CN102364685A - 一种无引线的led模组及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无引线的LED模组及其制造工艺。所述的LED模组包括散热器、PCB板、LED芯片、封装胶体、密封硅胶和透镜模组，所述的LED芯片焊接在PCB板上，正负电极分别焊在相对应的电极焊盘上；所述PCB板与散热器贴合；所述透镜模组安装在LED芯片上方，内部填充封装胶体。LED芯片直接焊接在线路板上，省略了传统的LED封装过程，省略了包含有热沉的支架，使LED芯片的热量直接扩散到高导热率的线路板及散热器，提高了散热效果。透镜模组与LED芯片之间，仅有封装胶体，光线经过介质少，透过率高，并且填充胶体与透镜模组的折射率匹配，反射损失少，提高了LED模组的出光率。

Description

一种无引线的LED模组及其制造工艺

技术领域

本发明涉及半导体应用和封装领域，更具体地说，涉及一种无引线的LED模组及其制造工艺。

背景技术

随着LED芯片技术与封装技术的发展，越来越多的LED产品应用于照明领域，尤其是大功率白光LED。由于LED具有高光效、长寿命、节能环保、合适调光控制、不含汞等污染物质的特点，成为继白炽灯、荧光灯等传统光源之后的新一代照明光源。

LED是一种电致发光半导体器件，其中约有百分之三十的电能转换为光，剩余电能则转换为热量，而热量积累造成的LED温度上升，是引起LED光衰的主要原因。因而，LED芯片散热是LED封装所致力于解决的关键问题，国内外生产厂家相继提出了各种封装方式。

传统的封装的理念都是把LED芯片封装到器件的支架上，而大量的封装相关的科研工作都围绕支架展开，包括支架的热性能、反光性能、材料的稳定性都成为研究的重点而投入巨大的人力物力。

目前，LED芯片固定于支架的热沉上，形成LED器件，LED器件置于金属基PCB板上，金属基板置于散热器上。热量通过热沉、铝基板等散热通道后经散热器扩散出去。

也就是说，采用如图1所示的结构进行LED封装与组装。其为：将LED芯片与热沉等封装成LED器件103，LED器件103焊接到PCB板102，如铝基板，PCB板102通过螺钉或者硅脂等方式固定在散热器101。其导热通道为：热量从LED芯片，通过封装内部热沉、PCB板102、以及散热器101，最终传导到空气。上述LED模组存在以下缺陷：由于LED芯片散热需要经过的导热通道的中间介层多，而且LED热沉与PCB板102、PCB板102与散热器101之间的介质为空气或者硅脂，中间介层导热率较低，因此散热性能不佳。

对于一般的LED应用灯具，光从芯片发出后一般要经过：荧光粉、封装透镜、空气、配光透镜再到透光罩，光线经过的介质多，每个界面都会发生反射损失，因此总的光学透过率低。因而，存在散热性能不佳、光学透过率低、生产工序复杂、成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是解决以上提出的问题，提供一种散热效能好、出光效率高、生产工序简单，成本低廉的无引线的LED模组及其制造工艺。

本发明的技术方案是这样的：

一种无引线的LED模组，包括散热器、PCB板、LED芯片、封装胶体、密封硅胶和透镜模组，所述的LED芯片焊接在PCB板上，正负电极分别焊在相对应的电极焊盘上；所述PCB板与散热器贴合；所述透镜模组安装在LED芯片上方，内部填充封装胶体。

