一种低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构及其制备方法.pdf

本发明公开了一种低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构，所述结构包括预制基板和覆晶，所述覆晶通过回流焊焊接到预制基板上，其中，所述预制基板包括氮化铝陶瓷层，所述氮化铝陶瓷层上的敷铜线路层、耐高温反射层、电极焊盘；回流焊前覆晶电极上预敷了焊锡。本发明有效地防止了以往技术中由于高温共晶回流焊致使普通反射层黄化而引起的覆晶集成光源光衰。有效地防止以往技术中导线铜层表面镀银后的氧化和硫化而引起的集成光源的光衰。经过回流焊后，焊锡内的空穴少，有效地降低了焊锡结构的热阻。有效地把热导出到散热体上。

权利要求书1.  一种低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构，所述结构包括预制基板和覆晶，所述覆晶通过回流焊焊接到预制基板上， 其中，所述预制基板包括氮化铝陶瓷层，所述氮化铝陶瓷层上的敷铜线路层、耐高温反射层、电极焊盘； 回流焊前所述覆晶上预敷了焊锡而与其相对应的所述预制基板上镀金或镀银，或所述预制基板芯片电极上预敷了焊锡而与其对应的所述覆晶上镀金。 2.  根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述预制基板的芯片焊盘、电极焊盘表面镀金、镀银或预敷焊锡，以及导线表面镀银或无镀层。 3.  根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述焊锡成分为AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C。 4.  根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述耐高温反射层为耐高温白色陶瓷油墨，耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶。 5.  根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述铜层为双层结构，厚铜层为芯片焊盘和电极焊盘，薄铜层为连接焊盘的导线，其表面可镀银或无镀层。 6.  根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述光源结构应用于不同功率、不同串并联电路、不同尺寸大小的覆晶集成光源。 7.  一种如权利要求1至6任一项所述的低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构的制备方法，所述方法包括如下步骤： (1)形成所述预制基板，具体包括： (1a)通过现有的厚膜印刷技术，或薄膜直接镀铜技术，完成氮化铝陶瓷上布置敷铜线路层，敷铜层有薄铜层和厚铜层； (1b)制作集成光源发光区耐高温反射层，材料一般为耐高温白色陶瓷 油墨，耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶，通过平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，并保持反射层和敷铜层高度一致； (1c)通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨； (1d)露铜层表面(即厚铜层)进行化学沉银，对应于有预敷焊锡的覆晶应用； (2)覆晶放置和布满在所述预制基板的芯片焊盘上； (3)共晶回流焊把阵列覆晶，焊接到预制基板上； (4)硅胶围坝胶制作； (5)覆盖荧光粉硅胶层。 8.  一种如权利要求4所述的低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构的制备方法，所述方法包括如下步骤： (1)形成所述预制基板，具体包括： (1a)通过现有的厚膜印刷技术，或薄膜直接镀铜技术技术，完成氮化铝陶瓷上布置敷铜线路层，敷铜层有薄铜层和厚铜层； (1b)制作集成光源发光区耐高温反射层，材料一般为耐高温白色陶瓷油墨，或耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶，通过平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，并保持反射层和敷铜层高度一致； (1c)通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨； (1d)露铜层表面(即厚铜层)进行敷锡，对应于有镀金电极的覆晶应用； (2)覆晶放置和布满在所述预制基板的芯片焊盘上； (3)共晶回流焊把阵列覆晶，焊接到预制基板上； (4)硅胶围坝胶制作； (5)覆盖荧光粉硅胶层。

