專利名稱：一種基于金屬基pcb板的led模組的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及半導體應用和封裝領域，更具體地說，涉及一種基于金屬基PCB 板的LED模組。
背景技術(shù)：
隨著LED芯片技術(shù)與封裝技術(shù)的發(fā)展，越來越多的LED產(chǎn)品應用于照明領域，尤其是大功率白光LED。由于LED具有高光效、長壽命、節(jié)能環(huán)保、合適調(diào)光控制、不含汞等污染物質(zhì)的特點，成為繼白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源之后的新一代照明光源。LED是一種電致發(fā)光半導體器件，其中約有百分之三十的電能轉(zhuǎn)換為光，剩余電能則轉(zhuǎn)換為熱量，而熱量積累造成的LED溫度上升，是引起LED光衰的主要原因。因而，LED芯片散熱是LED封裝所致力于解決的關鍵問題，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家相繼提出了各種封裝方式。傳統(tǒng)的封裝的理念都是把LED芯片封裝到器件的支架上，而大量的封裝相關的科研工作都圍繞支架展開，包括支架的熱性能、反光性能、材料的穩(wěn)定性都成為研究的重點而投入巨大的人力物力。目前，LED芯片固定于支架的熱沉上，形成LED器件，LED器件置于金屬基PCB板上，金屬基板置于散熱器上。熱量通過熱沉、鋁基板等散熱通道后經(jīng)散熱器擴散出去。也就是說，采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)進行LED封裝與組裝。其為將LED芯片與熱沉等封裝成LED器件103，LED器件103焊接到PCB板102，如鋁基板，PCB板102通過螺釘或者硅脂等方式固定在散熱器101。其導熱通道為熱量從LED芯片，通過封裝內(nèi)部熱沉、PCB 板102、以及散熱器101，最終傳導到空氣。上述LED模組存在以下缺陷由于LED芯片散熱需要經(jīng)過的導熱通道的中間介層多，而且LED熱沉與PCB板102、PCB板102與散熱器101 之間的介質(zhì)為空氣或者硅脂，中間介層導熱率較低，因此散熱性能不佳。對于一般的LED應用燈具，光從芯片發(fā)出后一般要經(jīng)過熒光粉、封裝透鏡、空氣、 配光透鏡再到透光罩，光線經(jīng)過的介質(zhì)多，每個界面都會發(fā)生反射損失，因此總的光學透過率低。因而，存在散熱性能不佳、光學透過率低、生產(chǎn)工序復雜、成本高等缺點。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是解決以上提出的問題，提供一種散熱性能高、光學透過率高、 成本低廉的基于金屬基PCB板的LED模組。本實用新型的技術(shù)方案是這樣的一種基于金屬基PCB板的LED模組，包括散熱器、金屬基PCB板、LED芯片、封裝膠體、密封硅膠和透鏡模組，所述的PCB板從電氣層起向內(nèi)開有未穿透的凹坑；LED芯片覆載在所述的凹坑底部，并通過引線焊接到金屬基PCB板電氣層的電極焊盤；所述LED芯片之上覆有熒光粉；所述的金屬基PCB板與散熱器貼合；所述的透鏡模組安裝在LED芯片上方，透鏡模組上的透鏡凹坑內(nèi)部填充封裝膠體。作為優(yōu)選，所述的金屬基PCB板包括電氣層、絕緣層、金屬層，在所述的凹坑中，電氣層和絕緣層穿透，金屬層未穿透。作為優(yōu)選，所述的凹坑表面為亮化的光滑面。作為優(yōu)選，所述的亮化的光滑面帶有鍍層鏡面。作為優(yōu)選，所述的密封硅膠包括安裝在透鏡模組上的固體硅膠圈，以及涂在固體硅膠圈外側(cè)的液體硅膠形成的凝膠硅膠圈。作為優(yōu)選，所述的固體硅膠圈側(cè)邊對應的透鏡模組平面的位置上，開有凹槽，用于涂液體硅膠。作為優(yōu)選，透鏡模組設計有倒扣結(jié)構(gòu)，散熱器倒扣在透鏡模組上形成緊閉固定。作為優(yōu)選，LED芯片并聯(lián)有LED開路保護器。作為優(yōu)選，所述的封裝膠體折射率在1. 4到1. 6之間。作為優(yōu)選，金屬基PCB板的電氣層設置有電極焊盤，表面鍍銀或金或鎳。