作为优选，透镜模组设计有倒扣结构，散热器倒扣在透镜模组上形成紧闭固定。

作为优选，所述LED芯片两个电极位于芯片同一表面，分布电极的表面镀有焊料镀层，另一表面有荧光粉。

作为优选，LED芯片并联有LED开路保护器，其作用为开路保护以及防静电。

作为优选，所述的PCB板为金属基PCB板，包含金属层，绝缘层和电气层；电气层设置有电极焊盘，表面镀银或金或镍。

作为优选，所述的PCB板为高导热陶瓷基板，包含陶瓷层和电气层，电气层设置有电极焊盘，镀有银或镍或金。

作为优选，所述的密封硅胶包括安装在透镜模组上的固体硅胶圈，以及涂在固体硅胶圈侧边的液体硅胶形成的凝胶硅胶圈。

作为优选，所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组平面的位置上，开有凹槽，用于涂液体硅胶。

一种无引线的LED模组的制造工艺，步骤如下：

(1)在PCB板上刻蚀出正负电极及电气连接线路；

(2)将LED芯片固定在PCB板上。

(3)将上述PCB板安装在散热器上；

(4)在透镜模组的透镜凹坑处注入封装胶体；

(5)在透镜模组上安装有密封硅胶；

(6)将步骤(3)的安装有PCB板的散热器，安装在步骤(5)的透镜模组(207)上。

作为优选，步骤(5)所述的密封硅胶包括安装在透镜模组上的固体硅胶圈，以及涂在固体硅胶圈侧边的液体硅胶形成的凝胶硅胶圈。

作为优选，所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组平面的位置上，开有凹槽，用于涂液体硅胶。

作为优选，所述的透镜模组上有倒扣结构，散热器倒扣在透镜模组上，通过所述的倒扣结构固定，形成密封的LED模组。

作为优选，所述的LED芯片上带有荧光粉。

作为优选，所述的LED芯片不带有荧光粉，在所述的步骤(2)(3)之间，还可以包括以下步骤：将混有荧光粉的胶体点在芯片之上，或者采用喷粉技术将荧光粉喷涂到芯片表面；或者在芯片表面贴荧光粉片。

作为优选，步骤(2)所述的LED芯片固定在PCB板上，步骤为：

(2.1)LED芯片底部镀有焊料镀层，则在PCB板正负电极上涂上助焊剂；

(2.2)将LED芯片置于PCB板相应的正负电极处，并置入共晶炉进行固晶；或者加热PCB板和LED芯片，焊料镀层融化时将LED芯片置于PCB板上进行固定。

作为优选，步骤(2)所述的LED芯片固定在PCB板上，步骤为：将LED芯片置于PCB板相应的正负电极处，经超声波振动，使LED芯片固于PCB板上。

作为优选，在所述的步骤(2)(3)之间，还可以包括以下步骤：LED芯片并联LED开路保护器，并将其固定在PCB板上。

本发明的有益效果如下：

首先，传统的封装的理念都是把LED芯片封装到LED器件的支架上，而大量的封装相关的科研工作都围绕支架展开，包括支架的热性能、反光性能、材料的稳定性都成为研究的重点而投入巨大的人力物力而本发明跳出了该思维模式的定势，彻底抛弃了LED器件的支架，LED芯片直接封装在PCB板上，省略了包含有热沉的支架，使LED芯片的热量不经过热沉这一中间层，直接扩散到高导热率的PCB板及散热器，散热效果好。

其次，透镜模组与LED芯片之间，仅有填充胶体，而填充胶体折射率在1.4和1.6之间，光线经过介质少，透过率高，并且填充胶体与透镜模组的折射率匹配，反射损失少，提高了LED模组的出光效率。

另外，LED模组包含部件少，生产工序简单，成本低廉。

附图说明

图1为现有的LED器件的封装示例图；

图2为本发明LED模组实施例示意图；

图3为本发明PCB板组成示意图；

图4为本发明透镜模组示意图；

图中，101是散热器，102是PCB板，103是LED器件，201是散热器，202是PCB板，203是LED芯片，204是LED开路保护器，206是密封硅胶，207是透镜模组，301是金属层，302是绝缘层，303是电气层，401是透镜凹坑，402是倒扣结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行进一步详细说明：

一种无引线的LED模组，包括散热器201、PCB板202、LED芯片203、封装胶体、密封硅胶206和透镜模组207，所述LED芯片203通过覆晶工艺直接焊接在PCB板202上，正负电极分别焊在相对应的电极焊盘上；所述PCB板202与散热器201贴合；所述透镜模组207安装在LED芯片203上方，内部填充封装胶体。

所述PCB板202与散热器201以面接触的形式贴合。

透镜模组207设计有倒扣结构402，散热器201倒扣在透镜模组207上形成紧闭固定。

所述的透镜模组207底面设计有至少两个以上的透镜。

所述LED芯片203两个电极位于芯片同一表面，分布电极的表面镀有焊料镀层，另一表面有荧光粉。

LED芯片203并联有LED开路保护器204，其作用为开路保护以及防静电。

所述的PCB板202为金属基PCB板202，包含金属层301，绝缘层302和电气层303；电气层303设置有电极焊盘，表面镀银或金或镍。

所述的PCB板202为高导热陶瓷基板，包含陶瓷层和电气层303，电气层303设置有电极焊盘，镀有银或镍或金。

所述的封装胶体折射率在1.4到1.6之间。

所述的密封硅胶206包括安装在透镜模组207上的固体硅胶圈，以及涂在固体硅胶圈侧边的液体硅胶形成的凝胶硅胶圈。所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组207平面的位置上，开有凹槽，用于涂液体硅胶。所述的透镜模组207有一个整体平面，平面上明显看到一个个凸起的是透镜(如果倒着看，就是凹坑)，该平面四周边缘位置先附上一个固体硅胶圈，固体硅胶圈侧边位置，对应的透镜模组207平面上，有一圈凹槽，用于涂液体硅胶。当然，也可以不设置凹槽，直接涂上液体硅胶。

