專利名稱：一種利用基板高漫反射光學(xué)設(shè)計進(jìn)行高效led芯片封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種新型的LED封裝基板，尤其涉及到一種提高LED光效并降低光衰増加光色均勻性的封裝基板和封裝方法。
背景技術(shù)：
LED作為ー種新型光源，由于具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、壽命長、啟動速度快、無頻閃高等傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)勢，取得了迅猛發(fā)展。一般而言，傳統(tǒng)的白光LED封裝結(jié)構(gòu)，如圖1，主要設(shè)有一具凹槽Al的基板A，該凹槽Al內(nèi)結(jié)合一芯片B，該芯片B再通過ー連結(jié)線C與另ー支架D連結(jié)，最后再通過一透光層 E的射出成型，將基板A、芯片B、連結(jié)線C及封膠透光層E結(jié)合為一體，完成LED的封裝。普通LED芯片襯底或固晶基板表面多是鍍金屬高反射膜如Al膜或Ag膜等，以充分利用從LED芯片底部發(fā)出的光。但是這種高反膜系會導(dǎo)致反射光比較集中，80%以上的光都集中在一個比較狹窄的反射區(qū)域光柱內(nèi)，如圖1中的虛線F-G-H-I的角度為60°的扇形區(qū)域內(nèi)，從而導(dǎo)致炫光顯著，尤其對于混有熒光粉的透明封膠而言，較小的激光面會導(dǎo)致對熒光粉受激光發(fā)射黃光的面積非常有限，這樣會明顯影響LED光源效率。另外，Ag薄膜高反鍍層在高溫烘膠過程中容易發(fā)黃變色，從而降低了藍(lán)光波段的反射率，降低了封裝LED 的光效與顯色指數(shù)。基于現(xiàn)有普通LED封裝結(jié)構(gòu)以及其改進(jìn)方法的不足，本發(fā)明設(shè)計了 “ー種利用基板高漫反射光學(xué)設(shè)計進(jìn)行LED芯片封裝的方法”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的前述問題，因此本發(fā)明的ー個目的是提供ー種具有高漫反射、且高低溫穩(wěn)定耐用的高反射率基板。以明顯提高白光LED的發(fā)光效率，降低Ag反射膜變色導(dǎo)致的直接光衰，改善炫光特性。并且可保證良好的光色一致性。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明提供的LED封裝結(jié)構(gòu)如圖2所示，其包括具有高漫反射薄膜或涂層或基板 102的封裝基板10，所述封裝基板10用于固晶的一面101為高漫反射層102，同時其上形成有兩電極501與502 ；LED芯片20，芯片采用固晶方式固定于封裝基板的高漫反射層102 之上；以及密封物40，密封物覆蓋所述LED芯片20與所述高漫反射層102，以保護(hù)所述LED 芯片與高漫反射層和基板。所述的高漫反射層或基板位于所述LED芯片所處平面的下方并與其平行。上述高漫反射基板材料包括具有紫外及可見光范圍高漫反射的金屬、有機(jī)高分子材料如高白度尼龍/塑料/特弗龍等、高白度金屬化合物材料如陶瓷(包括燒結(jié)過的陶瓷體和未燒結(jié)過的陶瓷坯體)等。其中表面高漫反射材料處理方式包括1)粉末冶金燒結(jié)方式或高壓冷壓方式獲得高白度的単一材料體系或多相材料體系混合物的金屬化合物如單相或多相陶瓷、金屬陶瓷等，以及獲得具有高漫反射的金屬表面或具有高白度的高聚物等非金屬表面ク)針對金屬表面或非金屬表面的所有表面粗化工藝，例如表面噴砂粗化工藝等；3)在粗化基板表面實現(xiàn)高漫反射材料涂層或鍍層的表面復(fù)合材料制備エ藝，包括采用熱噴涂或火焰噴涂或電弧鍍等方式、采用常規(guī)噴涂、電化學(xué)鍍或涂陶瓷釉或刷漿方式，在所述基板表面形成ー層或數(shù)層具有高漫反射效果的薄膜或鍍層或釉層或涂層。基板表面可以制成具有亞毫米級的三維凸凹結(jié)構(gòu)，以利于進(jìn)ー步加強(qiáng)芯片底部出光的散射效果。表面處理材料可以選擇具有表面高漫反射特征的材料體系，如高純氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋇、磷酸鈣、磷酸鋇、硫酸鋇、硅酸鈣、碳酸鈣、氮化硼、硅酸鋯、 (氧)氯化鋯、石英等氮化物、氧化物、硫化物、磷化物、硼化物、鋁酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、氯化物以及高白粘土等高白度材料中的ー種或數(shù)種。