專利名稱：納米銀焊膏封裝大功率白光發(fā)光二極管led模塊及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率白光發(fā)光二極管(LED)的封裝模塊及其封裝方法，屬于發(fā)光二極管照明裝置改進(jìn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)大功率白光LED模塊封裝方法主要有以下幾個步驟組成1、芯片連接；2、鍵合金線連接芯片實(shí)現(xiàn)電路導(dǎo)通；3、熒光粉點(diǎn)膠；4、塑封。目前，市面上使用的芯片連接材料均是傳統(tǒng)的錫銀銅材料，經(jīng)研究分析可靠性較差，且由于其傳統(tǒng)的芯片連接材料的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能并不十分優(yōu)異，所以其模塊的光電轉(zhuǎn)換效率也有待于提高。需要新的芯片連接材料來使得模塊的整體性能得到提高。并且控制多芯片白光LED模塊或者單芯片白光LED的點(diǎn)膠，均使用熒光粉和硅膠充分混合均勻后使用點(diǎn)膠機(jī)控制點(diǎn)膠量，在LED芯片表面點(diǎn)上熒光粉混合物的方法點(diǎn)膠。這種點(diǎn)膠方法存在不足，導(dǎo)致熒光粉在側(cè)邊分散不均勻，呈梯度分布。實(shí)際的LED芯片其光強(qiáng)分布是中間位置大，越到邊緣部分就越小。所以，模塊點(diǎn)亮?xí)r會引起制備的白光LED發(fā)光顏色分布不均勻，側(cè)面容易偏黃光，且由于硅膠的流動無約束，而制備白光LED表面膠形的要求較高，使用這種方法不易控制。因此對于大功率白光發(fā)光二極管的封裝方法有待于進(jìn)一步的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種大功率白光發(fā)光二極管模塊的封裝方法，以該方法制得的大功率白光發(fā)光二極管模塊，使用低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，在280°C下實(shí)現(xiàn)芯片連接，并且使用預(yù)制成型膜片控制模塊的點(diǎn)膠量。本發(fā)明的目的之二在于提供一種大功率白光發(fā)光二極管的封裝模塊，該模塊包括預(yù)制成型膜片，并且使用新的芯片連接材料納米銀焊膏進(jìn)行封裝，光電轉(zhuǎn)化效率高，亮度好，節(jié)能環(huán)保。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種納米銀焊膏封裝的大功率白光發(fā)光二極管的封裝模塊，它包括基板1，納米銀焊膏2，LED芯片3 ;發(fā)光二極管芯片上鍵合的金線引線9與電源的輸入和輸出電極7連接， 發(fā)光二極管芯片陣列被設(shè)置在玻璃環(huán)10內(nèi)，玻璃環(huán)上罩有玻璃外殼6 ;用納米銀焊膏2連接芯片材料3，納米銀焊膏2燒結(jié)后形成的純銀連接有高的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，能夠提高模塊的光電轉(zhuǎn)換效率，并且在LED芯片3周圍設(shè)置有預(yù)制成型膜片8 ；使用硅膠5將預(yù)制成型膜片8 粘在連接有大功率白光發(fā)光二極管芯片的基板I上；預(yù)制成型膜片8上的正方形小孔陣列的排列方式與LED芯片3的排列相一致，每個正方形小孔的面積比芯片大，套住每一個LED 芯片3，使得點(diǎn)膠時多余的膠量流入預(yù)制成型膜片8與LED芯片3的間隙處，從而控制點(diǎn)膠量。本發(fā)明的大功率白光發(fā)光二極管的封裝模塊的封裝方法，包括以下過程
(1)將nXn個在橫向和縱向均等間距排列的正方形的大功率白光發(fā)光二極管芯 片3布置在基板1上，然后用納米銀焊膏2連LED芯片3，再在溫度280°C下燒結(jié)固化，使大 功率白光發(fā)光二極管芯片3連接在基板1上；(2)根據(jù)基板上布置的大功率白光發(fā)光二極管芯片陣列的芯片單元體的個數(shù)及芯 片單元體之間的間距大小，將硅膠5加入模具中，在固化溫度為150°C，固化時間為5分鐘， 制成厚度比芯片低、帶有nXn個正方形孔的預(yù)制成型膜片，且每個正方形小孔的面積比芯 片大能套住每個LED芯片3，然后用硅膠5將該預(yù)制成型膜片8粘在連接有大功率白光發(fā)光 二極管芯片的基板1上；(3)通過使用預(yù)制成型膜片進(jìn)行點(diǎn)膠將硅膠5和熒光粉按照質(zhì)量比為10% 20 %的比例混合均勻(以熒光粉為100 %計(jì))，對每個LED芯片3進(jìn)行點(diǎn)膠，直到每個LED 芯片3都被硅膠和熒光粉的混合物4充分覆蓋，且有硅膠和熒光粉的混合物4流入預(yù)制成 型膜片8與LED芯片的間隙處；(4)在玻璃環(huán)10內(nèi)填充與步驟(3)相同的娃膠，覆蓋大功率白光發(fā)光二極管芯片 3及預(yù)制成型膜片8，并蓋上玻璃外殼6，制得大功率白光發(fā)光二極管模塊。所述的n優(yōu)選3 10。使用本方法制備的大功率白光發(fā)光二極管的模塊，由于使用了納米銀焊膏作為芯 片連接材料，使得模塊具備高的導(dǎo)電導(dǎo)熱能力，可以10 %的提高光電轉(zhuǎn)換效率，并且模塊中 預(yù)制成型膜片的添加使得點(diǎn)膠過程可控，可以提高光的集中度，亮度更高。為以后制備超大 功率白光發(fā)光二極管的模塊打下了基礎(chǔ)。


