專利名稱：一種發(fā)光二極管封裝裝置及封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子封裝領(lǐng)域，尤其涉及的是一種發(fā)光二極管封裝裝置及封裝方 法。
背景技術(shù)：
目前的發(fā)光二級管的管殼結(jié)構(gòu)主要是將貼片式發(fā)光二極管芯片安裝在絕緣基板 上，然后將電極安裝在絕緣基板上的電路上，這種方式由于與芯片直接接觸的絕緣基板的 導熱性能很差，成為散熱的瓶頸，特別是對于LED，熱量無法快速傳導，堆積在LED芯片中， 造成性能和壽命下降。如圖1所示的LED是現(xiàn)在的主流封裝模式，包括環(huán)氧樹脂層11，貼片式LED發(fā)光芯 片12，金屬支架13。其中貼片式LED發(fā)光芯片兩電極分別接在兩個金屬支架上，存在主要問 題有1.環(huán)氧樹脂層導熱性能極差，完全包覆式的結(jié)構(gòu)造成大量的熱在LED中堆積；2.根 據(jù)熱阻計算公式，R = h/λ *S (S是通熱面積，h是熱流通過的距離，λ是導熱率)，金屬支 架的通熱面具過小而長度過大，難以起到好的散熱效果。如圖2所示，是一種用于LED的封裝模式，包括導熱基板21和陶瓷絕緣層(一般 為氧化鋁或氮化鋁)25，貼片式LED發(fā)光芯片22，金屬電極23和透鏡24，主要通過絕緣導熱 基板進行散熱，存在主要問題有氧化鋁基板導熱率都不高，對于發(fā)熱量大的LED來說，熱 量容易積聚在LED下方的陶瓷絕緣層25中；且使用氮化鋁成本過高。而圖3結(jié)構(gòu)與圖2類似，區(qū)別在于LED芯片02直接安裝在電極03上，電極03的 金屬材料有助于導熱，存在問題電極層厚度薄，導熱能力有限。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種發(fā)光二極管 封裝裝置及封裝方法，解決貼片式發(fā)光二極管散熱問題。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種發(fā)光二極管封裝裝置，包括一金屬基板，其中，還包括在所述金屬基板正面設(shè) 置的LED發(fā)光芯片，在所述金屬基板上設(shè)置的貫穿所述金屬基板正面和背面的小孔；及在 所述金屬基板的背面及小孔周圍設(shè)置的第一絕緣層；并在所述小孔內(nèi)設(shè)置有與所述小孔形 狀匹配的導電柱，所述導電柱的頂端制作有上電極層、在其下端制作下電極層；所述LED發(fā) 光芯片的電極與所述上電極層連接；其還包括在所述LED發(fā)光芯片頂部設(shè)置有用于封裝所述LED發(fā)光芯片的透鏡。所述的發(fā)光二極管封裝裝置，其中，所述絕緣層為通過將所述金屬基板的背面及 小孔周圍采用微弧氧化或硬質(zhì)氧化方法生成的氧化鋁薄膜。所述的發(fā)光二極管封裝裝置，其中，所述上電極層是通過采用激光選擇熔融法在 所述導電柱的頂端生成的；
所述下電極層是通過采用激光選擇熔融法或厚膜方法貼合所述導電柱的下端生 成的。所述的發(fā)光二極管封裝裝置，其中，在所述金屬基板正面設(shè)置有一層鍍銀導熱層， 所述LED發(fā)光芯片貼合設(shè)置在所述鍍銀導熱層上。所述的發(fā)光二極管封裝裝置，其中，所述絕緣層包括設(shè)置在所述金屬基板背面和 所述小孔側(cè)壁的氧化鋁薄膜絕緣層，以及采用激光選擇熔融法在金屬基板正面的小孔周圍 制作玻璃陶瓷絕緣層。一種發(fā)光二極管封裝方法，其中，包括以下步驟A、在金屬基板上打出需要的小孔；B、對所述金屬基板的背面及小孔周圍進行絕緣處理，形成一絕緣層；C、在經(jīng)過絕緣處理的小孔灌滿導電漿料，形成導電柱；并在所述導電柱的頂端制 作上電極層、在其下端制作下電極層；D、在所述金屬基板正面貼合設(shè)置LED發(fā)光芯片，并將其電極與所述上電極層連 接，以及制作透鏡，封裝所述LED發(fā)光芯片。所述發(fā)光二極管封裝方法，其中，所述步驟B具體包括以下步驟B11、在所述金屬基板正面制作掩膜，露出小孔、小孔頂端附近區(qū)域及金屬基板背B12、將制作好掩膜的金屬基板放入氧化槽，進行微弧氧化或硬質(zhì)氧化，使所述金 屬基板背面、及所述小孔和小孔頂端附近區(qū)域生成一氧化鋁薄膜為所述絕緣層；B13、將完成微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成氧化鋁薄膜的金屬基板取出，并去除掩膜。