发光二极管封装结构的制作方法

本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种发光二极管封装结构。

背景技术：

随著半导体发光技术不断进步，近年来紫外光波段的半导体器件被高度关注。紫外发光二极管具有节能、环保、高效能等优点，在照明、医疗、印刷、杀菌领域，用来替代传统汞灯的趋势日渐显著。传统发光二极管的芯片封装结构在长时间使用以后，会存在封装失效，透镜脱落的问题。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种发光二极管封装结构，以解决发光二极管封装结构长时间使用以后封装失效的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种发光二极管封装结构，包括基板、发光芯片和透镜。基板上设置有线路层，线路层上设置有置晶区。发光芯片设置于置晶区并与线路层电性连接。透镜覆盖于发光芯片和置晶区，透镜的边缘设置有环形的可焊层，可焊层与线路层绝缘连接。

通过基板上设置的线路层可以对发光芯片通电，以使发光芯片正常发光，光线透过透镜进行使用。由于透镜的边缘设置环形的可焊层，且可焊层与线路层绝缘连接，从而对发光二极管进行封装，不需要使用有机黏合胶对透镜进行黏合，也就避免了有机黏合胶的黄化或裂化等问题，以改善发光二极管封装结构长时间使用以后封装失效的问题。

在一种可能的实施方式中，还设置有绝缘层，绝缘层位于线路层和可焊层之间，绝缘层上还设置有通孔，使发光芯片和置晶区暴露于透镜的覆盖范围内。

通过绝缘层的设置，可以避免可焊层与线路层导通，避免短路事故的发生。

在一种可能的实施方式中，透镜的一侧具有开口，开口一侧的边缘镀有可焊层，可焊层与绝缘层连接。

透镜为中空结构，发光芯片的一部分可以位于透镜的中空结构内，可以减小封装结构的体积。

在一种可能的实施方式中，可焊层包括金可焊层、银可焊层、锡可焊层、及其合金可焊层中的一种。可选地，可焊层为圆环形结构，可焊层的宽度为1.5-2.5mm，可焊层的厚度为0.15-0.25mm。

选择上述可焊层，能够更加容易通过共晶焊的方式实现透镜的无胶连接。上述宽度和厚度的可焊层，能够在有效避免可焊层和发光芯片导通的情况下，实现透镜的牢固焊接。

在一种可能的实施方式中，透镜为玻璃透镜或陶瓷透镜。使用玻璃制成的玻璃透镜或者陶瓷制成的陶瓷透镜替换传统的有机胶透镜，不需要使用有机胶，可以避免发光芯片发出的光被有机胶透镜的有机胶吸收，可以避免改善封装结构长时间使用后出光率偏低的问题。

在一种可能的实施方式中，基板包括金属板和设置于金属板上的绝缘板，线路层设置于绝缘板上。可选地，金属板为铝板或铜板。

金属板的散热效果好，且金属板与线路层之间设置有绝缘板，可以使金属板与线路层之间绝缘连接。

在一种可能的实施方式中，发光芯片为紫外发光芯片，置晶区、紫外发光芯片和透镜均包括多个且呈阵列排布。紫外发光芯片与置晶区一一对应设置，一个透镜覆盖于一个置晶区和安装于置晶区上的紫外发光芯片，每个透镜的边缘均设置有可焊层，可焊层与线路层绝缘连接。

该紫外发光芯片发出的是紫外光，紫外光更加容易被有机胶吸收，那么，本申请中使用无胶封装的结构，能够有效避免紫外光被有机胶吸收，在长时间工作时不会有材质黄变、龟裂、光衰减和器件失效问题，提高了封装结构的稳定性和可靠性。

在一种可能的实施方式中，线路层包括多个并排间隔的线路区，置晶区设置于相邻的两个线路区之间，安装于置晶区上的紫外发光芯片被配置成能够与相邻的两个线路区电性连接。

在不使用有机黏合胶或金丝的情况下，实现了多个阵列排布的紫外发光芯片的导通，以使封装效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例提供的发光二极管封装结构的爆炸图；