圖1(a)為本發(fā)明方法制造的5X5芯片大功率的白光二極管模塊結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)為圖1(a)中的截面剖視圖。圖2(a)為單個芯片及周圍局部放大圖，圖2(b)為預(yù)制成型膜片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為基板、2為納米銀焊膏、3為LED芯片、4為熒光粉和硅膠的混合物、5為 硅膠、6為玻璃外殼、7電源輸入電極、8為預(yù)制成型膜片、9作為電源連接引線的在芯片上鍵 合的金線、10玻璃環(huán)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以制得的25W大功率白光發(fā)光二極管模塊為例，下面結(jié)合1和圖2所示的 具有5X5芯片的功率為25W的LED模塊對本發(fā)明過程加以詳細(xì)說明本發(fā)明的大功率白光發(fā)光二極管的封裝模塊，它包括基板1、LED芯片2、納米銀焊 膏3，還包括由硅膠制成的預(yù)制成型膜片8、作為電源連接引線的在芯片上鍵合的金線9、在 芯片上涂覆的突光粉層及娃膠混合物4、罩在發(fā)光二極管芯片外圍的玻璃殼6、玻璃環(huán)10。本模塊使用折射率為1. 57的硅膠5。此硅膠5作為與熒光粉混合用的材料并且此 硅膠也作為預(yù)制成型膜片8的塑封材料，可以提高LED芯片3的取光效率。選擇導(dǎo)熱性能 良好的銅塊作為模塊基板1，表面電鍍Ag和Ni (厚度均為10 y m)。芯片選用1W的GaN基 藍(lán)光LED芯片3(大小為lmmXlmm)。粘接材料為導(dǎo)電導(dǎo)熱性能均良好的納米銀焊膏2，能夠保證芯片的良好散熱。熒光粉和硅膠配合使用，按照質(zhì)量比例為10% 20%的比例，在硅膠中加入熒光粉充分?jǐn)嚢杌旌?，真空抽出硅膠中的氣體，點(diǎn)膠在LED芯片3將要放置在基板I上的位置。電源輸入電極7實(shí)現(xiàn)多芯片LED模塊的通電，其表面電鍍Au/Ni (鍍層厚度各為I y m),LED芯片3通過作為電源連接引線的在芯片上鍵合的金線9連接至電源輸入電極7再通入電源實(shí)現(xiàn)發(fā)光照明。外層用玻璃外殼6對LED燈實(shí)現(xiàn)機(jī)械保護(hù)，其折射率一般為I. 5，和塑封材料接近，能夠有效減少界面折射帶來的光損失。該25W的LED模塊主要通過以下步驟完成I、連接LED芯片陣列使用歐司朗公司GaN基IW LED芯片3，芯片尺寸為 ImmX Imm,使用納米銀焊膏2 (Nano Tach公司)將芯片粘接在基板I上，5X5芯片排列之間間距為1mm。在回流焊爐中280°C時固化30分鐘。2、粘接電極使用環(huán)氧樹脂膠將厚度為Imm厚的電極7粘接在基板I上。即在PCB 電路板的背面抹上一層薄薄的環(huán)氧樹脂膠后放置在基板表面，壓實(shí)使膠與基板充分接觸形成?？刂茰囟仍?50°C下保溫5分鐘，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂膠的固化。3、制備、粘貼預(yù)制成型膜片將折射率為I. 57的硅膠5注入模具進(jìn)行固化。固化溫度為150°C，固化時間為5分鐘。如圖2(b)所示，預(yù)制成型膜片8厚度比芯片厚度略低， 其上的正方形小孔陣列的排列方式與LED芯片3的排列相一致，每個正方形小孔的面積比芯片略大，套住每一個LED芯片3，這樣可以使得點(diǎn)膠時多余的膠量流入預(yù)制成型膜片8與 LED芯片3的間隙處，從而控制點(diǎn)膠量。再使用硅膠5將其粘在基板I上，保持芯片3在正方形小孔的正中間，再固化，固化溫度為150°C，固化時間為5分鐘。4、打線使用SH2008型金絲球焊機(jī)打線連接LED芯片3和表面電鍍Au/Ni的電極7。5、點(diǎn)膠使用YD2800型點(diǎn)膠機(jī)將大連路美公司的YAG熒光粉和硅膠的混合物4， 硅膠10% 20%，熒光粉100%的質(zhì)量比例混合，為充滿芯片和預(yù)制成型膜之間的空隙，控制點(diǎn)膠量保證硅膠形狀如圖2 (a)所示，即使LED芯片3側(cè)面的熒光粉和硅膠混合物4的量均勻一致，芯片上表面的熒光粉和硅膠的混合物呈一定弧度。