所述發(fā)光二極管封裝方法，其中，所述步驟C還包括步驟C11、在所述導電柱的頂端采用激光選擇熔融法制作所述上電極層；C12、在所述導電柱的下端采用激光選擇熔融法或厚膜方法制作所述下電極層。所述發(fā)光二極管封裝方法，其中，所述步驟B具體包括以下步驟B21、在金屬基板正面制作掩膜，將正面完全遮掩；B22、將制作好掩膜的金屬基板放入氧化槽，進行微弧氧化或硬質(zhì)氧化，使所述金 屬基板背面、及所述小孔側(cè)壁生成一氧化鋁薄膜絕緣層；B23、將完成微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成氧化鋁薄膜的金屬基板取出，并去除掩 膜；B24、采用激光選擇熔融法在金屬基板正面的小孔周圍制作玻璃陶瓷絕緣層，并與 所述氧化鋁薄膜間緊密接合，形成所述絕緣層。所述發(fā)光二極管封裝方法，其中，所述步驟A之前還包括步驟a、對所述金屬基板，進行清潔去油處理，并在其正面鍍上一層鍍銀導熱層。采用本發(fā)明所提供的發(fā)光二極管封裝裝置及封裝方法，具有如下有益技術(shù)效果 將LED發(fā)光芯片直接安裝在金屬基板上，熱量可以得到迅速傳遞，散熱性能好；利用小孔做 電極，小孔間彼此形成獨立導電通道，絕緣性能可靠，既可用于單芯片封裝，也可用于多芯 片封裝；微弧氧化或硬質(zhì)氧化法形成的陶瓷薄膜為原位生長膜層，連接強度高，熱膨脹系數(shù) 與基板接近，熱匹配性能好。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)LED的主流封裝模式結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種用于LED的封裝模式結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中另一種用于LED的封裝模式結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例1提供的發(fā)光二極管封裝裝置示意圖；圖5是本發(fā)明實施例2提供的發(fā)光二極管封裝裝置示意圖；圖6是本發(fā)明實施例3提供的發(fā)光二極管封裝裝置示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)光二極管封裝裝置及封裝方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點 更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描 述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實施例1提供的一種發(fā)光二極管封裝裝置，如圖4所示，包括一金屬基板 110，其還包括在所述金屬基板110正面貼合設(shè)置的LED發(fā)光芯片140，在所述金屬基板110 上設(shè)置的貫穿所述金屬基板110正面和背面的小孔101 ；其中，所述金屬基板110的材料可 以是鋁，鎂或其合金，出于成本與導熱性綜合考慮，選用鋁為最佳方案。而所述小孔101的 個數(shù)根據(jù)安裝的LED發(fā)光芯片而定，當采用一個LED發(fā)光芯片時，設(shè)置兩個小孔101。當安 裝多個LED發(fā)光芯片時，可以靈活設(shè)置所述小孔101的個數(shù)，所述小孔主要用于給所述LED 發(fā)光芯片電極引出封裝。所述小孔101可為任意形狀，如方形，圓形，長槽形等。并在所述金屬基板110的背面及小孔101周圍設(shè)置有絕緣層120 ；以及在所述小 孔101內(nèi)設(shè)置有與所述小孔101形狀匹配的導電柱130，所述導電柱可以為銀導電柱，便于 給所述LED發(fā)光芯片電極導電。如圖4所示，所述導電柱130的頂端制作有上電極層170、在其下端制作有下電極 層160 ；所述LED發(fā)光芯片140的電極與所述上電極層170連接。其還包括在所述LED發(fā)光芯片140頂部設(shè)置的用于封裝所述LED發(fā)光芯片140的 透鏡150。