發(fā)光二極管單元與絕緣導(dǎo)熱基板的連接的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)，特別涉及發(fā)光二極管(LED)單元與絕緣導(dǎo)熱基板的連接方法、基于該方法的LED發(fā)光模塊以及制造該LED發(fā)光模塊的方法。按照本發(fā)明一個實(shí)施例的LED發(fā)光模塊包括：金屬載板(110)，其包括互不連通的第一圖案區(qū)(111)和第二圖案區(qū)(112)，其中，所述第一圖案區(qū)用作電極；至少一個設(shè)置在所述第二圖案區(qū)的LED管芯(120)，其與所述第一圖案區(qū)電氣連接；以及由絕緣材料制成的框架(130)，其與所述第一和第二圖案區(qū)固定在一起。
【專利說明】發(fā)光二極管單元與絕緣導(dǎo)熱基板的連接
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)，特別涉及發(fā)光二極管(LED)單元與絕緣導(dǎo)熱基板的連接方法、基于該方法的LED發(fā)光模塊以及制造該LED發(fā)光模塊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在照明裝置中用作光源的發(fā)光二極管(LED)是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它的基本結(jié)構(gòu)一般包括帶引線的支架、設(shè)置在支架上的半導(dǎo)體晶片以及將該晶片四周密封起來的封裝材料(例如硅膠或環(huán)氧樹脂)。上述半導(dǎo)體晶片包含有P-N結(jié)構(gòu)，當(dāng)電流通過時，電子被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后以光子的形式發(fā)出能量，而光的波長則是由形成P-N結(jié)構(gòu)的材料決定的。與傳統(tǒng)光源相比，LED光源具有其它光源所不具備的一系列優(yōu)點(diǎn)，例如無污染、壽命長、能耗低、耐振動、控制方便和便于調(diào)光等。
[0003]LED的特點(diǎn)是在極小的體積內(nèi)產(chǎn)生極高的熱量，而且其自身的熱容量很小，因此必須以盡可能快的速度將產(chǎn)生的熱量傳送出去，否則將導(dǎo)致結(jié)溫升高，影響LED的性能和壽命。對于大功率LED而言，散熱問題尤為突出。可以說，散熱問題已經(jīng)成為當(dāng)前半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。為此，業(yè)界已經(jīng)從芯片、電路板到系統(tǒng)的每一個層面，針對散熱問題提出了各種優(yōu)化設(shè)計(jì)，以獲得最佳的散熱效果。
[0004]就芯片層面而言，一般可以通過增加芯片尺寸和改變材料結(jié)構(gòu)來提高散熱能力。例如為了改善襯底的散熱，科銳(Cree)公司采用碳化硅襯底，其導(dǎo)熱性能比藍(lán)寶石高近20倍。
[0005]在電路板層面，目前許多LED燈具中都采用鋁基板作為印刷電路板，這種基板為多層結(jié)構(gòu)，中間層使用具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的絕緣層材料，從而使LED芯片的熱能透過下層的鋁板快速擴(kuò)散并傳遞出去。
[0006]對于系統(tǒng)層面，常用的散熱策略是為LED燈具配置散熱組件(例如鰭片、熱管、均溫板、回路式熱管及壓電風(fēng)扇)，從而借助其快速的散熱能力將LED產(chǎn)生的熱量迅速散發(fā)到周圍環(huán)境中。例如申請日和申請?zhí)柗謩e為2004年11月9日和200410052114.7的中國專利申請“發(fā)光二極管燈散熱結(jié)構(gòu)”公開了一種發(fā)光二極管燈散熱結(jié)構(gòu)，其包括線路驅(qū)動發(fā)光板和線路控制板，線路驅(qū)動發(fā)光板上集成發(fā)光二極管陣列；所述線路驅(qū)動發(fā)光板上面設(shè)置一散熱反光鋁板，其下面接合一導(dǎo)散熱膠層，導(dǎo)散熱膠層另一面接合一散熱鋁板。上述線路控制板可用導(dǎo)散熱膠包裹，以進(jìn)一步導(dǎo)散線路控制板工作時產(chǎn)生的熱量。
[0007]但是需要指出的是，隨著LED功率的不斷增大，需要性價比更高的散熱設(shè)計(jì)來滿足散熱要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)光二極管發(fā)光模塊，其具有散熱效果優(yōu)良和制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):[0010]—種發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊,包括:
[0011]金屬載板，其包括互不連通的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)，其中，所述第一圖案區(qū)用作電極；
[0012]至少一個設(shè)置在所述第二圖案區(qū)的LED管芯，其與所述第一圖案區(qū)電氣連接；以及
[0013]由絕緣材料制成的框架，其與所述第一和第二圖案區(qū)固定在一起。
[0014]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的LED發(fā)光模塊中，所述LED管芯的數(shù)量為至少兩個，它們借助引線實(shí)現(xiàn)串聯(lián)連接和與所述第一圖案區(qū)的連接。
[0015]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的LED發(fā)光模塊中，所述LED管芯的數(shù)量為至少兩個，它們借助引線實(shí)現(xiàn)與所述第一圖案區(qū)的連接并且借助引線和第二圖案區(qū)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)連接。