本實用新型的有益效果如下首先，傳統(tǒng)的封裝的理念都是把LED芯片封裝到器件的支架上，而大量的封裝相關的科研工作都圍繞支架展開，包括支架的熱性能、反光性能、材料的穩(wěn)定性都成為研究的重點而投入巨大的人力物力而本實用新型跳出了該思維模式的定勢，徹底拋棄了 LED器件的支架，LED芯片直接封裝在PCB板上，省略了包含有熱沉的支架，使LED芯片的熱量不經(jīng)過熱沉這一中間層，直接擴散到高導熱率的PCB板及散熱器，散熱效果好。其次，透鏡模組與LED芯片之間，僅有填充膠體，而填充膠體折射率在1. 4和1. 6 之間，光線經(jīng)過介質(zhì)少，透過率高，并且填充膠體與透鏡模組的折射率匹配，反射損失少，提高了 LED模組的出光效率。再則，透鏡模組灌入填充膠體，并注滿整個透鏡模組內(nèi)腔，固化成型，或者是直接是先灌入填充膠體，再倒扣緊固，均無脫模過程，不損傷內(nèi)引線。另外，LED模組包含部件少，生產(chǎn)工序簡單，成本低廉。

圖1為現(xiàn)有的LED器件的封裝示例圖；圖2為本實用新型LED模組的實施例示意圖；圖3為本實用新型PCB板組成及其凹坑結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型PCB板組成及其凹坑結(jié)構(gòu)剖面圖；圖5為本實用新型透鏡模組的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖中，101是散熱器，102是PCB板，103是LED器件，201是散熱器，202是金屬基 PCB板，203是LED芯片，204是LED開路保護器，206是密封硅膠，207是透鏡模組，301是金屬層，302是絕緣層，303是電氣層，401是透鏡凹坑，402是倒扣結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行進一步詳細說明一種基于金屬基PCB板的LED模組，包括散熱器201、金屬基PCB板202、LED芯片 203、封裝膠體、密封硅膠206和透鏡模組207，所述的金屬基PCB板202從電氣層303起向內(nèi)開有未穿透的凹坑；LED芯片203覆載在所述的凹坑底部，并通過引線焊接到金屬基PCB板202電氣層303的電極焊盤；所述LED芯片203之上覆有熒光粉；所述的金屬基PCB板 202與散熱器201貼合；所述的透鏡模組207安裝在LED芯片203上方，透鏡模組207上的透鏡凹坑401內(nèi)部填充封裝膠體。所述的金屬基PCB板202包括電氣層303、絕緣層302、金屬層301，在所述的凹坑中，電氣層303和絕緣層302穿透，金屬層301未穿透。通過鉆杯工藝在金屬基PCB板的電氣層303和絕緣層302形成穿孔，并在所述金屬基PCB板的金屬層301設置未穿透的凹坑，LED芯片203直接覆載在所述未穿透的凹坑底座上，并通過引線焊接到金屬基PCB板202電氣層303的電極焊盤，所述金屬基PCB板202 與散熱器201以面接觸的形式緊密貼合，所述透鏡模組207蓋在LED芯片203之上，透鏡模組207的透鏡凹坑401內(nèi)部填充封裝膠體，并通過密封硅膠206與金屬基PCB板202和散熱器201形成密封結(jié)構(gòu)。所述的凹坑的壁與凹坑底部平面的夾角為90度到120度之間。所述的凹坑表面為亮化的光滑面。所述的亮化的光滑面帶有鍍層鏡面。對于金屬基PCB板202，通過鉆杯工藝在金屬基PCB板202的電氣層303和絕緣層 302形成的穿孔形成的杯壁，與金屬層301凹坑的杯壁形成圓錐面，該圓錐面的杯壁與凹坑底部的水平面形成90度 120度之間的夾角，且該圓錐面的杯壁通過鉆杯工藝打磨成可反光的光滑面，或者鍍上銀進行反光。所述的穿孔杯壁與凹坑杯壁形成的面，可以是除了圓錐面外的其他形狀，如臺狀、多面柱狀、圓柱狀，所成的面由加工工藝以及對穿孔杯壁與凹坑底面的夾角的要求來決定的。所述的金屬基PCB板202與散熱器201以面接觸的形式貼合。所述的密封硅膠206包括安裝在透鏡模組207上的固體硅膠圈，以及涂在固體硅膠圈側(cè)邊的液體硅膠形成的凝膠硅膠圈。所述的固體硅膠圈側(cè)邊對應的透鏡模組207平面的位置上，開有凹槽，用于涂液體硅膠。所述的透鏡模組207有一個整體平面，平面上明顯看到一個個是透鏡凹坑401(如果倒轉(zhuǎn)180度看，就是凸起的透鏡)，該平面四周邊緣位置先附上一個固體硅膠圈，固體硅膠圈側(cè)邊對應的透鏡模組207平面上，有一圈凹槽，用于涂液體硅膠。當然，也可以不設置凹槽，直接涂上液體硅膠。