其中，本實施例1所述的第一絕緣層120，通過將所述金屬基板110的背面及小孔 周圍采用微弧氧化或硬質(zhì)氧化方法生成的氧化鋁薄膜。以下將通過具體的應用實施例，對 本發(fā)明實施1所述發(fā)光二極管封裝方法做進一步詳細說明如圖4所示，第一步、選取一金屬基板110，進行清潔去油處理，并打出需要的小孔101。第二步、在金屬基板110正面制作掩膜，露出小孔101及小孔附近區(qū)域。第三步、將制作好掩膜的金屬基板放入氧化槽，進行微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成約 30微米以上的氧化鋁薄膜，即為實施1所述的第一絕緣層120。第四步、將完成微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成氧化鋁薄膜的金屬基板取出，去除掩膜。第五步、在小孔101中灌入導電銀漿，形成所述導電柱130。第六步、采用激光選擇熔融法或厚膜方法，在導電基板背面的所述導電柱130下 端制作下電極層160，并注意下電極層和小孔中導電銀漿導通。第七步、在金屬基板110正面絕緣層120上，與所述導電柱130頂端連接采用激光
6選擇熔融法制作上電極層170，注意上電極層170和小孔101中導電銀漿導通。第八步、安裝所述LED發(fā)光芯片140，將所述LED發(fā)光芯片140焊接在金屬基板正 面，兩個電極分別連接正面的兩個上電極層170。第九步、制作透鏡，封裝所述LED發(fā)光芯片。由上可見，本發(fā)明的發(fā)光二極管封裝裝置，由于采用將LED發(fā)光芯片直接安裝在 金屬基板上，熱量可以得到迅速傳遞，散熱性能好；利用小孔做電極，小孔間彼此形成獨立 導電通道，絕緣性能可靠，既可用于單芯片封裝，也可用于多芯片封裝；微弧氧化或硬質(zhì)氧 化法形成的陶瓷薄膜為原位生長膜層，連接強度高，熱膨脹系數(shù)與基板接近，熱匹配性能 好。本發(fā)明實施例2提供的發(fā)光二極管封裝裝置，如圖5所示，其與實施例1的發(fā)光二 極管封裝裝置基本相同，區(qū)別在于，所述絕緣層包括設(shè)置在所述金屬基板110背面和所述 小孔101側(cè)壁的氧化鋁薄膜絕緣層121，以及采用激光選擇熔融法在金屬基板110正面的小 孔周圍制作的玻璃陶瓷絕緣層122。采用激光熔融方法可以獲得很高的圖形精度，有利于產(chǎn) 品的微型化和精準化。所述玻璃陶瓷絕緣層的材料主要由玻璃相、陶瓷粉末與有機載體混合而成，且所 述陶瓷粉末占10 70%、所述玻璃相占20 80%、其余為所述有機載體。所述陶瓷粉末 為三氧化二鋁、氮化鋁、氧化鋯、碳化硅和/或金剛石；所述玻璃相包括MgO-BaO-Al2O3-SiO2 體系玻璃，及含B203、TiO2, CaF2、和/或&02的添加劑；所述有機載體至少包括松油醇和/ 或檸檬酸三丁酯，以及，含乙基纖維素、司班-85、1-4 丁內(nèi)酯和/或氫化蓖麻油的添加劑。較佳地，所述實施例2的發(fā)光二極管封裝裝置，其封裝時采用如下方法制作而成， 如圖5所示。1)、選取一金屬基板110，進行清潔去油處理，并在合適的位置打出需要的小孔 101。2)、在金屬基板正面制作掩膜，將正面完全遮掩。3)、將制作好掩膜的金屬基板放入氧化槽，進行微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成約30 微米以上的氧化鋁薄膜121。4)、將完成微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成氧化鋁薄膜的金屬基板取出，去除掩膜。5)、采用激光選擇熔融法在金屬基板110正面的小孔101周圍制作玻璃陶瓷絕緣 層122，注意要與氧化鋁薄膜121間緊密接合，保證不會出現(xiàn)孔隙造成上電極層170或?qū)щ?柱130與金屬基板110短路。6)、在小孔101中灌入導電銀漿，形成所述導電柱130。7)、采用激光選擇熔融法或厚膜方法，在金屬基板110背面的小孔101下端制作下 電極層160，注意下電極層160和小孔101中導電柱130的導通。8)、采用激光選擇熔融法，在金屬基板110正面的玻璃陶瓷絕緣層122上制作上電 極層170，注意電極層和小孔中導電銀漿導通。