说明书一种低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及照明领域，特别是涉及一种低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构和方法。
背景技术
以往的LED覆晶集成光源(或称之为覆晶COB)，其结构和方法一是通过金锡共晶(AuSn 80/20)回流焊，把覆晶焊接到LED集成光源预制基板上的(图1a、1b)。采用结构一有如下问题：金锡共晶回流焊是通过固晶，然后对预敷在覆晶电极上的金锡共晶进行高温(>283C)回流焊，使得覆晶和预制基板结合。所以当覆晶集成光源反光区的反光材料为普通反光材料，即白色油墨阻焊层(Liquid photoimageable solder mask)时，由于采用了高温共晶回流焊致使反光材料发生黄化，而使其对可见光的反射率下降，最终导致覆晶集成光源的光效降低。其结构和方法二是通过锡膏SAC305回流焊，把覆晶焊接到LED集成光源预制基板上的(图2a、2b)。采用结构二有如下问题：锡膏回流焊是采用钢网印刷锡膏到预制基板的芯片电极上，然后通过固晶以及共晶回流焊，使得覆晶和预制基板结合。好处是锡膏SAC305的熔点小于220C，避免了普通反光材料高温黄化问题。但坏处是锡膏回流焊后会形成焊锡含有空穴(10～30％的空穴率)，导致同等厚度的焊锡热阻比金锡共晶的热阻大，空穴越多，热阻越大。这种含空穴的焊锡成为覆晶集成光源的导热瓶颈。
以往的覆晶集成光源的反射区表面上露出了镀银的导线层(图1a、1b， 图2a、2b)，容易被硫化和氧化，镀银层在覆晶集成光源长时间工作时会发黑，导致反射区可见光的反射率下降，最终导致覆晶集成光源的光衰。
以往的覆晶集成光源，基板背面为无其他敷着材料的氮化铝AlN陶瓷表面。覆晶集成光源在散热体上的散热，需要通过导热率不高的导热硅脂，或导热膏(1～8w/mk导热率)进行传热。可能成为整体覆晶集成光源加散热体组合的导热瓶颈。
发明内容
本发明提供了一种低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构，其中，
所述结构包括预制基板和覆晶，所述覆晶通过回流焊焊接到预制基板上，其中，所述预制基板包括氮化铝陶瓷层，所述氮化铝陶瓷层上的敷铜线路层、耐高温反射层、电极焊盘；回流焊前覆晶上预敷了焊锡而与其相对应的预制基板上镀金或镀银，或预制基板芯片电极上预敷了焊锡而与其对应的覆晶上镀金。
进一步地，预制基板的芯片焊盘、电极焊盘表面镀金、镀银或预敷焊锡，以及导线表面镀银或无镀层。
进一步地，所述焊锡成分为AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C。
进一步地，所述耐高温反射层为耐高温白色陶瓷油墨，耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶。
进一步地，所述铜层为双层结构，厚铜层为芯片焊盘和电极焊盘，薄铜层为连接焊盘的导线，其表面可镀银或无镀层。
进一步地，所述光源结构应用于不同功率、不同串并联电路、不同尺寸大小的覆晶集成光源。
本发明还提供了一种低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构的制备方 法，所述方法包括如下步骤：
(1)形成所述预制基板，具体包括：
(1a)通过现有的厚膜印刷技术，或薄膜直接镀铜技术，完成氮化铝陶瓷上布置敷铜线路层，敷铜层有薄铜层和厚铜层；
(1b)制作集成光源发光区耐高温反射层，材料一般为耐高温白色陶瓷油墨，耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶，通过平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，并保持反射层和敷铜层高度一致；
(1c)通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨；
(1d)露铜层表面(即厚铜层)进行化学沉银，对应于有预敷焊锡的覆晶应用；
(2)覆晶放置和布满在所述预制基板的芯片焊盘上；
(3)共晶回流焊把阵列覆晶，焊接到预制基板上；
(4)硅胶围坝胶制作；
(5)覆盖荧光粉硅胶层。
本发明又提供了一种低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)形成所述预制基板，具体包括：
(1a)通过现有的厚膜印刷技术，或薄膜直接镀铜技术技术，完成氮化铝陶瓷上布置敷铜线路层，敷铜层有薄铜层和厚铜层；
(1b)制作集成光源发光区耐高温反射层，材料一般为耐高温白色陶瓷油墨，或耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶，通过平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，并保持反射层和敷铜层高度一致；