但不僅限于上述幾類材料。所述基板包括在其上形成有電極的印刷電路板、陶瓷或金屬基板。所述密封物可由在其內(nèi)混合并均勻分散熒光體的透明環(huán)氧樹脂膠或硅膠成型制成。本發(fā)明的目的在于提供ー種新型LED芯片封裝基板，其能夠有效漫反射由LED芯片底部出光，使反射柱面充分均勻擴(kuò)張成大角度的扇面(弧度接近170度，傳統(tǒng)的僅為60 度左右見圖1中的FGHJ扇面)，獲得更大面積的激發(fā)面(見圖2中的JKLMNO扇面)，從而顯著提高熒光粉的受激發(fā)射面積，最終顯著提高光效、降低LED燈的炫光特性。同時由于基板不易變色使得LED的顯色指數(shù)穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，直接光衰也明顯降低。本發(fā)明的其他特點及具體實施例可于以下配合附圖的詳細(xì)說明中進(jìn)ー步了解。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)ー步說明。圖1是現(xiàn)有普通LED芯片的封裝結(jié)構(gòu)，其中的鏡面反射光學(xué)設(shè)計的有效反射柱面扇形角度約為60度；圖2是本發(fā)明實施例的整體封裝結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，其中的漫反射光學(xué)設(shè)計的有效反射柱面扇形角度約為170度；圖3是本發(fā)明實施例的整體結(jié)構(gòu)俯視具體實施例方式實施例1 參照圖2與圖3，本發(fā)明是這樣實施的在鋁或銅或鐵或陶瓷或電路板等所制LED封裝基板10的上表面101上，進(jìn)行表面漫反射層102處理，使其具有漫反射率大于80%、鏡面反射與透過率低于20%的表面?？梢圆捎镁哂懈呗瓷淙绺甙锥鹊奶沾赡?、陶瓷釉、無機(jī)或有機(jī)涂料、特弗龍膜等、甚至高白度陶瓷本體的表面來作具有高漫反射的上表面層102。在實施例1中，采用200nm-760nm波長范圍內(nèi)漫反射可以達(dá)到98%的(即同時白度也可達(dá)到98)的超白釉料涂敷于Cu基板上形成高漫反射層102。將預(yù)先設(shè)計好的電極501與502安裝在基板10的相應(yīng)位置上，并用AB膠固定。在具有高漫反射層102上利用透明固晶膠201將藍(lán)光LED芯片20固定于其上，并在150°C -180°C的烘箱內(nèi)烘烤2小吋，使固晶膠固化。利用金線或鋁線30將完成固晶的LED芯片的兩電極分別引出井分別焊于基板上的兩電極501與502上。將透明硅膠與熒光粉均勻混合并真空脫泡，得到均勻分散熒光粉的硅膠后利用點膠機(jī)將LED芯片20與高漫反射層102灌封于硅膠40內(nèi)。將封裝好的LED在130°C下烘烤1小時，然后在150°C下烘烤3小吋。實施例1在同樣條件下與普通水鍍銀基板相比較，無機(jī)化合物基板表面102的漫反射為98%，作為對比的銅基板表面水鍍銀鏡面反射率為同樣為98%，在此情形下，采用同樣的芯片和同樣的エ藝與材料進(jìn)行封裝，經(jīng)同樣條件下的測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本實施例的光電轉(zhuǎn)換效率提高了 30%以上，非常顯著，光衰3000小時低于5%。具體數(shù)據(jù)見表1。實施例2 本發(fā)明的實施例2與以上的實施列1類似，只是將以上實施例1的高漫反射釉層 102換為利用熱噴涂的硫酸鋇涂層或氧化鋁或氧化鎂涂層，調(diào)整エ藝使在300nm-600nm波長范圍內(nèi)漫反射可以達(dá)到92 % (即同時白度也可達(dá)到92)，其余步驟與實施例1完全相同。 具體數(shù)據(jù)見表1。實施例3:本發(fā)明的實施例2與以上的實施列1類似，只是將以上實施例1的高漫反射釉層 102和Cu基板一起換為具有從400nm-620nm波長范圍內(nèi)漫反射可以達(dá)到98% (即同時白度也可達(dá)到98)的燒結(jié)后的陶瓷，其余步驟與實施例1完全相同。具體數(shù)據(jù)見表1。實施例4 本發(fā)明的實施例2與以上的實施列1類似，只是將以上實施例1的高漫反射釉層 102和Cu基板一起換為具有從400nm-620nm波長范圍內(nèi)漫反射可以達(dá)到98% (即同時白度也可達(dá)到98)的超高壓冷壓后的陶瓷，其余步驟與實施例1完全相同。具體數(shù)據(jù)見表1。實施例5 本發(fā)明的實施例2與以上的實施列1類似，只是將以上實施例1的Cu基板換為白色陶瓷(漫反射可以達(dá)到92% )，高漫反射釉層102換成利用噴涂超白石英砂(白度99) 或鈦白粉(白度99)得到的高漫反射層。