9)、安裝LED發(fā)光芯片140，將LED發(fā)光芯片焊接在金屬基板正面，兩個電極分別連 接正面的兩個上電極層170。10)、制作透鏡，封裝所述LED發(fā)光芯片。本發(fā)明實施例3提供的發(fā)光二極管封裝裝置，如圖6所示，其與實施例2的發(fā)光二極管封裝裝置基本相同，區(qū)別在于，在所述金屬基板Iio正面設(shè)置有一層鍍銀導熱層190， 所述LED發(fā)光芯片140貼合設(shè)置在所述鍍銀導熱層190上。較佳地，所述實施例3的發(fā)光二極管封裝裝置，其封裝時采用如下方法制作而成， 如圖6所示，圖中122為玻璃陶瓷絕緣層，采用激光選擇熔融法制作。190為鍍銀導熱層。 實施3的封裝方法包括以下步驟1、選取一金屬基板110，進行清潔去油處理，在其正面鍍上10微米的鍍銀導熱層。2、將鍍銀后的金屬基板110打出需要的小孔，并進行清潔處理。3、在金屬基板110正面制作掩膜，將正面完全遮掩。4、將制作好掩膜的金屬基板放入氧化槽，進行微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成30微米 以上的氧化鋁薄膜絕緣層121。5、將完成微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成氧化鋁薄膜絕緣層121的金屬基板取出，去 除掩膜。6、采用激光選擇熔融法在金屬基板110正面的小孔周圍制作玻璃陶瓷絕緣層 122，注意要與氧化鋁薄膜絕緣層121間緊密接合，保證不會出現(xiàn)孔隙造成電極層或?qū)щ娭?與金屬基板110短路。7、在小孔101中灌入導電銀漿，形成所述導電柱。8、采用激光選擇熔融法或厚膜方法，在金屬基板110背面的小孔101周圍制作下 電極層160，注意下電極層和小孔101中導電柱的導通。9、采用激光選擇熔融法，在金屬基板110正面的玻璃陶瓷絕緣層122上對應所述 小孔101的頂端制作上電極層170，并注意上電極層170和小孔中導電柱130的導通。10、安裝所述LED發(fā)光芯片140，將所述LED發(fā)光芯片140焊接在金屬基板110正 面，兩個電極分別連接正面的兩個上電極層170。11、制作透鏡，封裝所述LED發(fā)光芯片140。綜上所述，采用本發(fā)明所提供的發(fā)光二極管封裝裝置及封裝方法，具有如下有益 技術(shù)效果(1)、所述LED發(fā)光芯片直接安裝在金屬基板上，熱量可以得到迅速傳遞，散熱性 能好，避開了陶瓷材料在導熱性能上的瓶頸。(2)、利用小孔做電極，小孔中的導電銀漿通過 氧化鋁薄膜與金屬基板絕緣，性能可靠且制作簡單。(3)、小孔間彼此形成獨立導電通道，絕 緣性能可靠，既可用于單芯片封裝，也可用于多芯片封裝。(4)、微弧氧化或硬質(zhì)氧化法形成 的陶瓷薄膜為原位生長膜層，連接強度高，膜層厚度均勻，便于在小孔處成膜。(5)、陶瓷薄 膜離LED發(fā)熱區(qū)較遠，避免了由于高溫帶來的熱失配造成膜層龜裂脫落情況。(6)、工藝簡 單，微弧氧化或硬質(zhì)氧化法均為成熟工藝，便于整板制作。應當理解的是，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可 以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保 護范圍。
權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管封裝裝置，包括一金屬基板，其特征在于，還包括在所述金屬基板正面設(shè)置的LED發(fā)光芯片，在所述金屬基板上設(shè)置的貫穿所述金屬基板正面和背面的小孔；及在所述金屬基板的背面及小孔周圍設(shè)置的第一絕緣層；并在所述小孔內(nèi)設(shè)置有與所述小孔形狀匹配的導電柱，所述導電柱的頂端制作有上電極層、在其下端制作下電極層；所述LED發(fā)光芯片的電極與所述上電極層連接；其還包括在所述LED發(fā)光芯片頂部設(shè)置的用于封裝所述LED發(fā)光芯片的透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝裝置，其特征在于，所述絕緣層為通過將所 