LED模组和LED封装组件的制作方法

本实用新型涉及LED显示技术，更具体地，涉及用于LED显示屏的LED模组和LED封装组件。

背景技术：

LED显示屏具有以下方面的优越性：高灰度、宽可视角度、丰富的色彩以及可定制的屏幕形状。因此，LED显示屏被广泛应用于工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等各个领域。

在LED显示屏中使用的像素元件是LED。像素元件例如是表面安装器件(Surface Mounted Devices，即SMD)封装方式的LED封装组件。每个LED封装组件可以包括引线框、安装在引线框上的分别显示红、绿、蓝三种颜色的三个LED元件、以及覆盖引线框以及允许光透出的树脂封装料。三个LED元件各自的出光侧为被封装料覆盖的一侧。在显示图像时，每个LED封装组件的三个LED元件的亮度受到控制，从而可以利用颜色混合实现全彩色发光。

在上述的LED封装组件中，LED安装在引线框上，然后覆盖封装料。每个LED封装组件形成单个的像素单元，并且包括四个焊盘。在形成LED模组时，将多个LED封装组件焊接在印刷电路板(PCB)上。该LED模组需要进行大量的放置和焊接工作，导致生产效率很低，成本偏高。由于小尺寸焊盘的焊接困难，因此，LED模组的可靠性差。

因此，期望进一步改进LED模组的结构和制造方法，以降低LED模组的制造成本和提高产品可靠性。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种改进的LED模组和LED封装组件，其中通过在LED封装组件中包括多个LED元件以及减少LED封装组件的焊盘数量以降低制造成本和提高产品可靠性。

根据本实用新型的一方面，提供一种LED模组，其特征在于，包括：印刷电路板，包括第一绝缘基板及其上的多个第一布线；以及多个LED封装组件，分别包括引线框和固定在所述引线框上的多个像素单元，其中，所述多个LED封装组件固定在所述印刷电路板上，经由所述多个第一布线连接至控制芯片，所述引线框包括第二绝缘基板及其上的多个第二布线至多个第五布线，多个第二布线至多个第五布线用于互连所述多个像素单元。

优选地，所述多个像素单元排列成像素阵列，其中包括2至200个像素单元。

优选地，所述第一绝缘基板具有相对的第一表面和第二表面，所述多个LED封装组件位于所述第一绝缘基板的第一表面上，所述控制芯片位于所述第一绝缘基板的第二表面上。

优选地，还包括多个第一过孔，用于提供所述第一绝缘基板的第一表面与第二表面之间的电连接。

优选地，所述控制芯片包括选自显示驱动电路和供电电路中的至少一种。

优选地，所述多个像素单元中的每个像素单元包括至少一个LED元件。

优选地，所述多个LED封装组件分别还包括：位于第二绝缘基板上的多个第一至多个第四引脚、以及多个第一至多个第四焊盘；封装料，用于覆盖所述引线框并且允许光线透出，其中，所述多个像素单元中的每个像素单元包括第一LED元件、第二LED元件和第三LED元件；以及在每个像素单元中，所述第一LED元件、第二LED元件和第三LED元件各自的第一电极共同固定在公共的一个所述第一引脚上，各自的第二电极分别固定在一个第二引脚至一个第四引脚上。

优选地，所述第二布线中的每条布线用于将多个像素单元的第一引脚彼此互连并且连接至所述第一焊盘中的相应一个焊盘，所述第三布线中的每条布线用于将多个像素单元的第二引脚彼此互连并且连接至所述第二焊盘中的相应一个焊盘，所述第四布线中的每条布线用于将多个像素单元的第三引脚彼此互连并且连接至所述第三焊盘中的相应一个焊盘，所述第五布线中的每条布线用于将多个像素单元的第四引脚彼此互连并且连接至所述第四焊盘中的相应一个焊盘。

优选地，所述第二绝缘基板包括相对的第三表面和第四表面，所述多个第一至所述多个第四引脚以及所述多个第二布线位于所述第二表面上，所述多个第二至所述多个第四焊盘以及所述多个第三至所述多个第五布线位于所述第二表面上，其中，所述LED模组还包括多个第二过孔，用于提供所述第二绝缘基板的第三表面与第四表面之间的电连接。

根据本实用新型的另一方面，提供一种LED封装组件，其特征在于，包括：引线框；多个像素单元，固定在所述引线框上；以及封装料，用于覆盖所述引线框并且允许光线透出，其中，所述引线框包括第二绝缘基板及其上的多个第二布线至多个第五布线，多个第二布线至多个第五布线用于互连所述多个像素单元。