一种无引线的LED模组的制造工艺，步骤如下：

(1)在PCB板202上刻蚀出正负电极及电气连接线路；

(2)将LED芯片203固定在PCB板202上。

(3)将上述PCB板202安装在散热器上；

(4)在透镜模组207的透镜凹坑401处注入封装胶体；

(5)在透镜模组207上安装有密封硅胶206；

(6)将步骤(3)的安装有PCB板202的散热器，安装在步骤(4)的透镜模组(207)上。

步骤(5)所述的密封硅胶206包括安装在透镜模组207上的固体硅胶圈，以及涂在固体硅胶圈侧边的液体硅胶形成的凝胶硅胶圈。

所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组207平面的位置上，开有凹槽，用于涂液体硅胶。

所述的透镜模组207上有倒扣结构402，散热器倒扣在透镜模组207上，通过所述的倒扣结构402固定，形成密封的LED模组。

所述的LED芯片203上带有荧光粉。

另一种技术方案，所述的LED芯片203不带有荧光粉，在所述的步骤(2)(3)之间，还可以包括以下步骤：将混有荧光粉的胶体点在芯片之上，或者采用喷粉技术将荧光粉喷涂到芯片表面；或者在芯片表面贴荧光粉片。

步骤(2)所述的LED芯片203固定在PCB板202上，步骤为：

(2.1)LED芯片203底部镀有焊料镀层，则在PCB板202正负电极上涂上助焊剂；

(2.2)将LED芯片203置于PCB板202相应的正负电极处，并置入共晶炉进行固晶；或者加热PCB板202和LED芯片203，焊料镀层融化时将LED芯片203置于PCB板202上进行固定。

所述的焊料镀层可以是Au-Sn层，LED芯片203置于PCB板202相应的正负电极处，并置入共晶炉后，具体可以用280℃以上的温度进行固晶。

另一种技术方案，步骤(2)所述的LED芯片203固定在PCB板202上，步骤为：将LED芯片203置于PCB板202相应的正负电极处，经超声波振动，使LED芯片203固于PCB板202上。

在所述的步骤(2)(3)之间，还可以包括以下步骤：LED芯片203并联LED开路保护器204，并将其固定在PCB板202上。

本申请的核心在于：现有的LED模组，往往将LED芯片固定于支架的热沉上，封装成LED器件，LED器件焊接在不同的PCB板，再安装到散热器上，形成不同的产品，以适应更多更广的应用场合，并成为行业技术偏见，而这种LED模组的结构方式存在散热性能欠佳、光学透过率低、部件复杂等缺点。

本申请将LED芯片203直接载覆在PCB板202上，并且采用透镜模组207一次配光，达到了更好的散热效果和更高的出光效率，并且解决了LED芯片203载覆在PCB板202上的封装问题。

实施例

如图2所示，一种LED模组包括：散热器201，PCB板202，LED芯片203，LED开路保护器204，封装胶体，密封硅胶206，透镜模组207。本实施例中，LED开路保护器204选用齐纳二极管。所述的密封硅胶206包括安装在透镜模组207上的固体硅胶圈，以及涂在固体硅胶圈侧边的液体硅胶形成的凝胶硅胶圈。所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组207平面的位置上，开有凹槽，用于涂液体硅胶。本实施例中，所述的透镜模组207有一个整体平面，平面上明显看到一个个凸起的是透镜(如果倒着看，就是透镜凹坑)，该平面四周边缘位置先附上一个固体硅胶圈，固体硅胶圈外侧或内侧位置，对应的透镜模组207平面上，有一圈凹槽，用于涂液体硅胶。当然，也可以不设置凹槽，直接涂上液体硅胶。

LED芯片203的正负电极位于芯片下表面，并镀有焊料镀层，上表面涂覆或者粘贴有荧光粉。LED开路保护器204与LED芯片203并联，其作用为开路保护和防静电。本实施例中，所述的焊料镀层为Au-Sn镀层，根据实施需要，也可以选用其他可当作焊料的合金镀层。