[0016]優(yōu)選地,在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的LED發(fā)光模塊中,所述LED管芯上覆蓋混合有突光粉的透明硅膠。
[0017]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的LED發(fā)光模塊中，所述LED管芯上依次覆蓋熒光粉和透明硅膠。
[0018]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的LED發(fā)光模塊中，所述框架包圍所述LED管
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[0019]本發(fā)明的上述目的還可通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0020]—種發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊,包括:
[0021]金屬載板，其包括互不連通的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)，其中，所述第一圖案區(qū)用作電極區(qū)；
[0022]多個設(shè)置在所述第一和第二圖案區(qū)的LED管芯，其電氣連接在一起并且與所述第一圖案區(qū)電氣連接；以及
[0023]由絕緣材料制成的框架，其與所述第一和第二圖案區(qū)固定在一起。
[0024]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的LED發(fā)光模塊中，通過使設(shè)置在所述第一圖案區(qū)的LED管芯的其中一個電極焊接至所述第一圖案區(qū)，使所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)電氣連接。
[0025]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的LED發(fā)光模塊中，所述LED管芯借助引線和第二圖案區(qū)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)連接。
[0026]本發(fā)明的還有一個目的是提供一種制造上述發(fā)光二極管發(fā)光模塊的方法，其具有制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0027]本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0028]一種制造LED發(fā)光模塊的方法，包括下列步驟:
[0029]提供LED支架，其包括金屬模板和多個由絕緣材料制成的框架，所述金屬模板包含公共區(qū)和多個圖案單元，其中，每個所述圖案單元與其中一個所述框架固定在一起，并且包括與所述公共區(qū)相連的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)；
[0030]對于每個所述圖案單元，將多個LED管芯設(shè)置在所述第二圖案區(qū)并且借助引線將所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)連接在一起；以及
[0031]將每個所述圖案單元從所述公共區(qū)切割下來，以使所述第一和第二圖案區(qū)互不連通。
[0032]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的制造方法中，通過注壓工藝將每個所述圖案單元與所述框架固定在一起。
[0033]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的制造方法中，通過共晶焊接工藝將所述LED管芯設(shè)置在所述第二圖案區(qū)。
[0034]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的制造方法中，在借助引線將所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)電氣連接在一起時，還借助弓I線將所述LED管芯串聯(lián)連接在一起。
[0035]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的制造方法中，在借助引線將所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)電氣連接在一起時，還借助引線和所述第二圖案區(qū)將所述LED管芯串聯(lián)連
接在一起。
[0036]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的制造方法中，進(jìn)一步包括下列步驟:
[0037]在所述LED管芯上覆蓋混合有熒光粉的透明硅膠。
[0038]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的制造方法中，進(jìn)一步包括下列步驟:
[0039]在所述LED管芯上依次覆蓋熒光粉和透明硅膠。
[0040]本發(fā)明的上述目的還可以通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0041]一種制造LED發(fā)光模塊的方法，包括下列步驟:
[0042]提供LED支架，其包括金屬模板和多個由絕緣材料制成的框架，所述金屬模板包含公共區(qū)和多個圖案單元，其中，每個所述圖案單元與其中一個所述框架固定在一起，并且包括與所述公共區(qū)相連的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)；
[0043]對于每個所述圖案單元，將多個LED管芯設(shè)置在所述第一和第二圖案區(qū)并且使其與所述第一圖案區(qū)連接；以及
[0044]將每個所述圖案單元從所述公共區(qū)切割下來，以使所述第一和第二圖案區(qū)互不連通。