該漫反射層102從400nm-620nm波長范圍內(nèi)漫反射可以達(dá)到99% (即同時白度也可達(dá)到99)。其余步驟與實施例1完全相同。具體數(shù)據(jù)見表1。實施例6 本發(fā)明的實施例2與以上的實施列1類似，只是將以上實施例1的Cu基板換為鋁基板，高漫反射釉層102換成利用噴涂超白石英砂(白度99)或鈦白粉(白度99)得到的高漫反射層。該漫反射層102從400nm-620nm波長范圍內(nèi)漫反射可以達(dá)到99% (即同時白度也可達(dá)到99)。其余步驟與實施例1完全相同。具體數(shù)據(jù)見表1。實施例7 本發(fā)明的實施例2與以上的實施列1類似，只是將以上實施例1的藍(lán)光GaN芯片換成紅光芯片，在封膠中不加將熒光粉。其余步驟與實施例1完全相同。可將光效提高3%， 可改善炫光現(xiàn)象。實施例8:
本發(fā)明的實施例2與以上的實施列1類似，只是將以上實施例1的藍(lán)光GaN芯片換成紫外光芯片，在封膠中加紫外受激發(fā)射的熒光粉。其余步驟與實施例1完全相同?？蓪⒐庑岣?0%。以上所述實施列僅是本發(fā)明的LED封裝的幾個較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對上面的實施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍然屬于本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和范圍。表1本發(fā)明所有實施例中的高漫反射基板LED封裝和標(biāo)準(zhǔn)的基板水鍍高鏡面反射 Ag膜LED封裝后的光源光效和光衰情況。
權(quán)利要求
1.權(quán)利要求項1一種利用基板高漫反射Ooo 760nm波段反射率R ^ 80%，鏡面反射、透射率加吸收率之和低于20% )光學(xué)設(shè)計進(jìn)行LED芯片封裝的方法，適用于藍(lán)光LED 芯片、綠光LED芯片、紅光LED芯片、紫外LED芯片、尤其是白光LED芯片的封裝。是ー種利用基板高漫反射或表面高散射獲得高光效、低光衰、高顯色指數(shù)的LED封裝方法。包括對金屬或非金屬或有機(jī)高分子或復(fù)合材料基板或上述材料兩種及兩種以上的復(fù)合基板進(jìn)行材料處理實現(xiàn)寬波段全光譜表面高漫反射；上述具有表面寬波段全光譜范圍內(nèi)的高漫反射或高散射的基板，用于白光LED的GaN藍(lán)光芯片面晶和焊金/鋁線、涂敷熒光粉、點/灌膠、 焊電極以進(jìn)行白光LED封裝，其要點在于通過基板的表面出來的光的反射柱面充分均勻擴(kuò)張成大角度的扇面(弧度接近170度，傳統(tǒng)的僅為60度左右見圖1)，獲得更大面積的激發(fā)面見圖2，以充分激發(fā)熒光粉，從而獲得比鍍銀反光膜的LED光效有顯著提高的白光LED燈具。對于LED単色光或三基色光的封裝，該類基板的使用可以實現(xiàn)芯片光源的勻化，顯著降低炫光帶來的光污染。由于避免了鍍Ag高反射膜的高溫變色導(dǎo)致的直接光衰。并且保證良好的光色一致性。
2.根據(jù)權(quán)利要求項1所述的封裝方法，其特征在于其中白光LED封裝步驟可包括在具有高漫反射基板上進(jìn)行涂覆有熒光粉或未涂覆熒光粉的LED芯片直接固晶，尤其針對透明底膠的固晶方式；以及混有或不混合熒光粉的密封物，密封物覆蓋所述LED芯片與所述基板，以保護(hù)所述LED芯片、熒光粉和所述高漫反射基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝方法，其特征在于上述高漫反射基板指在可見光及紫外光范圍內(nèi)全光譜QOOnm 760nm)高漫反射(反射率大于80%，鏡面反射、透過率和吸收率之和低于20%)的基板。但不限于以上波長范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝方法，其特征在于上述高漫反射基板材料包括具有范圍高漫反射的金屬、有機(jī)高分子材料如高白度尼龍/塑料/特弗龍等、高白度金屬化合物材料如陶瓷(包括燒結(jié)過的陶瓷體和未燒結(jié)過的陶瓷坯體)等。