透鏡模組207設計有倒扣結(jié)構(gòu)402，散熱器201倒扣在透鏡模組207上形成緊閉固定。LED芯片203并聯(lián)有LED開路保護器204，其作用為開路保護以及防靜電。所述的封裝膠體折射率在1. 4到1. 6之間。金屬基PCB板202的電氣層303設置有電極焊盤，表面鍍銀或金或鎳。本申請的核心在于現(xiàn)有的LED模組，往往將LED芯片固定于支架的熱沉上，封裝成LED器件，LED器件焊接在不同的PCB板，再安裝到散熱器上，形成不同的產(chǎn)品，以適應更多更廣的應用場合，并成為行業(yè)技術(shù)偏見，而這種LED模組的結(jié)構(gòu)方式存在散熱性能欠佳、 光學透過率低、部件復雜等缺點。本申請將LED芯片直接載覆在PCB板基板上，并且采用透鏡模組一次配光，達到了更好的散熱效果和更高的出光效率，并且解決了 LED芯片載覆在 PCB板上的封裝問題。實施例如圖2所示，一種LED模組包括散熱器201，金屬基PCB板202，LED芯片203，LED 開路保護器204，封裝膠體，密封硅膠206，透鏡模組207。LED開路保護器204與LED芯片203并聯(lián)，其作用為開路保護和防靜電。本實施例的LED開路保護器204采用齊納二級管。金屬基PCB板202包含金屬層301，絕緣層302，電氣層303 ；電氣層303，尤其是電極焊盤處，鍍有銀、鎳或者金，其作用為提高反射率，加強出光效果。如圖3、圖4所示，金屬基PCB板202覆載LED芯片203處，設置凹坑；凹坑底部在金屬層301上，不包含絕緣層302和電氣層303。通過鉆杯工藝在金屬基PCB板的電氣層 303和絕緣層302形成穿孔，并在所述金屬基PCB板的金屬層301，LED芯片203直接覆載在所述未穿透的凹坑底座上，并通過引線焊接到金屬基PCB板202電氣層303的電極焊盤， 所述金屬基PCB板202與散熱器201以面接觸的形式緊密貼合，所述透鏡模組207蓋在LED 芯片203之上，透鏡模組207的透鏡凹坑401內(nèi)部填充封裝膠體，并通過密封硅膠206與金屬基PCB板202和散熱器201形成密封結(jié)構(gòu)。在金屬基PCB板的電氣層303和絕緣層302的穿孔形成的杯壁，與金屬層301凹坑的杯壁形成圓錐面，該圓錐面的杯壁與凹坑底部的水平面形成90度 120度之間的夾角；該圓錐面的杯壁通過鏡面亮化工藝打磨成可反光的光滑面，或者在亮化后的光滑面鍍上銀，或其他有反光效果的金屬進行反光。所述的穿孔杯壁與凹坑杯壁形成的面，可以是除了圓錐面外的其他形狀，如臺狀、 多面柱狀、圓柱狀，所成的面由加工工藝以及對穿孔杯壁與凹坑底面的夾角的要求來決定的。所述透鏡模組207其作用為光學配光，其形狀為圓形、方形、橢圓形、或者以光學配光要求設計的各種形狀。如圖5所示，所述一個透鏡模組207包含倒扣結(jié)構(gòu)402，本實施例可有八個倒扣結(jié)構(gòu)402，扣在散熱器201上。散熱器201的一般為鋁等具有良好導熱率的金屬材質(zhì)，在結(jié)構(gòu)上可以為鰭片，或者柱狀，或者其他有利于將熱量導到空氣的結(jié)構(gòu)形式。散熱器201和金屬基PCB板202可以通過螺釘?shù)裙潭ㄟB接在一起。透鏡模組207 與散熱器201通過倒扣結(jié)構(gòu)402固定。透鏡模組207與散熱器201貼合處涂有密封硅膠206 和成型密封圈。所述的密封硅膠206包括安裝在透鏡模組207上的固體硅膠圈，以及涂在固體硅膠圈外側(cè)的液體硅膠形成的凝膠硅膠圈。在凝膠硅膠圈對應的透鏡模組207四周或固體硅膠圈外側(cè)四周開有凹槽，用于涂液體硅膠。所述的透鏡模組207有一個整體平面，平面上明顯看到一個個是透鏡凹坑401(如果倒轉(zhuǎn)180度看，就是凸起的透鏡)，該平面四周邊緣位置先附上一個固體硅膠圈，固體硅膠圈外側(cè)或內(nèi)側(cè)位置，對應的透鏡模組207平面上， 有一圈凹槽，用于涂液體硅膠。當然，也可以不設置凹槽，直接涂上液體硅膠。從上可知，LED芯片203可以直接封裝在金屬基PCB板202的金屬層301上，沒有電氣層303和絕緣層302，LED芯片203的熱量直接傳導到金屬基PCB板202和散熱器201， 沒有經(jīng)過LED封裝熱沉，以及LED熱沉與金屬基PCB板202的空氣介質(zhì)，大大提升了散熱效