[0045]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的制造方法中，通過使設(shè)置在所述第一圖案區(qū)的LED管芯的其中一個電極焊接至所述第一圖案區(qū)，并且借助引線和第二圖案區(qū)使所述LED管芯串聯(lián)連接在一起，使所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)電氣連接在一起。
[0046]本發(fā)明的還有一個目的是提供一種在絕緣導(dǎo)熱基板上設(shè)置發(fā)光二極管的方法，其具有散熱效果優(yōu)良和實(shí)現(xiàn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0047]本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0048]一種在絕緣導(dǎo)熱基板上設(shè)置發(fā)光二極管(LED)的方法，包括下列步驟:
[0049]提供金屬載板，所述金屬載板包括互不連通的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)，其中，所述第一圖案區(qū)作為電極區(qū)，至少一個LED管芯被設(shè)置在所述第二圖案區(qū)，并且借助引線將所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)電氣連接在一起；以及
[0050]將所述金屬載板固定于所述絕緣導(dǎo)熱基板的表面，其中，所述絕緣導(dǎo)熱基板表面形成有與所述第一圖案區(qū)電氣連接的布線層。
[0051]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的方法中，在將所述金屬載板固定于所述絕緣導(dǎo)熱基板的表面之前，在所述LED管芯上覆蓋混合有熒光粉的透明硅膠。
[0052]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的方法中，在將所述金屬載板固定于所述絕緣導(dǎo)熱基板的表面之前，在所述LED管芯上依次覆蓋熒光粉和透明硅膠。[0053]優(yōu)選地，在按照本發(fā)明一個實(shí)施例的方法中，借助電子漿料將所述金屬載板固定于所述絕緣導(dǎo)熱基板的表面。
[0054]本發(fā)明的上述目的還可以通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0055]一種在絕緣導(dǎo)熱基板上設(shè)置發(fā)光二極管(LED)的方法，包括下列步驟:
[0056]提供金屬載板，所述金屬載板包括互不連通的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)，其中，所述第一圖案區(qū)作為電極區(qū)，多個LED管芯被設(shè)置在所述第一和第二圖案區(qū)，并且所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)電氣連接在一起；以及
[0057]將所述金屬載板固定于所述絕緣導(dǎo)熱基板的表面，其中，所述絕緣導(dǎo)熱基板表面形成有與所述第一圖案區(qū)電氣連接的布線層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]本發(fā)明的上述和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將通過以下結(jié)合附圖的各個方面的描述變得更加清晰和更容易理解，附圖中相同或相似的單元采用相同的標(biāo)號表示，附圖包括:
[0059]圖1為按照本發(fā)明一個實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊的示意圖。
[0060]圖2為圖1所示LED發(fā)光模塊安裝在散熱基板上的示意圖。
[0061]圖3為按照本發(fā)明一個實(shí)施例的制造LED發(fā)光模塊的流程圖。
[0062]圖4A-4E為圖3所示LED發(fā)光模塊制造方法的示意圖。
[0063]圖5為按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊的示意圖。
[0064]圖6A和6B分別為制作圖5所不LED發(fā)光模塊時米用的LED支架和金屬模板的不意圖。
[0065]圖7為按照本發(fā)明還有一個實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊的示意圖。
[0066]圖8A和8B分別為制作圖7所示LED發(fā)光模塊時采用的LED支架和金屬模板的示意圖。
[0067]附圖標(biāo)號列表:
[0068]10發(fā)光模塊
[0069]110金屬載板
[0070]111第一圖案區(qū)
[0071]111A/111A’ 第一電極對
[0072]111B/111B’ 第二 電極對
[0073]111C/111C’ 第三電極對
[0074]112第二圖案區(qū)
[0075]112AU12B 分立區(qū)域
[0076]120、120A、120B、120C 發(fā)光二極管管芯
[0077]130 框架
[0078]140 引線
[0079]20散熱基板
[0080]210 布線
[0081]30 LED支架模板
[0082]40金屬模板[0083]410圖案單元
[0084]411第一圖案區(qū)
[0085]412第二圖案區(qū)
[0086]412A、412B 分立區(qū)域
[0087]420公共區(qū)
[0088]421邊框
[0089]422第一連接區(qū)
[0090]423第二連接區(qū)
【具體實(shí)施方式】