PCB板202采用金属基板或其它高导热率基板。本实施例中，所述的PCB板202为金属基板，如图3所示，包含金属层301，绝缘层302，电气层303；电气层303，尤其是电气层303电极焊盘处，镀有银、镍或者金，其作用为提高反射率，加强出光效果。根据运用需要，所述的PCB板202也可以是高导热陶瓷基板，包含陶瓷层和电气层303，电气层303，尤其是电气层303电极焊盘处，镀有银、镍或者金。

如图4所示，透镜模组207底面设计有至少两个以上的透镜凹坑401，内部填充封装胶体。透镜模组207四周设计有倒扣结构402，扣在散热器201上，并通过密封硅胶206与PCB板202和散热器201形成密封结构。

所述透镜模组207其另一作用为光学配光，其形状为圆形、方形、椭圆形、或者以光学配光要求设计的各种形状。

散热器201的一般为铝等具有良好导热率的金属材质，在结构上可以为鳍片，或者柱状，或者其他有利于将热量导到空气的结构形式。

散热器201和PCB板202可以通过螺钉等固定连接在一起。透镜模组207与散热器201通过倒扣结构402固定。透镜模组207与散热器201贴合处涂有密封硅胶206且放置有成型硅胶。

从上可知，LED芯片203可以直接封装在PCB板202上，LED芯片203的热量直接传导到PCB板202和散热器201，没有经过LED封装热沉，以及LED热沉与PCB板202的空气介质，大大提升了散热效果。

此外，LED芯片203发出的光，经填充胶体和透镜模组207直接透射出来，没有二次透镜或者透光罩，因而出光效率高。

一种无引线的LED模组的制造工艺，步骤如下：

(1)在PCB板202上刻蚀出正负电极及电气连接线路；

(2)LED芯片203底部镀有Au-Sn层，在PCB板202正负电极上涂上助焊剂；

(3)LED芯片(203)并联上齐纳二极管，将LED芯片203、齐纳二极管置于PCB板202相应的正负电极处，并置入共晶炉，经280℃以上的温度固晶；或者加热PCB板202和LED芯片203、齐纳二极管，Au-Sn层融化时，将LED芯片203、齐纳二极管置于PCB板202，将LED芯片203、齐纳二极管固于PCB板202上。

(4)将上述PCB板202安装在散热器上；

(5)在透镜模组207的透镜凹坑401处注入封装胶体；

(6)在透镜模组207上安装有固体硅胶圈，所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组207平面的位置上，开有凹槽，用于涂液体硅胶。所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组207平面的位置上，开有凹槽，用于涂液体硅胶。所述的透镜模组207有一个整体平面，平面上明显看到一个个凸起的是透镜(如果倒着看，就是凹坑)，该平面四周边缘位置先附上一个固体硅胶圈，固体硅胶圈侧边位置，对应的透镜模组207平面上，有一圈凹槽，用于涂液体硅胶。当然，也可以不设置凹槽，直接涂上液体硅胶。

(7)将步骤(4)的安装有PCB板202的散热器，倒扣在步骤(6)的透镜模组207上，通过透镜模组207上的倒扣结构402固定，形成密封的LED模组。

所述的LED芯片203不带有荧光粉，在所述的步骤(2)(3)之间，还可以包括以下步骤：将混有荧光粉的胶体点在芯片之上，或者采用喷粉技术将荧光粉喷涂到芯片表面；或者在芯片表面贴荧光粉片。

另一种技术方案，如果所述的LED芯片203上带有荧光粉，则可省略在LED芯片203上加装荧光粉的步骤。

步骤(2)所述的LED芯片203固定在PCB板202上，步骤为：

(2.1)LED芯片203底部镀有焊料镀层，则在PCB板202正负电极上涂上助焊剂；

(2.2)将LED芯片203置于PCB板202相应的正负电极处，并置入共晶炉进行固晶；或者加热PCB板202和LED芯片203，焊料镀层融化时将LED芯片203置于PCB板202上进行固定。

所述的焊料镀层可以是Au-Sn层，LED芯片203置于PCB板202相应的正负电极处，并置入共晶炉后，具体可以用280℃以上的温度进行固晶。

另一种技术方案，步骤(2)所述的LED芯片203、齐纳二极管固定在PCB板202上，步骤为：将LED芯片203、齐纳二极管置于PCB板202相应的正负电极处，经超声波振动，使LED芯片203、齐纳二极管固于PCB板202上。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种无引线的LED模组，包括散热器(201)、PCB板(202)、LED芯片(203)、封装胶体、密封硅胶(206)和透镜模组(207)，其特征在于，所述的LED芯片(203)焊接在PCB板(202)上，正负电极分别焊在相对应的电极焊盘上；所述PCB板(202)与散热器(201)贴合；所述透镜模组(207)安装在LED芯片(203)上方，内部填充封装胶体。