但并不僅限于以上幾種材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝方法，其特征在于一種利用基板高漫反射光學(xué)設(shè)計進(jìn)行LED芯片封裝的方法，其中表面高漫反射材料處理方式包括1)采用粉末冶金燒結(jié)方式或高壓冷壓方式獲得高白度的単一材料體系或多相材料體系混合物的金屬化合物如單相或多相陶瓷、金屬陶瓷等，以及獲得具有高漫反射的金屬表面或具有高白度的高聚物等非金屬表面ク)針對金屬表面或非金屬表面的所有表面粗化工藝，例如表面噴砂粗化工藝等；3)在粗化基板表面實現(xiàn)高漫反射材料涂層或鍍層的表面復(fù)合材料制備エ藝，包括采用熱噴涂或火焰噴涂或電弧鍍等方式、采用常規(guī)噴涂、電化學(xué)鍍或涂陶瓷釉或刷漿方式，在所述基板表面形成ー層或數(shù)層具有高漫反射效果的薄膜或鍍層或釉層或涂層。但并不僅限于以上幾種方式。4)基板表面可以制成具有亞毫米級的三維凸凹結(jié)構(gòu)，以利于進(jìn)ー步加強(qiáng)芯片底部出光的散射效果。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高漫反射薄膜或涂層或鍍層或釉層或基板本體的表面漫反射處理工藝，其特征在干表面處理材料可以選擇具有表面高漫反射特征的材料體系，如高純氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋇、磷酸鈣、磷酸鋇、硫酸鋇、硅酸鈣、碳酸鈣、氮化硼、硅酸鋯、(氧)氯化鋯、石英等氮化物、氧化物、硫化物、磷化物、硼化物、鋁酸鹽、硅酸鹽、 硼酸鹽、碳酸鹽、氯化物以及高白粘土等高白度材料中的ー種或數(shù)種，但并不僅限于以上幾種材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的高漫反射或高散射的薄膜或涂層或鍍層或或釉層或基板本體位于所述LED芯片所處平面的下方并與其平行。所述基板包括在其上形成有電極的印刷電路板、陶瓷或金屬基板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述LED芯片可以是涂敷有熒光粉或未涂敷有熒光粉的藍(lán)光LED芯片。所述LED芯片可以是単色光芯片，也可以是多色光芯片，比如藍(lán)光LED芯片、綠光LED芯片、紅外LED芯片，紅、藍(lán)、綠三基色LED芯片、紫外LED 芯片。
9.所述密封物由在其內(nèi)混合并均勻分散熒光體或不含熒光體的透明環(huán)氧樹脂膠或硅膠或二者混合物成型制成。
10.一種權(quán)利要求項1所述的高漫反射基板固晶的白光LED封裝方案，包括如下的步驟1)采用具有表面高漫反射的封裝基板，或使用經(jīng)過表面高漫反射處理的普通基板，所述基板包括在其上形成有電極的印刷電路板、非金屬或金屬基板；2)在步驟1)所得到的高漫反射基板上，利用透明固晶膠或透明銀膠將LED芯片面晶于基板上，并在高溫下烘烤以使固晶膠或銀膠固化。所述的高漫反射基板位于所述LED芯片所處平面的下方并與其平行，二者通過固晶膠或銀膠緊密粘連。3)在步驟2)所得的完成固晶的基板上利用焊線機(jī)將多個LED芯片之間電極以并聯(lián)或串聯(lián)方式焊接，再與基板上的兩電極相連；單個LED芯片則直接將芯片兩電極與基板上的兩電極相連。LED芯片上可以涂敷有熒光粉，也可以不涂敷熒光粉。所述的將LED芯片的兩電極與基板上的兩電極相連可以選用金線或鋁線。4)在步驟3)所得的基板上利用點膠機(jī)將LED芯片與高漫反射基板封于密封物內(nèi)，并通過高溫烘烤以完成LED封裝。所述密封物由在其內(nèi)混合并均勻分散熒光體的透明環(huán)氧樹脂膠或硅膠成型制成，或者不混合熒光體。
全文摘要
本發(fā)明目的在于提供一種高漫反射(200～760nm波段反射率R≥80％)光學(xué)設(shè)計基板并進(jìn)行LED芯片封裝從而獲得高光效、低光衰、高光色均勻性的LED封裝方法，適用于各種LED芯片尤其白光LED芯片的封裝。LED用基板10，其特征在于對基板10進(jìn)行表面處理實現(xiàn)表面101上的高漫反射層102；LED封裝，其特征在于，在基板10上形成兩電極501與502；LED芯片20，芯片采用固晶方式固定于封裝基板的高漫反射層102之上；以及密封物40，密封物覆蓋所述LED芯片20與所述高漫反射層102。其要點在于通過基板表面高漫反射實現(xiàn)將從芯片底部出來的光的反射柱面充分均勻擴(kuò)張成大角度扇面(弧度接近170度KLMNOJ)，以充分激發(fā)熒光粉從而獲得比傳統(tǒng)鍍銀鏡面反光膜更高的光效，并保證良好光色一致性。
文檔編號H01L33/00GK102544252SQ201110199939
公開日2012年7月4日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者曹永革 申請人:曹永革