[0091]下面參照其中圖示了本發(fā)明示意性實(shí)施例的附圖更為全面地說明本發(fā)明。但本發(fā)明可以按不同形式來實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)解讀為僅限于本文給出的各實(shí)施例。給出的上述各實(shí)施例旨在使本文的披露全面完整，更為全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0092]在本說明書中，除非特別說明，術(shù)語“半導(dǎo)體晶圓”指的是在半導(dǎo)體材料(例如硅、砷化鎵等)上形成的多個獨(dú)立的單個電路，“半導(dǎo)體晶片”或“晶片(die)”指的是這種單個電路，而“封裝芯片”指的是半導(dǎo)體晶片經(jīng)過封裝后的物理結(jié)構(gòu)，在典型的這種物理結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體晶片例如被安裝在支架上并且用密封材料封裝。
[0093]術(shù)語“發(fā)光二極管單元”指的是包含電致發(fā)光材料的單元，這種單元的例子包括但不限于P-N結(jié)無機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光二極管和有機(jī)發(fā)光二極管(0LED和聚合物發(fā)光二極管(PLED))。
[0094]P-N結(jié)無機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光二極管可以具有不同的結(jié)構(gòu)形式，例如包括但不限于發(fā)光二極管管芯和發(fā)光二極管單體。其中，“發(fā)光二極管管芯”指的是包含有P-N結(jié)構(gòu)的、具有電致發(fā)光能力的半導(dǎo)體晶片，而“發(fā)光二極管單體”指的是將管芯封裝后形成的物理結(jié)構(gòu)，在典型的這種物理結(jié)構(gòu)中，管芯例如被安裝在支架上并且用密封材料封裝。
[0095]術(shù)語“布線”、“布線圖案”和“布線層”指的是在絕緣表面上布置的用于元器件間電氣連接的導(dǎo)電圖案，包括但不限于走線(trace)和孔(如焊盤、元件孔、緊固孔和金屬化孔等)。
[0096]術(shù)語“熱輻射”指的是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象。
[0097]術(shù)語“熱傳導(dǎo)”指的是熱量在固體中從溫度較高的部分傳送到溫度較低的部分的傳遞方式。
[0098]術(shù)語“陶瓷材料”泛指需高溫處理或致密化的非金屬無機(jī)材料，包括但不限于硅酸鹽、氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物等。
[0099]術(shù)語“絕緣導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料”指的是這樣的高分子材料，通過填充高導(dǎo)熱性的金屬或無機(jī)填料在其內(nèi)部形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，從而具備高的導(dǎo)熱系數(shù)。絕緣導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料例如包括但不限于添加氧化鋁的聚丙烯材料、添加氧化鋁、碳化硅和氧化鉍的聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物等。有關(guān)絕緣導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的具體描述可參見李麗等人的論文“聚碳酸酯及聚碳酸酯合金絕緣導(dǎo)熱高分子材料的研究”(《材料熱處理學(xué)報》2007年8月，Vol.28，N0.4，pp51_54)和李冰等人的論文“氧化鋁在絕緣導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料中的應(yīng)用”(《塑料助劑》2008年第3期，ppl4-16)，這些文獻(xiàn)以全文引用的方式包含在本說明書中。
[0100]“電氣連接”應(yīng)當(dāng)理解為包括在兩個單元之間直接傳送電能量或電信號的情形，或者經(jīng)過一個或多個第三單元間接傳送電能量或電信號的情形。
[0101]諸如“包含”和“包括”之類的用語表示除了具有在說明書和權(quán)利要求書中有直接和明確表述的單元和步驟以外，本發(fā)明的技術(shù)方案也不排除具有未被直接或明確表述的其它單元和步驟的情形。
[0102]諸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之類的用語并不表示單元在時間、空間、大小等方面的順序而僅僅是作區(qū)分各單元之用。
[0103]為了提高散熱效果，LED單元與散熱基板可以通過下列方式連接在一起:首先制備散熱基板(例如由諸如陶瓷和絕緣導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料之類的絕緣導(dǎo)熱材料制成)，然后利用共晶或覆晶工藝將LED管芯設(shè)置在散熱基板上。另一方面，散熱基板除了作為承載LED單元的載體以外，還可以用作系統(tǒng)電路板，在其上集成靜電保護(hù)電路和驅(qū)動電路等。當(dāng)將LED管芯與散熱基板以共晶或覆晶的方式連接時，由于減少了熱界面，因此大幅度提高了散熱效率。
[0104]優(yōu)選地，散熱基板采用常溫紅外陶瓷輻射材料制作。常溫紅外陶瓷輻射材料例如包括但不限于下列材料中的至少一種:氧化鎂、氧化鋁、氧化鈣、氧化鈦、氧化硅、氧化鉻、氧化鐵、氧化錳、氧化鋯、氧化鋇、堇青石、莫來石、碳化硼、碳化硅、碳化鈦、碳化鑰、碳化鎢、碳化鋯、碳化鉭、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、氮化鋯、氮化鈦、硅化鈦、硅化鑰、硅化鎢、硼化鈦、硼化鋯和硼化鉻。有關(guān)常溫紅外陶瓷輻射材料的詳細(xì)描述可參見李紅濤和劉建學(xué)等人的論文“高效紅外輻射陶瓷的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用”(《現(xiàn)代技術(shù)陶瓷》2005年第2期(總第104期)，PP24-26)和王黔平等人的論文“高輻射紅外陶瓷材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用”(《陶瓷學(xué)報》2011年第3期)，這些文獻(xiàn)以全文弓I用的方式包含在本說明書中。