2.根据权利要求1所述的无引线的LED模组，其特征在于，透镜模组(207)设计有倒扣结构(402)，散热器(201)倒扣在透镜模组(207)上形成紧闭固定。

3.根据权利要求1所述的无引线的LED模组，其特征在于，所述LED芯片(203)两个电极位于芯片同一表面，分布电极的表面镀有焊料镀层，另一表面有荧光粉。

4.根据权利要求1所述的无引线的LED模组，其特征在于，LED芯片(203)并联有LED开路保护器(204)。

5.根据权利要求1所述的无引线的LED模组，其特征在于，所述的PCB板(202)为金属基PCB板(202)，包含金属层(301)，绝缘层(302)和电气层(303)；电气层(303)设置有电极焊盘，表面镀银或金或镍。

6.根据权利要求1所述的无引线的LED模组，其特征在于，所述的PCB板(202)为高导热陶瓷基板，包含陶瓷层和电气层(303)，电气层(303)设置有电极焊盘，镀有银或镍或金。

7.根据权利要求1所述的无引线的LED模组，其特征在于，所述的密封硅胶(206)包括安装在透镜模组(207)上的固体硅胶圈，以及涂在固体硅胶圈侧边的液体硅胶形成的凝胶硅胶圈。

8.根据权利要求7所述的无引线的LED模组，其特征在于，所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组(207)平面的位置上，开有凹槽，用于涂液体硅胶。

9.一种无引线的LED模组的制造工艺，其特征在于，步骤如下：

(1)在PCB板(202)上刻蚀出正负电极及电气连接线路；

(2)将LED芯片(203)固定在PCB板(202)上。

(3)将上述PCB板(202)安装在散热器上；

(4)在透镜模组(207)的透镜凹坑(401)处注入封装胶体；

(5)在透镜模组(207)上安装有密封硅胶(206)；

(6)将步骤(3)的安装有PCB板(202)的散热器，安装在步骤(5)的透镜模组(207)上。

10.根据权利要求9所述的无引线的LED模组的制造工艺，其特征在于，步骤(5)所述的密封硅胶(206)包括安装在透镜模组(207)上的固体硅胶圈，以及涂在固体硅胶圈侧边的液体硅胶形成的凝胶硅胶圈。

11.根据权利要求10所述的无引线的LED模组的制造工艺，其特征在于，所述的固体硅胶圈侧边对应的透镜模组(207)平面的位置上，开有凹槽，用于涂液体硅胶。

12.根据权利要求10所述的无引线的LED模组的制造工艺，其特征在于，所述的透镜模组(207)上有倒扣结构(402)，散热器倒扣在透镜模组(207)上，通过所述的倒扣结构(402)固定，形成密封的LED模组。

13.根据权利要求10所述的无引线的LED模组的制造工艺，其特征在于，所述的LED芯片(203)上带有荧光粉。

14.根据权利要求10所述的无引线的LED模组的制造工艺，其特征在于，所述的LED芯片(203)不带有荧光粉，在所述的步骤(2)(3)之间，还可以包括以下步骤：将混有荧光粉的胶体点在芯片之上，或者采用喷粉技术将荧光粉喷涂到芯片表面；或者在芯片表面贴荧光粉片。

15.根据权利要求13或14所述的无引线的LED模组的制造工艺，其特征在于，步骤(2)所述的LED芯片(203)固定在PCB板(202)上，步骤为：

(2.1)LED芯片(203)底部镀有焊料镀层，则在PCB板(202)正负电极上涂上助焊剂；

(2.2)将LED芯片(203)置于PCB板(202)相应的正负电极处，并置入共晶炉进行固晶；或者加热PCB板(202)和LED芯片(203)，焊料镀层融化时将LED芯片(203)置于PCB板(202)上进行固定。

16.根据权利要求13或14所述的无引线的LED模组的制造工艺，其特征在于，步骤(2)所述的LED芯片(203)固定在PCB板(202)上，步骤为：将LED芯片(203)置于PCB板(202)相应的正负电极处，经超声波振动，使LED芯片(203)固于PCB板(202)上。

17.根据权利要求9所述的无引线的LED模组的制造工艺，其特征在于，在所述的步骤(2)(3)之间，还可以包括以下步骤：LED芯片(203)并联LED开路保护器(204)，并将其固定在PCB板(202)上。

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