一种光源器件，有一定的防水、抗震要求，而且LED芯片的功率、自重和尺寸也远大于普通的集成电路，如何通过BGA封装来制造高可用性的LED光源，是一个研究方向。

技术实现要素：

本发明提出LED模组BGA封装固定结构，能通过BGA封装来制造高可用性的LED光源。

本发明采用以下技术方案。

LED模组BGA封装固定结构，所述BGA封装固定结构包括BGA封装形态的LED模组、PCB板和BGA贴装焊接治具；所述LED模组为BGA封装的光源器件；LED模组包括BGA封装基板、LSI芯片、凸点阵列；所述凸点阵列由按预定排列方式有序排列于BGA封装基板焊接面的多个球形或柱形焊点组成；凸点阵列位于BGA封装基板背面；所述LSI芯片位于BGA封装基板正面；所述LSI芯片中设有以模压或灌装的树脂材料进行封装固定的LED发光管及配套电路；LSI芯片与凸点阵列之间电性连接；所述PCB板处设有BGA光源焊盘；所述BGA贴装焊接治具为一定位板，所述定位板上设有一个以上的光源固定孔；所述光源固定孔的大小与LED模组匹配；光源固定孔的位置与PCB板上BGA光源焊盘位置匹配；当对LED模组进行贴装或焊接时，所述定位板以可拆卸方式固定于PCB板上，LED模组以光源固定孔在PCB板上贴装定位及焊接定位，当LED模组焊接固定于PCB板后再取下定位板。

所述凸点阵列接按焊点排列形状分为周边型阵列、交错型阵列和全阵列。

所述LED模组的凸点阵列中，与LSI芯片的电源引脚和接地引脚相连的焊点位于阵列中央部位；与LSI芯片的I/O接口引脚相连的焊点位于阵列外围。

所述LSI芯片中，以模压或灌装的树脂材料形成LED发光管及配套电路外部的防水层。

所述BGA光源焊盘处设有阻焊层和焊盘焊接点，阻焊层上开设有阻焊孔；阻焊孔围绕焊盘焊接点，阻焊孔与焊盘焊接点间留有阻焊间隙；所述阻焊层覆盖于过孔和焊盘焊接点间的引线上。

所述过孔和焊盘焊接点间以印刷线连接。

当定位板上设有多个光源固定孔时，所述光源固定孔在定位板上纵横均匀排列；此类定位板用于设有多个BGA光源焊盘的PCB板，LED模组经光源固定孔在此类PCB板上贴装及焊接后形成LED发光矩阵。

以所述LED模组制造LED发光矩阵的方法依次包括以下步骤；

A1、把定位板以可拆卸方式固定于PCB板上；

A2、在PCB板的BGA光源焊盘处覆以锡膏；

A3、把LED模组经光源固定孔贴装于PCB板的BGA光源焊盘处，形成待焊接的LED发光矩阵工件；

A4、以焊接台或回流焊设备对LED发光矩阵工件进行焊接，使LED模组焊接固定于PCB板的BGA光源焊盘处；

A5、取下定位板。

本发明中，采用的BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，不会超过LED模组的封装；采用BGA技术封装的LED模组，在模组内LED发光管数量相同的情况下，可以减少一半以上的管脚。即在相同体积下，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了；对于提升高集成度的LED光源的电性能十分有益。

本发明由于采用了BGA贴装焊接治具的定位板对BGA封装形态的LED模组进行贴装或焊接时的定位，从而使得BGA封装能应用于大重量的LED模组，拓展了BGA封装的应用领域，使LED发光器件也能实现BGA封装的优点，实现了意想不到的技术效果。

本发明中，所述LSI芯片中设有以模压或灌装的树脂材料进行封装固定的LED发光管及配套电路；LSI芯片与凸点阵列之间电性连接；该设计形成了对LED电路结构的二次封装，从而可以把大部分的电源和地引脚放在封装结构中间，I/O口的引线放在外围，简化电路。

由于采用了BGA封装来形成LED模组，因此能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能。

本发明采用BGA封装可以增加引脚间距，由于引脚是焊球，寄生参数减小，信号传输延迟小，在LED模组工作时能大大提高工作频率，且在焊接时可明显改善共面性，而且焊球融化时的表面张力具有明显的“自对准”效应，从而可大大减小安装、焊接的失效率。