[0105]但是需要指出的是，上述LED單元與散熱基板的連接方式對于散熱基板的布線精度和線路表面的平整度要求很高，這使得厚膜以及低溫共燒陶瓷基板因?yàn)榫珳?zhǔn)度受工藝網(wǎng)版張網(wǎng)問題以及燒結(jié)收縮比例問題影響而難以使用。
[0106]按照本發(fā)明的一個實(shí)施例，為了解決上述問題，考慮采用金屬載板作為LED管芯與散熱基板之間的過渡介質(zhì)。具體而言，首先將LED管芯設(shè)置到金屬載板上以形成LED發(fā)光模塊，其中，金屬載板被設(shè)計(jì)成具有一定的圖案，其至少包含互不連通的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)，其中第一圖案區(qū)作為電極區(qū)，第二圖案區(qū)可以單獨(dú)或者與第一圖案區(qū)共同作為LED管芯的承載區(qū)域。隨后例如通過焊接的方式將LED發(fā)光模塊固定在散熱基板的指定位置，并且使得金屬載板上的電極區(qū)與散熱基板上的布線層電氣連接，由此實(shí)現(xiàn)了 LED管芯與散熱基板的機(jī)械和電氣連接。由于金屬(例如銅或鋁)與LED管芯和散熱基板皆具有較好的結(jié)合能力，而且金屬載板與散熱基板之間為面接觸，因此降低了在設(shè)置LED單元時對散熱基板的布線精度和平整度的要求。
[0107]在上述實(shí)施例中，LED管芯在金屬載板上的設(shè)置例如可以借助COB封裝工藝實(shí)現(xiàn)。具體而言，可以先將LED管芯通過共晶焊接技術(shù)固定在金屬載板的第二圖案區(qū)或者固定在金屬載板的第一和第二圖案區(qū)，然后例如通過引線鍵合工藝實(shí)現(xiàn)LED管芯之間的互連以及與作為電極區(qū)的第一圖案區(qū)的連接。最后用密封材料將LED管芯和引線包封起來從而形成LED發(fā)光模塊。[0108]圖1為按照本發(fā)明一個實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊的示意圖。
[0109]如圖1所示，LED發(fā)光模塊10包括金屬載板110、多個LED管芯120和框架130。金屬載板110包括第一圖案區(qū)111和第二圖案區(qū)112。第一圖案區(qū)111用作發(fā)光模塊的電極區(qū)，其包含多個相互之間以及與第二圖案區(qū)112均不連通的分立小區(qū)或電極對以作為LED管芯120與外部的電氣接口。LED管芯120的P型電極和N型電極都設(shè)置在上表面，其例如通過共晶焊接技術(shù)被固定在第二圖案區(qū)112上。由于金屬良好的導(dǎo)熱性能，LED管芯120與第二圖案區(qū)112之間的熱阻接近于零，因此前者產(chǎn)生的熱量可以高效地傳遞給發(fā)光模塊10下面的散熱基板。框架130由絕緣材料制成，其例如通過注壓工藝與金屬載板110固定在一起，并且將LED管芯120包圍其中。由于第一和第二圖案區(qū)111和112都被固定在框架130上，因此它們的相對位置關(guān)系得以固定。參見圖1，LED管芯120通過引線140實(shí)現(xiàn)它們之間的互連以及與第一圖案區(qū)111的連接。為了避免LED管芯120和引線140直接暴露在空氣中，可以在框架130內(nèi)注入透明硅膠以將它們包封起來。
[0110]當(dāng)LED管芯的發(fā)光波長與實(shí)際需要的照明光線顏色有偏差時，可以利用熒光材料的光致發(fā)光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長的改變。具體而言，可以用混合熒光粉(例如釔鋁石榴石(YAG)熒光粉)的硅膠覆蓋或包圍住LED管芯。可選地，可以先在每個LED管芯的表面涂覆熒光粉，然后再用硅膠覆蓋或包裹住單獨(dú)的LED管芯或用硅膠覆蓋被框架130包圍的整個區(qū)域。如圖1所示，由于框架130的設(shè)置，硅膠的流動受到限制而僅分布在LED管芯的周圍。
[0111]參見圖1，在本實(shí)施例中，第一圖案區(qū)111包含第一電極對111A/111A’、第二電極對111B/111B’和第三電極對111C/111C’。這些電極對可以并聯(lián)連接至驅(qū)動電源模塊(未畫出)。相應(yīng)地，多個LED管芯120被分為三組并且每組內(nèi)的LED管芯以串聯(lián)方式連接在各自的電極對之間，由此實(shí)現(xiàn)了混聯(lián)方式的連接。LED管芯之間也可以采用諸如串聯(lián)、并聯(lián)或交叉陣列之類的其它連接形式。再者，本實(shí)施例以多個LED管芯為例，然而采用單個LED管芯作為發(fā)光元件也是可行的。
[0112]圖2為圖1所示LED發(fā)光模塊安裝在散熱基板上的示意圖。
[0113]結(jié)合圖1和2可見,第一、第二和第三電極對從框架130延伸出來的部分與基板20的表面上的布線210電氣連接，而布線210可連接至集成在基板20上的靜電保護(hù)電路、驅(qū)動電路和控制補(bǔ)償電路等(未畫出)。
[0114]為了將LED發(fā)光模塊10設(shè)置在基板20上，可以先在基板20的表面印刷電子漿料圖案(例如銀漿)，該圖案對應(yīng)于布線210以及與第一和第二圖案區(qū)111、112接觸的區(qū)域(以下又稱為接觸區(qū))。然后通過高溫?zé)Y(jié)，在基板表面形成布線210以及接觸區(qū)。最后將金屬載板110的第一和第二圖案區(qū)通過熱熔合的方式固定到基板20表面的接觸區(qū)。在本實(shí)施例中，金屬載板110可采用銅、鋁等材料制成，優(yōu)選地，可以在第一和第二圖案區(qū)與基板20接觸的表面上形成一層熔點(diǎn)較低的金屬或合金層以有利于熱熔合。
[0115]圖3為按照本發(fā)明一個實(shí)施例的制造LED發(fā)光模塊的流程圖。圖4A-4E為圖3所示LED發(fā)光模塊制造流程的示意圖。本實(shí)施例的制造方法以圖1所示的LED發(fā)光模塊為例進(jìn)行描述。