(1c)通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨；
(1d)露铜层表面(即厚铜层)进行敷锡，对应于有镀金电极的覆晶应用；
(2)覆晶放置和布满在所述预制基板的芯片焊盘上；
(3)共晶回流焊把阵列覆晶，焊接到预制基板上；
(4)硅胶围坝胶制作；
(5)覆盖荧光粉硅胶层。
本发明的优点在于：有效地防止了以往技术中由于高温共晶回流焊致使普通反射层黄化而引起的覆晶集成光源光衰。有效地防止以往技术中导线铜层表面镀银后的氧化和硫化而引起的集成光源的光衰。经过回流焊后，焊锡内的空穴少，有效地降低了焊锡结构的热阻。有效地把热导出到散热体上。
附图说明
图1a、1b是现有技术中的覆晶集成光源结构一。
图2a、2b是现有技术中的覆晶集成光源结构二。
图3a-3d是本发明中的覆晶集成光源结构一。
图4a-4d是本发明中的覆晶集成光源结构二。
图5是本发明中的覆晶集成光源背面结构。
图6是本发明中的12串联2并联线路的覆晶集成光源。
图7是本发明中的12串联3并联线路的覆晶集成光源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的一种低光衰的覆晶封装的LED集成光源结构的具体实施方式做详细说明。
实施例1
如图3所示，其中基板反射区的耐高温反射层为耐高温白色陶瓷油墨 (Ceramic Ink)，或耐高温阻焊油墨(High temperature liquid photoimageable solder mask)，或耐高温白色硅胶(white reflective silicone)。白色陶瓷油墨，或耐高温阻焊油墨，或白色硅胶对可见光的反射率达90％以上。其中预制基板的芯片焊盘，和电极焊盘采用了镀银或镀金。其中回流焊前覆晶电极上预敷了焊锡，其中焊锡成分为AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料。其中采用的覆晶截面如图3所示。其中覆晶是通过固晶和共晶回流焊焊接到预制基板上的。
其中铜层为双层结构，厚铜层为芯片焊盘和电极焊盘，薄铜层为连接焊盘的导线，其表面可镀银或无镀层。导线薄铜层被耐高温白色陶瓷油墨，或耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶覆盖。
如图5所示，预制氮化铝基板背面，可选择块状的敷铜结构，其表面镀金。
如图6和7所示，上述基板结构可以应用于不同功率，不同串并联电路，不同尺寸大小的覆晶集成光源。
对于反射区的采用了耐高温白色陶瓷油墨(Ceramic Ink)，或耐高温阻焊油墨(High temperature liquid photoimageable solder mask)，或耐高温白色硅胶(white reflective silicone)等耐高温材料。抗黄变能力增加，其对可见光的反射率达90％以上。有效的防止了以往技术中由于高温共晶回流焊致使普通反射层黄化而引起的覆晶集成光源光衰。
同时，铜层为双层结构，厚铜层为芯片焊盘和电极焊盘，薄铜层为连接焊盘的导线，其表面可镀银或无镀层。导线薄铜层被耐高温白色陶瓷油墨，或耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶覆盖，可以有效的防止以往技术中导线铜层表面镀银后的氧化和硫化而引起的集成光源的光衰。
另外，由于芯片电极上的焊锡(AuSn(80/20)，或SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料)是预敷上的。和以往的锡膏SAC305回流焊技术相 比，无空穴。经过回流焊后，焊锡内的空穴少，有效的降低了焊锡结构的热阻。
再者，预制氮化铝(AlN)基板背面，可选择块状的表面镀银的敷铜结构。当选择这个结构时，用户端可以把集成光源，和集成光源的散热体通过低温焊锡(60w/mk导热率，<220C熔点)连接，和以往的采用导热硅脂，或导热膏(1～8w/mk导热率)连接技术相比，降低了LED集成光源加散热体组合的热阻。有效的把热导出到散热体上。
所述LED覆晶集成光源结构的具体制备方法为：
首先形成预制基板：第一步，通过业界现有的厚膜印刷技术(thick film screen printing)，或薄膜直接镀铜技术(thin film Direct Plating Copper)技术，完成氮化铝(AlN)陶瓷上布置敷铜线路层，敷铜层有薄铜层和厚铜层。第二步，制作集成光源发光区耐高温反射层，材料一般为耐高温白色陶瓷油墨(Ceramic Ink)，耐高温阻焊油墨(High temperature liquid photoimageable solder mask)，或耐高温白色硅胶(white reflective silicone)，通过平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，并保持反射层和敷铜层高度一致，如图所示。第三步，通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨(Liquid photoimageable solder mask)。第四步，露铜层表面(即厚铜层)进行化学沉银。