图2为本申请实施例提供的发光二极管封装结构的第一视图；

图3为本申请实施例提供的发光二极管封装结构的电气连接图；

图4为本申请实施例提供的发光二极管封装结构的剖视图；

图5为图4中ⅴ处的放大图；

图6为本申请实施例提供的发光二极管封装结构的制备流程图。

图标：10-基板；20-发光芯片；30-透镜；11-金属板；12-绝缘板；40-线路层；41-置晶区；42-线路区；43-焊点；60-可焊层；70-绝缘层；71-通孔；61-第一可焊层；62-第二可焊层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

现有技术中，紫外发光二极管封装结构在长时间使用以后，会出现封装失效的问题，且出光效率也会越来越低。发明人研究发现，紫外发光二极管封装结构的透镜是由有机胶制成的有机胶透镜，有机胶透镜通过有机黏合胶(有机黏合胶是有机胶的一种)进行黏合固定，紫外发光芯片通过有机黏合胶绝缘黏合在线路层上，然后通过金丝将紫外发光芯片与线路层导通。

由于紫外发光芯片发出的部分紫外光会被有机胶吸收，特别是当紫外发光芯片发出的紫外光的波段低于380nm时，紫外光被有机胶吸收的现象会更加明显，会导致有机胶透镜的黄化，从而造成紫外发光二极管封装结构出光效率偏低的问题。另一方面，紫外发光芯片发出的部分紫外光也会被有机黏合胶吸收，会导电有机黏合胶产生黄化和裂化的问题，造成光学元件对封装基板的附着性降低，进一步导致光学元件脱落、封装失效等问题。

所以，发明人研究了一种发光二极管封装结构，可以减少甚至避免有机胶的使用，使发光二极管封装结构的封装效果更好，以改善封装失效的问题，并改善出光效率偏低的问题。

图1为本实施例提供的发光二极管封装结构的爆炸图。请参阅图1，本实施例中，发光二极管封装结构包括基板10、发光芯片20和透镜30。

其中，基板10主要起到支撑和导热的作用，可选地，基板10包括金属板11和绝缘板12，绝缘板12设置于金属板11的一表面，金属板11为导热高的材料制成，例如：金属板11可以为铝板或铜板，金属板11的散热效果更好。

本实施例中，为了实现发光芯片20的导通，在绝缘板12上设置线路层40(在基板10的绝缘板12的背离金属板11的表面设置线路层40)。

图2为本申请实施例提供的发光二极管封装结构的第一视图(其中，为了清晰地表示发光芯片20的安装结构，图2中没有示出透镜30)。请参阅图1和图2，本实施例中，线路层40上设置有多个置晶区41，发光芯片20包括多个，发光芯片20与置晶区41一一对应设置(一个置晶区41处安装一个发光芯片20)，发光芯片20安装在置晶区41以后，与线路层40电性连接，以便发光芯片20工作。

可选地，线路层40包括多个并排间隔的线路区42，置晶区41设置于相邻的两个线路区42之间，安装于置晶区41上的发光芯片20被配置成能够与相邻的两个线路区42电性连接。

如图2所示，置晶区41呈阵列分布，安装于置晶区41上的发光芯片20也呈阵列分布，例如：线路区42具有九个(在其他实施例，线路区42也可以是七个、八个或十个，本实施例不做限定)，九个线路区42均设置于绝缘板12上，九个线路区42间隔排布，且线路区42与线路区42之间基本平行，可以避免线路区42与线路区42之间直接导通，从而避免发光芯片20短路。

请继续参阅图2，本实施例中，置晶区41设置于相邻的两个线路区42之间，例如：每两个相邻的线路区42之间具有四个置晶区41(在其他实施例中，也可以有三个、五个或六个置晶区41，本实施例不做限定)，将发光芯片20安装在置晶区41以后，发光芯片20能够与相邻的两个线路区42电性连接。