[0116]在步驟S310中，首先制作或提供LED支架模板。圖4A為一個示例性的LED支架的不意圖。圖4A所不的LED支架模板30包括金屬模板和多個框架。
[0117]圖4B為圖4A所示LED支架中的金屬模板的示意圖。參見圖4B，該金屬模板40包含多個按照矩陣形式排列的圖案單元410和與圖案單元410連接的公共區(qū)420。在本實(shí)施例中，每個圖案單元410包括第一圖案區(qū)411和第二圖案區(qū)412，其中，第一圖案區(qū)411將用作電極區(qū)以為LED管芯提供與外部的電氣接口，第二圖案區(qū)412將用作承載LED管芯的區(qū)域。公共區(qū)420包含邊框421、多個第一連接區(qū)422和多個第二連接區(qū)423，其中，邊框421將圖案單元410包圍其中，每個第一連接區(qū)422的兩端連接至邊框421，中部包含多個沿垂直于縱向的方向延伸的狹長區(qū)域，這些狹長區(qū)域與圖案單元410的第一圖案區(qū)411的各對電極相接，從而使得相鄰的兩行圖案單元通過第一連接區(qū)422間接連接在一起。與此同時，第二連接區(qū)423連接在位于同一行的兩個相鄰圖案單元的第二圖案區(qū)412之間以及第二圖案區(qū)412與邊框421之間。在圖4A所示的金屬模板中，每個圖案單元410的第一和第二圖案區(qū)411、412是互不連通的，也就是說，二者未直接連接在一起。但是由于第一和第二圖案區(qū)都與公共區(qū)420連接，因此它們的相對位置是固定的。
[0118]框架130由諸如塑料之類的絕緣材料制成，其被固定在金屬模板的每個圖案單元410的表面上。為了在圖案單元410與公共區(qū)420分離之后仍然使第一和第二圖案區(qū)411、412之間的位置關(guān)系保持固定，如圖4A所示，框架130與第一和第二圖案區(qū)411、412被同時固定在一起，這例如可以通過將塑料框架與圖案單元410注壓在一起來實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，框架130包圍第二圖案區(qū)412，由此可以在將透明硅膠涂覆于LED管芯上的后續(xù)步驟中限制透明硅膠的流動。
[0119]在圖1所示的實(shí)施例中，LED管芯的P型電極和N型電極都位于上表面，因此比較適合采用邦定工藝將LED管芯設(shè)置在圖案單元上。為此，在步驟S420中，對于每個圖案單元410，例如可以借助共晶焊接技術(shù)將LED管芯120設(shè)置在第二圖案區(qū)412上。圖4C為其中一個已經(jīng)設(shè)置有LED管芯的圖案單元的示意圖。如圖4C所示，多個LED管芯120按照點(diǎn)陣形式被固定在第二圖案區(qū)412上。
[0120]隨后進(jìn)入步驟S330，通過引線鍵合實(shí)現(xiàn)LED管芯之間的互連以及與作為電極區(qū)的第一圖案區(qū)411的連接。圖4D為其中一個已經(jīng)完成引線連接的圖案單元的示意圖。如圖4D所示，LED管芯120分為三組，每組內(nèi)的LED管芯借助引線140以串聯(lián)方式連接在各自的電極對之間。
[0121]接著進(jìn)入步驟S340，向框架130內(nèi)注入透明硅膠150以將LED管芯120和引線140包封起來，從而完成LED發(fā)光模塊的制作。為了改變LED發(fā)光模塊發(fā)出的光線的顏色，在本實(shí)施例中，可在注入的透明硅膠中混合熒光粉。但是為了節(jié)省熒光粉的用量，在步驟S340中，可以先在每個LED管芯120上覆蓋熒光粉，然后再向框架130內(nèi)注入透明硅膠。
[0122]隨后，在步驟S350中，沿著圖4B中的點(diǎn)劃線對金屬模板40進(jìn)行切割，以使圖案單元410與公共區(qū)420分離，從而得到LED發(fā)光模塊。圖4E為切割下來的其中一個LED發(fā)光模塊的示意圖。在該LED發(fā)光模塊中，第一與第二圖案區(qū)411、412互不連通，但是由于兩個圖案區(qū)均與框架130固定在一起，因此二者的相對位置是固定的。
[0123]圖5為按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊的示意圖。與上述借助圖1所述的實(shí)施例相比，本實(shí)施例的主要不同之處在于金屬載板的圖案形狀以及LED管芯的連接方式等，以下對此作進(jìn)一步的描述。對于其它方面，本實(shí)施例可采用前述實(shí)施例的各種特征，因此不再詳述。
[0124]如圖5所示，LED發(fā)光模塊10包括金屬載板110、多個LED管芯120和框架130。金屬載板110包括第一圖案區(qū)111和第二圖案區(qū)112，其中，第一圖案區(qū)111包含一對電極111A、111A’，LED管芯120例如通過共晶焊接技術(shù)被固定在第二圖案區(qū)112上。在本實(shí)施例中，LED管芯120的P型電極和N型電極也設(shè)置在上表面，并且借助引線140將LED管芯連接在一起以及與第一圖案區(qū)111的電極對111A/111A’相連。但是與圖1所示的實(shí)施例不同，本實(shí)施例的第二圖案區(qū)112除了承載LED管芯120以外，還為LED管芯提供電氣連接。具體而言，在圖5中，對于位于圖中左下角和右上角的LED管芯，每個管芯的其中一個電極借助引線140被電氣連接至第二圖案區(qū)112。由于第二圖案區(qū)112是一個連通的區(qū)域，因此在左下角和右上角的LED管芯之間實(shí)現(xiàn)了電氣連接，由此將全部LED管芯依次串聯(lián)連接在第一圖案區(qū)111的電極對111A/111A’之間。由絕緣材料(例如塑料)制成的框架130例如通過注壓工藝與第一和第二圖案區(qū)111、112固定在一起并且將LED管芯120包圍其中。當(dāng)?shù)谝缓偷诙D案區(qū)111和112都被固定在框架130上時，它們?nèi)咧g的相對位置關(guān)系得以固定。為了避免LED管芯120和引線140直接暴露在空氣中，可以在框架130內(nèi)注入透明硅膠以將它們包封起來。同樣，所注入的透明硅膠中可以混合熒光粉以改變LED發(fā)光模塊發(fā)出的光線的顏色。可選地，熒光粉與透明硅膠的涂覆可以分開來施行，即，先在每個LED管芯120上覆蓋熒光粉然后再向框架130內(nèi)注入透明硅膠。