固化成型，固化溫度為150°C， 固化時間為5分鐘。6、粘接玻璃環(huán)使用環(huán)氧樹脂膠將高度為2mm的玻璃環(huán)10粘接在基板I的表面。7、玻璃環(huán)內(nèi)填充娃膠、加蓋玻璃外殼在玻璃環(huán)10內(nèi)的空間中填充折射率為I. 57 的硅膠5。注入時，保證硅膠5和基板I、熒光粉和硅膠混合物4、作為電源連接引線的在芯片上鍵合的金線9、電源輸入電極7、玻璃環(huán)10之間充分潤濕。然后在150°C保溫5分鐘固化處理。再將玻璃外殼6內(nèi)填充相同的折射率為I. 57的硅膠5，將之前的LED模塊倒置加上玻璃外殼6,使用相同的固化條件加熱處理即可。
權(quán)利要求
1.一種納米銀焊膏封裝的大功率白光發(fā)光二極管LED的封裝模塊，它包括基板(I)，納米銀焊膏(2)，LED芯片(3);發(fā)光二極管芯片上鍵合的金線引線(9)與電源的輸入和輸出電極(X)連接，發(fā)光二極管芯片陣列被設(shè)置在玻璃環(huán)(10)內(nèi)，玻璃環(huán)上罩有玻璃外殼(6)； 其特征在于用納米銀焊膏(2)連接芯片材料(3)，納米銀焊膏燒結(jié)后形成的純銀連接有高的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，能夠提高模塊的光電轉(zhuǎn)換效率，并且在LED芯片周圍設(shè)置有預(yù)制成型膜片(8);使用硅膠(5)將預(yù)制成型膜片粘在連接有大功率白光發(fā)光二極管芯片的基板上；預(yù)制成型膜片上的正方形小孔陣列的排列方式與LED芯片的排列相一致，每個正方形小孔的面積比芯片大，套住每一個LED芯片，使得點(diǎn)膠時多余的膠量流入預(yù)制成型膜片與LED芯片的間隙處，從而控制點(diǎn)膠量。
2.—種權(quán)利要求I所述的大功率白光發(fā)光二極管LED的封裝模塊的封裝方法，其特征在于包括以下過程(1)將nXn個在橫向和縱向均等間距排列的正方形的大功率白光發(fā)光二極管芯片布置在基板上，然后用納米銀焊膏連LED芯片，再在溫度280°C下燒結(jié)固化，使大功率白光發(fā)光二極管芯片連接在基板上；(2)根據(jù)基板上布置的大功率白光發(fā)光二極管芯片陣列的芯片單元體的個數(shù)及芯片單元體之間的間距大小，將硅膠加入模具中，在固化溫度為150°C，固化時間為5分鐘，制成厚度比芯片低、帶有nXn個正方形孔的預(yù)制成型膜片，且每個正方形小孔的面積比芯片大能套住每個LED芯片，然后用硅膠將該預(yù)制成型膜片粘在連接有大功率白光發(fā)光二極管芯片的基板上；(3)通過使用預(yù)制成型膜片進(jìn)行點(diǎn)膠將硅膠和熒光粉按照質(zhì)量比為10% 20%的比例混合均勻，對每個LED芯片進(jìn)行點(diǎn)膠，直到每個LED芯片都被硅膠和熒光粉的混合物(4) 充分覆蓋，且有硅膠和熒光粉的混合物流入預(yù)制成型膜片與LED芯片的間隙處；(4)在玻璃環(huán)(10)內(nèi)填充與步驟(3)相同的硅膠，覆蓋大功率白光發(fā)光二極管芯片及預(yù)制成型膜片，并蓋上玻璃外殼，制得大功率白光發(fā)光二極管模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的封裝方法,其特征在于所述的η= 3 10。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率白光發(fā)光二極管LED的封裝模塊及其封裝方法，用納米銀焊膏連接芯片材料，納米銀焊膏燒結(jié)后形成的純銀連接有高的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，能夠提高模塊的光電轉(zhuǎn)換效率，并且在LED芯片周圍設(shè)置有預(yù)制成型膜片；使用硅膠將預(yù)制成型膜片粘在連接有大功率白光發(fā)光二極管芯片的基板上；預(yù)制成型膜片上的正方形小孔陣列的排列方式與LED芯片的排列相一致，每個正方形小孔的面積比芯片大，套住每一個LED芯片，使得點(diǎn)膠時多余的膠量流入預(yù)制成型膜片與LED芯片的間隙處，從而控制點(diǎn)膠量。本發(fā)明利用納米銀焊膏燒結(jié)后即為純銀的性質(zhì)，降低大功率白光發(fā)光二極管的封裝模塊的熱阻，提高光電轉(zhuǎn)化效率，節(jié)能環(huán)保，為今后研制大功率白光發(fā)光二極管打下了基礎(chǔ)。
文檔編號H01L33/64GK102610600SQ201210097379
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者王濤, 陸國權(quán), 陳旭 申請人:天津大學(xué)