述金屬基板的背面及小孔周圍采用微弧氧化或硬質(zhì)氧化方法生成的氧化鋁薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管封裝裝置，其特征在于，所述上電極層是通過采 用激光選擇熔融法在所述導電柱的頂端生成的；所述下電極層是通過采用激光選擇熔融法或厚膜方法貼合所述導電柱的下端生成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝裝置，其特征在于，在所述金屬基板正面設(shè) 置有一層鍍銀導熱層，所述LED發(fā)光芯片貼合設(shè)置在所述鍍銀導熱層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管封裝裝置，其特征在于，所述絕緣層包括設(shè)置在 所述金屬基板背面和所述小孔側(cè)壁的氧化鋁薄膜絕緣層，以及采用激光選擇熔融法在金屬 基板正面的小孔周圍制作的玻璃陶瓷絕緣層。
6.一種發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，包括以下步驟A、在金屬基板上打出需要的小孔；B、對所述金屬基板的背面及小孔周圍進行絕緣處理，形成一絕緣層；C、在經(jīng)過絕緣處理的小孔灌滿導電漿料，形成導電柱；并在所述導電柱的頂端制作上 電極層、在其下端制作下電極層；D、在所述金屬基板正面貼合設(shè)置LED發(fā)光芯片，并將其電極與所述上電極層連接，以 及制作透鏡，封裝所述LED發(fā)光芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述步驟B具體包括以下步驟B11、在所述金屬基板正面制作掩膜，露出小孔、小孔頂端附近區(qū)域及金屬基板背面； B12、將制作好掩膜的金屬基板放入氧化槽，進行微弧氧化或硬質(zhì)氧化，使所述金屬基 板背面、及所述小孔和小孔頂端附近區(qū)域生成一氧化鋁薄膜為所述絕緣層；B13、將完成微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成氧化鋁薄膜的金屬基板取出，并去除掩膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述步驟C還包括步驟 C11、在所述導電柱的頂端采用激光選擇熔融法制作所述上電極層；C12、在所述導電柱的下端采用激光選擇熔融法或厚膜方法制作所述下電極層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述步驟B具體包括以下步驟B21、在金屬基板正面制作掩膜，將正面完全遮掩；B22、將制作好掩膜的金屬基板放入氧化槽，進行微弧氧化或硬質(zhì)氧化，使所述金屬基 板背面、及所述小孔側(cè)壁生成一氧化鋁薄膜絕緣層；B23、將完成微弧氧化或硬質(zhì)氧化，生成氧化鋁薄膜的金屬基板取出，并去除掩膜； B24、采用激光選擇熔融法在金屬基板正面的小孔周圍制作玻璃陶瓷絕緣層，并與所述氧化鋁薄膜間緊密接合，形成所述絕緣層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述步驟A之前還包括步驟a、對所述金屬基板，進行清潔去油處理，并在其正面鍍上一層鍍銀導熱層。
全文摘要
本發(fā)明涉及光電子封裝領(lǐng)域，公開了一種發(fā)光二極管封裝裝置及封裝方法。所述封裝結(jié)構(gòu)包括在所述金屬基板正面設(shè)置的LED發(fā)光芯片，在所述金屬基板上設(shè)置的貫穿所述金屬基板正面和背面的小孔；及在所述金屬基板的背面及小孔周圍設(shè)置的第一絕緣層。由于采用將LED發(fā)光芯片直接安裝在金屬基板上，熱量可以得到迅速傳遞，散熱性能好；利用小孔做電極，小孔間彼此形成獨立導電通道，絕緣性能可靠，既可用于單芯片封裝，也可用于多芯片封裝；微弧氧化或硬質(zhì)氧化法形成的陶瓷薄膜為原位生長膜層，連接強度高，熱膨脹系數(shù)與基板接近，熱匹配性能好。
文檔編號H01L33/62GK101924175SQ20101023186
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者劉 文, 劉沛, 徐光輝, 柴廣躍, 王少華, 雷云飛, 黃長統(tǒng) 申請人:深圳大學