[0125]值得指出的是，雖然這里所示的LED管芯采用串聯(lián)方式連接在一起，但是也可以采用并聯(lián)方式。例如圖5中的每個LED管芯的兩個電極可以直接連接在電極對111A/111A’之間，從而形成并連連接。
[0126]借助圖3和圖4A-4E所示的LED模塊的制造方法同樣也可應(yīng)用于本實(shí)施例。
[0127]具體而言，在步驟S310中，首先制備或提供如圖6A所示的LED支架模板。LED支架模板也包括金屬模板和多個固定在金屬模板的圖案單元上的框架。圖6B為制作圖5所示LED發(fā)光模塊時采用的金屬模板的示意圖。如圖6B所示，該金屬模板40包含多個按照矩陣形式排列的圖案單元410和與圖案單元410連接的公共區(qū)420。每個圖案單元410的第一圖案區(qū)411與公共區(qū)420的第一連接區(qū)422電氣連接，將用作電極區(qū)以為LED管芯提供與外部的電氣接口。與圖4B所示的金屬模板不同，圖6B所示的金屬模板的第一圖案區(qū)411包含一對電極。第一連接區(qū)422與邊框421和第一圖案區(qū)411的電極對相接，從而使得相鄰的兩行圖案單元通過第一連接區(qū)間接連接在一起。第二圖案區(qū)412將兼作承載LED管芯和提供電氣連接的區(qū)域，并且位于同一行的兩個相鄰圖案單元的第二圖案區(qū)412之間以及第二圖案區(qū)412與邊框421之間通過第二連接區(qū)423連接在一起。公共區(qū)420的邊框421則將圖案單元310包圍其中。每個圖案單元410的第一和第二圖案區(qū)411、412未直接連接在一起，但是由于第一和第二圖案區(qū)都與公共區(qū)420連接，因此它們的相對位置是固定的。此外，由于框架130與第一和第二圖案區(qū)411、412固定在一起，因此在圖案單元與公共區(qū)分離之后，第一和第二圖案區(qū)411、412之間仍然保持相對固定的位置關(guān)系。
[0128]隨后依次執(zhí)行圖3所示的將LED管芯設(shè)置在第二圖案區(qū)上的步驟S320、實(shí)現(xiàn)引線鍵合的步驟S330、完成灌膠的步驟S340以及切割金屬模板的步驟S350，從而制造出LED發(fā)光模塊。其中，在步驟S330中，除了在LED管芯120之間LED管芯120與第一圖案區(qū)之間焊接引線140之外，還利用引線140將位于圖5左下角和右上角的LED管芯連接至第二圖案區(qū)，從而將全部LED管芯依次串聯(lián)連接在第一圖案區(qū)的電極對之間。
[0129]圖7為按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊的示意圖。與上述借助圖1和5所述的實(shí)施例相比，本實(shí)施例的主要不同之處在于金屬載板的圖案形狀以及LED管芯的設(shè)置和連接方式等，以下對此作進(jìn)一步的描述。對于其它方面，本實(shí)施例可采用前述實(shí)施例的各種特征，因此不再詳述。
[0130]如圖7所示，LED發(fā)光模塊10包括金屬載板110、多個LED管芯120A-120C和框架130。金屬載板110包括第一圖案區(qū)111和第二圖案區(qū)112，其中，第一圖案區(qū)111包含一對電極IllA和111A’。與前述實(shí)施例不同的是，在本實(shí)施例中，在第一和第二圖案區(qū)111、112上都設(shè)置有LED管芯，第二圖案區(qū)112包含兩個分立的區(qū)域112A和112B，而且LED管芯的P型電極和N型電極分別設(shè)置在上表面和下表面。管芯之間的互連以及與第一圖案區(qū)111的連接按照下列方式實(shí)現(xiàn)。參見圖7，LED管芯120A被設(shè)置在第一圖案區(qū)111的電極IllA上，其位于下表面的電極被焊接在第一圖案區(qū)111的電極IllA上，而位于上表面的電極則借助引線140與第二圖案區(qū)112的分立區(qū)域112A電氣連接。同時，LED管芯120B被設(shè)置在分立區(qū)域112A上，其位于下表面的電極被焊接在分立區(qū)域112A上，而另一個電極則借助引線140與另一個分立區(qū)域112B電氣連接。LED管芯120C被設(shè)置在分立區(qū)域112B上，其位于下表面的電極被焊接在分立區(qū)域112B上，而另一個電極則借助引線140與第一圖案區(qū)111的電極111A’電氣連接。由此，LED管芯被依次串聯(lián)連接在第一圖案區(qū)111的電極對之間。
[0131]同樣，由絕緣材料(例如塑料)制成的框架130例如通過注壓工藝與第一和第二圖案區(qū)固定在一起并且將LED管芯120A-120C包圍其中。當(dāng)?shù)谝缓偷诙D案區(qū)111和112都被固定在框架130上時，它們的相對位置關(guān)系得以固定。在本實(shí)施例中，通過向框架130內(nèi)注入混合有熒光粉的透明硅膠以將LED管芯和引線包封起來。可選地，熒光粉與透明硅膠的涂覆也可以分開來施行。
[0132]對于本實(shí)施例的LED發(fā)光模塊，其也可以利用圖3和圖4A-4E所示的LED模塊的方法來制作。
[0133]具體而言，在步驟S310中，首先制備或提供如圖8A所示的LED支架模板。LED支架模板也包括金屬模板和多個固定在金屬模板的圖案單元上的框架。圖8B為制作圖7所示LED發(fā)光模塊時采用的金屬模板的示意圖。如圖SB所示，該金屬模板40包含多個按照矩陣形式排列的圖案單元410和與圖案單元410連接的公共區(qū)420。公共連接區(qū)420包括將圖案單元410包圍其中的邊框421、多個第一連接區(qū)422和多個第二連接區(qū)423，其中，每個圖案單元410的第一圖案區(qū)411包含一對電極并且將兼作與外部的電氣接口和承載LED管芯的區(qū)域，第一連接區(qū)422與邊框421和第一圖案區(qū)411的電極對相接，從而使得相鄰的兩行圖案單元通過第一連接區(qū)間接連接在一起。如圖8B所示，每個第二圖案區(qū)412包含分立的兩個區(qū)域412A和412B，其除了承載LED管芯之外還提供LED管芯之間的電氣連接。位于同一行的兩個相鄰圖案單元的第二圖案區(qū)412之間以及第二圖案區(qū)412與邊框421之間通過第二連接區(qū)423連接在一起。由于第一和第二圖案區(qū)都與公共區(qū)420連接，因此它們的相對位置是固定的。同樣，由于框架130與第一和第二圖案區(qū)411、412固定在一起，因此在圖案單元與公共區(qū)分離之后，第一和第二圖案區(qū)411、412之間仍然保持相對固定的位置關(guān)系。