在LED模组上采用BGA封装，管脚数可以比现有的封装技术少一半以上。如单个LED全彩三合一发光二极管的封装有4个引脚，2*2的矩阵则有4*4=16个管脚，而采用BGA封装，只需要8个管脚，其余的可以在内部来完成。同理，先有的封装技术封装3*3矩阵时有4*9=36个管脚，而采用BGA封装只有12个管脚。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的BGA封装形态的LED模组的示意图；

附图2是本发明所述PCB板上BGA光源焊盘的示意图；

附图3是本发明所述BGA贴装焊接治具的示意图；

附图4是本发明所述以BGA封装形态的LED模组制成的LED发光矩阵的示意图；

附图5是本发明凸点阵列的三种焊点排列方式；

图中：1-LSI芯片；2-BGA封装基板；3-焊点；4-凸点阵列；5-BGA光源焊盘；6-过孔；7-阻焊层；8-光源固定孔；9-BGA封装形态的LED模组；10-PCB板；11-阻焊孔；12-焊盘焊接点；13-定位板；14-阻焊间隙。

具体实施方式

如图1-5所示，LED模组BGA封装固定结构，所述BGA封装固定结构包括BGA封装形态的LED模组9、PCB板10和BGA贴装焊接治具；所述LED模组9为BGA封装的光源器件；LED模组包括BGA封装基板2、LSI芯片1、凸点阵列4；所述凸点阵列4由按预定排列方式有序排列于BGA封装基板2焊接面的多个球形或柱形焊点3组成；凸点阵列4位于BGA封装基板2背面；所述LSI芯片1位于BGA封装基板2正面；所述LSI芯片中设有以模压或灌装的树脂材料进行封装固定的LED发光管及配套电路；LSI芯片与凸点阵列之间电性连接；所述PCB板10处设有BGA光源焊盘5；所述BGA贴装焊接治具为一定位板13，所述定位板13上设有一个以上的光源固定孔8；所述光源固定孔8的大小与LED模组9匹配；光源固定孔8的位置与PCB板上BGA光源焊盘5位置匹配；当对LED模组9进行贴装或焊接时，所述定位板以可拆卸方式固定于PCB板上，LED模组以光源固定孔在PCB板上贴装定位及焊接定位，当LED模组焊接固定于PCB板后再取下定位板。

所述凸点阵列4接按焊点3排列形状分为周边型阵列、交错型阵列和全阵列。

所述LED模组的凸点阵列中，与LSI芯片的电源引脚和接地引脚相连的焊点3位于阵列4中央部位；与LSI芯片的I/O接口引脚相连的焊点3位于阵列4外围。

所述LSI芯片中，以模压或灌装的树脂材料形成LED发光管及配套电路外部的防水层。

所述BGA光源焊盘处设有阻焊层7和焊盘焊接点12，阻焊层7上开设有阻焊孔11；阻焊孔11围绕焊盘焊接点12，阻焊孔与焊盘焊接点间留有阻焊间隙14；所述阻焊层覆盖于过孔和焊盘焊接点间的引线上。

所述过孔和焊盘焊接点间以印刷线连接。

当定位板上设有多个光源固定孔时，所述光源固定孔在定位板上纵横均匀排列；此类定位板用于设有多个BGA光源焊盘的PCB板，LED模组经光源固定孔在此类PCB板上贴装及焊接后形成LED发光矩阵。

以所述LED模组制造LED发光矩阵的方法依次包括以下步骤；

A1、把定位板以可拆卸方式固定于PCB板上；

A2、在PCB板的BGA光源焊盘处覆以锡膏；

A3、把LED模组经光源固定孔贴装于PCB板的BGA光源焊盘处，形成待焊接的LED发光矩阵工件；

A4、以焊接台或回流焊设备对LED发光矩阵工件进行焊接，使LED模组焊接固定于PCB板的BGA光源焊盘处；

A5、取下定位板。

本产品中，LED发光管为LED发光二极管。