图3为本实施例提供的发光二极管封装结构的电气连接图。请参阅图2和图3，本实施例中，沿着多个线路区42的排布方向，第一个线路区42和最后一个线路区42上均设置有焊点43，通过上述两个焊点43与外界电源连接形成闭合回路，以便使发光芯片20工作。可选地，第一个线路区42上的焊点43连接第一电极(正极或负极)，最后一个线路区42上的焊点43连接第二电极(负极或正极)，第一电极和第二电极恰好极性相反。例如：第一电极为正极，第二电极为负极，电流从正极导入第一个线路区42，然后通过发光芯片20，使电流进入与第一个线路区42相邻的线路区42，以此类推，电流进入最后一个线路区42的焊点43连接的负极处形成回路，以便各发光芯片20均通电正常使用。此设置方式中，发光芯片20与线路区42之间通过回流焊进行电气连接，不需要通过有机黏合胶进行发光芯片20的黏合，也不需要使用金线将发光芯片20与线路层40导通。

图4为本申请实施例提供的发光二极管封装结构的剖视图；图5为图4中ⅴ处的放大图。请参阅图1、图4和图5，本实施例中，透镜30包括多个，一个发光芯片20对应安装一个透镜30。透镜30覆盖于一个置晶区41和安装于置晶区41内的发光芯片20，每个透镜30的边缘均设置有环形的可焊层60，可焊层60与线路层40绝缘连接。

由于透镜30的边缘设置可焊层60，且可焊层60与线路层40绝缘连接，从而对发光二极管进行封装，不需要使用有机黏合胶进行透镜30的黏合。

进一步地，透镜30也不使用有机胶制成，透镜30可以是玻璃透镜30或陶瓷透镜30。实现发光二极管封装结构的无胶封装，从而避免部分紫外光被有机胶透镜吸收而使有机胶透镜黄化，可以改善发光二极管封装结构长时间使用以后出光效率偏低的问题。

本实施例中，可焊层60包括金可焊层、银可焊层、锡可焊层、及其合金可焊层中的一种。例如：可焊层60可以为金可焊层；可焊层60可以为银可焊层；可焊层60可以为锡可焊层；可焊层60可以为金银合金可焊层；可焊层60可以为金锡合金可焊层；可焊层60可以为银锡合金可焊层。可焊层60可以导电，为了实现可焊层60与线路层40之间的绝缘连接，在可焊层60与线路层40之间设置绝缘层70。

可选地，线路层40的背离基板10的表面设置有具有通孔71的绝缘层70，使发光芯片20和置晶区41暴露于透镜30的覆盖范围内，置晶区41以及设置于置晶区41的发光芯片20均位于通孔71内，可焊层60连接于绝缘层70的背离线路层40的表面且靠近通孔71的边缘。可以保证发光芯片20能够通过线路层40进行导通的情况下，使可焊层60与线路层40之间绝缘。

可选地，在需要安装发光芯片20的线路层40上设置一层绝缘层70，绝缘层70不覆盖前述的焊点43，以保证线路层40的正常通电。进一步地，绝缘层70上呈阵列方式开设有通孔71，一个通孔71对应一个发光芯片20以及透镜30，一个通孔71内安装一个发光芯片20，发光芯片20可以位于通孔71的中间，发光芯片20不与绝缘层70接触，以实现发光芯片20不与可焊层60接触，避免发光芯片20短路。

本实施例中，透镜30的一侧具有开口，透镜30的开口一侧的边缘镀有可焊层60，可焊层60与绝缘层70连接，使发光芯片20和置晶区41位于透镜30内。如图5所示，透镜30的开口一侧朝下，透镜30的外表面为半球面，朝上凸出，透镜30的内表面也为球面，向上凹陷，使透镜30内具有一定的空间，可以用于设置发光芯片20。

可焊层60为圆环形结构，可焊层60的宽度(其中，可焊层60的宽度是指圆环形可焊层60的外环半径与内环半径之间的差值)为1.5-2.5mm。可选地，可焊层60的宽度与透镜30的厚度(透镜30的内表面和外表面之间的距离)一致，例如：可焊层60的宽度为1.5mm、2mm或2.5mm。在其他实施例中，可焊层60的宽度也可以小于透镜30的厚度，可焊层60的外环不超出透镜30的外表面；或可焊层60的内环不超出透镜30的内表面。可选地，可焊层60镀在透镜30的下端面的中部。