[0134]隨后依次執(zhí)行圖3所示的將LED管芯設(shè)置在第二圖案區(qū)上的步驟S320、實(shí)現(xiàn)引線鍵合的步驟S330、完成灌膠的步驟S340以及切割金屬模板的步驟S350，從而制造出LED發(fā)光模塊。
[0135]雖然已經(jīng)展現(xiàn)和討論了本發(fā)明的一些方面，但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)該意識到:可以在不背離本發(fā)明原理和精神的條件下對上述方面進(jìn)行改變，因此本發(fā)明的范圍將由權(quán)利要求以及等同的內(nèi)容所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊,包括: 金屬載板，其包括互不連通的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)，其中，所述第一圖案區(qū)用作電極； 至少一個設(shè)置在所述第二圖案區(qū)的LED管芯，其與所述第一圖案區(qū)電氣連接；以及 由絕緣材料制成的框架，其與所述第一和第二圖案區(qū)固定在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的LED發(fā)光模塊，其中，所述LED管芯的數(shù)量為至少兩個，它們借助引線實(shí)現(xiàn)串聯(lián)連接和與所述第一圖案區(qū)的連接。
3.如權(quán)利要求1所述的LED發(fā)光模塊，其中，所述LED管芯的數(shù)量為至少兩個，它們借助引線實(shí)現(xiàn)與所述第一圖案區(qū)的連接并且借助引線和第二圖案區(qū)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的LED發(fā)光模塊，其中，所述LED管芯上覆蓋混合有突光粉的透明硅膠。
5.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的LED發(fā)光模塊，其中，所述LED管芯上依次覆蓋熒光粉和透明硅膠。
6.一種發(fā)光二極管(LED)發(fā)光模塊,包括: 金屬載板，其包括互不連通的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)，其中，所述第一圖案區(qū)用作電極區(qū)； 多個設(shè)置在所述第一 和第二圖案區(qū)的LED管芯，其連接在一起并且與所述第一圖案區(qū)電氣連接；以及 由絕緣材料制成的框架，其與所述第一和第二圖案區(qū)固定在一起。
7.—種制造如權(quán)利要求1所述的LED發(fā)光模塊的方法，包括下列步驟: 提供LED支架，其包括金屬模板和多個由絕緣材料制成的框架，所述金屬模板包含公共區(qū)和多個圖案單元，其中，每個所述圖案單元與其中一個所述框架固定在一起并且包括與所述公共區(qū)相連的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)； 對于每個所述圖案單元，將多個LED管芯設(shè)置在所述第二圖案區(qū)并且借助引線將所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)連接在一起；以及 將每個所述圖案單元從所述公共區(qū)切割下來，以使所述第一和第二圖案區(qū)互不連通。
8.—種制造如權(quán)利要求6所述的LED發(fā)光模塊的方法，包括下列步驟: 提供LED支架，其包括金屬模板和多個由絕緣材料制成的框架，所述金屬模板包含公共區(qū)和多個圖案單元，其中，每個所述圖案單元與其中一個所述框架固定在一起并且包括與所述公共區(qū)相連的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)； 對于每個所述圖案單元，將多個LED管芯設(shè)置在所述第一和第二圖案區(qū)并且使其與所述第一圖案區(qū)連接；以及 將每個所述圖案單元從所述公共區(qū)切割下來，以使所述第一和第二圖案區(qū)互不連通。
9.一種在絕緣導(dǎo)熱基板上設(shè)置發(fā)光二極管(LED)的方法，包括下列步驟: 提供金屬載板，所述金屬載板包括互不連通的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)，其中，所述第一圖案區(qū)作為電極區(qū)，至少一個LED管芯被設(shè)置在所述第二圖案區(qū)，并且借助引線將所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)電氣連接在一起；以及 將所述金屬載板固定于所述絕緣導(dǎo)熱基板的表面，其中，所述絕緣導(dǎo)熱基板表面形成有與所述第一圖案區(qū)電氣連接的布線層。
10.一種在絕緣導(dǎo)熱基板上設(shè)置發(fā)光二極管(LED)的方法，包括下列步驟: 提供金屬載板，所述金屬載板包括互不連通的第一圖案區(qū)和第二圖案區(qū)，其中，所述第一圖案區(qū)作為電極區(qū)，多個LED管芯被設(shè)置在所述第一和第二圖案區(qū)，并且所述LED管芯與所述第一圖案區(qū)電氣連接在一起；以及 將所述金屬載板固定于所述絕緣導(dǎo)熱基板的表面，其中，所述絕緣導(dǎo)熱基板表面形成有與所述第一圖案區(qū)電 氣連接的布線層。
【文檔編號】H01L25/075GK103474565SQ201210188691
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】趙依軍, 李文雄 申請人:趙依軍, 李文雄