再形成LED集成光源：第一步，采用如图3中的覆晶，放置和布满在图3中的预制基板的芯片焊盘上。第二步，共晶回流焊把阵列覆晶，焊接到预制基板上。第三步，硅胶围坝胶制作。第四步，覆盖荧光粉硅胶层。
实施例2
如图4所示，其中基板反射区的耐高温反射层为耐高温白色陶瓷油墨(Ceramic Ink)，或耐高温阻焊油墨(High temperature liquid photoimageable  solder mask)，或耐高温白色硅胶(white reflective silicone)。白色陶瓷油墨，或耐高温阻焊油墨，或白色硅胶对可见光的反射率达90％以上。预制基板的芯片焊盘，和电极焊盘已预敷锡。焊锡成分为AuSn 80/20，SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料。其中采用的覆晶截面如图6所示，覆晶是通过固晶和共晶回流焊焊接到预制基板上的。
铜层为双层结构，厚铜层为芯片焊盘和电极焊盘，薄铜层为连接焊盘的导线，其表面可镀银或无镀层。导线薄铜层被耐高温白色陶瓷油墨，或耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶覆盖。
如图5所示，预制氮化铝基板背面，可选择块状的敷铜结构，其表面可预敷锡或镀银。
如图6和7所示，上述基板结构可以应用于不同功率，不同串并联电路，不同尺寸大小覆晶集成光源。
反射区采用了耐高温白色陶瓷油墨(Ceramic Ink)，或耐高温阻焊油墨(High temperature liquid photoimageable solder mask)，或耐高温白色硅胶(white reflective silicone)等耐高温材料。抗黄变能力增加，其对可见光的反射率达90％以上。有效的防止了以往技术中由于高温共晶回流焊致使普通反射层黄化而引起的覆晶集成光源光衰。
其中铜层为双层结构，厚铜层为芯片焊盘和电极焊盘，薄铜层为连接焊盘的导线，其可镀银或无镀层。导线薄铜层被耐高温白色陶瓷油墨，或耐高温阻焊油墨，或耐高温白色硅胶覆盖，可以有效的防止以往技术中导线铜层表面镀银层表面的氧化和硫化而引起的集成光源的光衰。
另外，预制基板的厚铜层芯片焊盘，和电极焊盘已预敷锡(AuSn 80/20，或SAC305，或SAC405，或SN100C或其他材料)。和以往的锡膏SAC305回流焊技术相比，无空穴。经过回流焊后，焊锡内的空穴少，有效的降低了焊锡结构的热阻。
再者，预制氮化铝(AlN)基板背面，可选择块状的表面镀银的敷铜结构。当选择这个结构时，用户端可以把集成光源，和集成光源的散热体通过低温焊锡(60w/mk导热率，<220C熔点)连接，和以往的采用导热硅脂，或导热膏(1～8w/mk导热率)连接技术相比，降低了LED集成光源加散热体组合的热阻。有效的把热导出到散热体上。
所述LED覆晶集成光源结构的具体制备方法为：
第一步，通过业界现有的厚膜印刷技术(thick film screen printing)，或薄膜直接镀铜技术(thin film Direct Plating Copper)技术，完成氮化铝(AlN)陶瓷上布置敷铜线路层，敷铜层有薄铜层和厚铜层。第二步，制作集成光源发光区耐高温反射层，材料一般为耐高温白色陶瓷油墨(Ceramic Ink)，或耐高温阻焊油墨(High temperature liquid photoimageable solder mask)，或耐高温白色硅胶(white reflective silicone)，通过平整处理技术，填充覆盖敷铜线路层周边区域，并保持反射层和敷铜层高度一致，如图所示。第三步，通过曝光显影和蚀刻技术，完成其余区域的阻焊层，材质也为白色阻焊层油墨(Liquid photoimageable solder mask)。第四步，露铜层表面(即厚铜层)进行敷锡。
再形成LED集成光源：采用如图4中的覆晶，放置和布满在图4中的预制基板的芯片焊盘上。第二步，共晶回流焊把阵列覆晶，焊接到预制基板上。第三步，硅胶围坝胶制作。第四步，覆盖荧光粉硅胶层。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，在上述说明书的描述中提到的数值及数值范围并不用于限制本发明，只是为本发明提供优选的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。