可焊层60的厚度(其中，可焊层60的厚度是指图5中可焊层60的上表面与下表面之间的高度差)为0.15-0.25mm。例如：可焊层60的厚度为0.15mm、0.2mm或0.25mm。

在其他实施例中，如果发光芯片20的厚度较薄，不会凸出可焊层60，则透镜30也可以是实心的结构，只要不影响发光芯片20的安装即可。本实施例中，发光芯片20安装在通孔71的中部，也就是安装在可焊层60形成的圆环形结构的中空部分的中部，发光芯片20产生的光线通过球面折射以后，能够发出基本平行的光线进行使用。

为了使透镜30和绝缘层70之间的连接强度更高，封装效果更好。可选地，可焊层60包括第一可焊层61和第二可焊层62，第一可焊层61设置于透镜30的开口一侧的边缘且朝向第二可焊层62的方向凸出透镜30，第二可焊层62设置于绝缘层70且朝向第一可焊层61的方向凸出绝缘层70，第一可焊层61和第二可焊层62焊接。

可选地，第一可焊层61向下凸出透镜30，第一可焊层61的外边缘和透镜30的外表面齐平，第一可焊层61的内边缘与透镜30的内表面齐平。第二可焊层62向上凸出绝缘层70，第二可焊层62的内边缘与绝缘层70上的通孔71的孔壁齐平，第二可焊层62的宽度与第一可焊层61的宽度一致，然后通过焊接的方式实现第一可焊层61和第二可焊层62的焊接。

图6为本实施例提供的发光二极管封装结构的制备流程图，请一并参阅图1和图6，本实施例提供的发光二极管封装结构的制备方法包括如下步骤：

s10，获得具有环形的第一可焊层61的透镜30。可选地，先烧制透镜30，然后在透镜30的具有开口的一侧的端面通过电镀或磁控溅射的方式形成环形的第一可焊层61。

s20，在金属板11上形成绝缘板12。

s30，在绝缘板12的背离金属板11的表面形成多个间隔设置的线路区42。可选地，可以通过电镀选镀工艺形成多个间隔设置的线路区42；还可以先形成一层线路层40，然后通过刻蚀的方式形成多个间隔设置的线路区42。

s40，在线路区42上形成具有多个通孔71的绝缘层70，多个通孔71呈阵列排布，且相邻的两个线路区42之间的间隙基本均匀分割通孔71。可选地，先在线路层40上形成绝缘层70，然后通过腐蚀或机械加工在绝缘层70上形成多个呈阵列排布的通孔71。

s50，在绝缘层70的靠近通孔71的位置形成环形的第二可焊层62。可选地，可以通过电镀选镀工艺形成多个第二可焊层62；还可以先形成一层可焊层，然后通过刻蚀的方式形成多个第二可焊层62；也可以通过丝印可焊金属胶的方式形成第二可焊层62；还可以通过磁控溅射的方式形成的第二可焊层62。

s60，将发光芯片20放置在线路层40的置晶区41，一个置晶区41放置一个发光芯片20。其中，置晶区41设置于相邻的两个线路区42。

s70，通过回流焊的方式使发光芯片20与线路区42电气连接，使发光芯片20能够与相邻的两个线路区42接触并导通。

s80，回流焊安装透镜30，形成发光二极管封装结构。可选地，通过回流焊的方式将步骤s10得到的第一可焊层61和步骤s50得到的第二可焊层62焊接，形成发光二极管封装结构。

本实施例中，上述发光二极管封装结构中，发光芯片20可以是紫外发光芯片，也可以是其他发光芯片，只要能够使发出的光线透过透镜30即可。

本申请实施例提供的发光二极管封装结构的有益效果包括：采用全无胶结构进行封装，可以避免发光二极管封装结构中的有机胶在长时间工作时发生变黄、龟裂等问题，以改善发光二极管封装结构的光衰减、器件失效等问题。可以提高发光二极管封装结构的装置稳定性和可靠性。可以用于杀菌，在医疗、光固化印刷等领域得到广泛的应用。

以上所述仅为本申请的一部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。