^ ο[0057]此外，LED芯片203發(fā)出的光，經(jīng)填充膠體和透鏡模組207直接透射出來，沒有二次透鏡或者透光罩，因而出光效率高。以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域中的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型核心技術(shù)特征的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種基于金屬基PCB板的LED模組，包括散熱器001)、金屬基PCB板Q02)、LED芯片003)、封裝膠體、密封硅膠(206)和透鏡模組007)，其特征在于，所述的金屬基PCB板 (202)從電氣層(303)起向內(nèi)開有未穿透的凹坑；LED芯片(203)覆載在所述的凹坑底部， 并通過引線焊接到金屬基PCB板Q02)電氣層(303)的電極焊盤；所述LED芯片(203)之上覆有熒光粉；所述的金屬基PCB板(20 與散熱器(201)貼合；所述的透鏡模組(207)安裝在LED芯片Q03)上方，透鏡模組O07)上的透鏡凹坑G01)內(nèi)部填充封裝膠體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬基PCB板的LED模組，其特征在于，所述的金屬基PCB板(20 包括電氣層(303)、絕緣層(302)、金屬層(301)，在所述的凹坑中，電氣層 (303)和絕緣層(302)穿透，金屬層(301)未穿透。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于金屬基PCB板的LED模組，其特征在于，所述的凹坑表面為亮化的光滑面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于金屬基PCB板的LED模組，其特征在于，所述的亮化的光滑面帶有鍍層鏡面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬基PCB板的LED模組，其特征在于，所述的密封硅膠(206)包括安裝在透鏡模組(207)上的固體硅膠圈，以及涂在固體硅膠圈側(cè)邊的液體硅膠形成的凝膠硅膠圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于金屬基PCB板的LED模組，其特征在于，所述的固體硅膠圈側(cè)邊對應的透鏡模組(207)平面的位置上，開有凹槽，用于涂液體硅膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5或6所述的基于金屬基PCB板的LED模組，其特征在于，透鏡模組(207)設計有倒扣結(jié)構(gòu)002)，散熱器O01)倒扣在透鏡模組(207)上形成緊閉固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬基PCB板的LED模組，其特征在于，LED芯片(203) 并聯(lián)有LED開路保護器(204)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬基PCB板的LED模組，其特征在于，金屬基PCB板 (202)的電氣層(30 設置有電極焊盤，表面鍍銀或金或鎳。
專利摘要本實用新型涉及一種基于金屬基PCB板的LED模組，包括散熱器、金屬基PCB板、LED芯片、封裝膠體、密封硅膠和透鏡模組，所述的PCB板從電氣層起向內(nèi)開有未穿透的凹坑；LED芯片覆載在所述的凹坑底部，并通過引線焊接到金屬基PCB板電氣層的電極焊盤；所述LED芯片之上覆有熒光粉；所述的金屬基PCB板與散熱器貼合；所述的透鏡模組安裝在LED芯片上方，透鏡模組上的透鏡凹坑內(nèi)部填充封裝膠體。LED芯片直接焊接在線路板上，省略了傳統(tǒng)的LED封裝過程，省略了包含有熱沉的支架，使LED芯片的熱量直接擴散到高導熱率的線路板及散熱器，提高了散熱效果。透鏡模組與LED芯片之間，僅有封裝膠體，并且填充膠體與透鏡模組的折射率匹配，提高了LED模組的出光率。
文檔編號H01L33/48GK202142531SQ20112020688
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者楊帆, 陳凱, 黃建明 申請人:杭州華普永明光電股份有限公司