优选地，所述多个像素单元排列成像素阵列，其中包括2至200个像素单元。

优选地，所述多个像素单元中的每个像素单元包括至少一个LED元件。

优选地，还包括：位于第二绝缘基板上的多个第一至多个第四引脚、以及多个第一至多个第四焊盘；封装料，用于覆盖所述引线框并且允许光线透出，其中，所述多个像素单元中的每个像素单元包括第一LED元件、第二LED元件和第三LED元件；以及在每个像素单元中，所述第一LED元件、第二LED元件和第三LED元件各自的第一电极共同固定在公共的一个所述第一引脚上，各自的第二电极分别固定在一个第二引脚至一个第四引脚上。

优选地，所述第二布线中的每条布线用于将多个像素单元的第一引脚彼此互连并且连接至所述第一焊盘中的相应一个焊盘，所述第三布线中的每条布线用于将多个像素单元的第二引脚彼此互连并且连接至所述第二焊盘中的相应一个焊盘，所述第四布线中的每条布线用于将多个像素单元的第三引脚彼此互连并且连接至所述第三焊盘中的相应一个焊盘，所述第五布线中的每条布线用于将多个像素单元的第四引脚彼此互连并且连接至所述第四焊盘中的相应一个焊盘。

优选地，所述第二绝缘基板包括相对的第三表面和第四表面，所述多个第一至所述多个第四引脚以及所述多个第二布线位于所述第二表面上，所述多个第二至所述多个第四焊盘以及所述多个第三至所述多个第五布线位于所述第二表面上，其中，所述LED模组还包括多个第二过孔，用于提供所述第二绝缘基板的第三表面与第四表面之间的电连接。

根据本实用新型实施例的LED模组，每个LED封装组件分别包括多个像素单元，每个像素单元包括至少一个LED元件，所述多个LED封装组件经由所述多条第一布线连接至所述控制芯片。由于在LED封装组件中将多个像素单元集成封装，然后连接至印刷电路板上。该方案的优势为：由于集成封装的LED阵列数量可以随意选定，因此，产品的封装难度和可靠性可以控制在合理范围内。

由于采用集成封装，可以大大减少封装体背面的焊盘。例如，LED模组是包括9×12个像素单元的一个阵列封装体，采用的焊盘数量为：9+12×3＝45个。如果采用传统的单颗封装组件，采用的焊盘数量为：9×12×4＝432个。远远低于传统单颗封装体的焊盘数量。从而大大降低了进一步将LED模组焊接到PCB板上的难度。

该LED模组采用集成多个像素单元的LED封装组件，与传统的单颗LED封装组件相比，提高了焊接效率，降低了焊接成本。进一步地，采用集成封装的LED封装组件可以提高LED模组的可靠性和模组的气密性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据现有技术的LED封装组件的分解透视图。

图2示出根据本实用新型实施例的LED封装组件的分解透视图。

图3a和3b分别示出根据本实用新型实施例的LED封装组件的俯视图和仰视图。

图4a和4b分别示出根据本实用新型实施例的LED封装组件的不同观察角度的透视图。

图5示出根据本实用新型实施例的LED模组的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出根据现有技术的LED封装组件的分解透视图。LED封装组件100包括引线框110、LED元件120至140、以及封装料150，其中，LED元件120至140安装在引线框110上，封装料150为透光材料，覆盖于引线框110的表面。在图中，为了清楚起见，将封装组件100的封装料150与其他部分之间分离示出。

引线框110为由PCB工艺制造的双层线路板，包括PCB基板101、多个焊盘116、引脚111(或称为“固晶区”)以及多个引脚112。多个引脚112与引脚111位于PCB基板101同一侧，并且分别与位于PCB基板101另一侧的多个焊盘116相对，多个引脚112与引脚111分别与对应的多个焊盘116通过PCB基板101中的过孔实现电连接。引脚111用于为LED元件120至140提供机械支撑。由于引脚111自身也是导电的，因此引脚111也兼作为引脚，用于与LED元件120电连接，并且延伸至PCB基板的边角处，用于与对应的PCB基板另一侧的焊盘116通过过孔实现电连接，从而提供LED元件120与外部电路之间的电连接。所述多个引脚112彼此隔开，用于与LED元件120至140电连接，并且分别延伸至PCB基板的边角处，分别用于与对应的PCB基板另一侧的焊盘116通过过孔实现电连接，以提供LED元件120至140与外部电路之间的电连接。此外，所述多个引脚112中的至少一个引脚同时连接至LED元件120至140，以提供所述LED元件120至140彼此之间的电连接。

引线框110可以由PCB制作工艺制造，例如应用图案转移以及蚀刻等方法限定引脚和引脚的形状。其中，引脚和多个引脚还可以包括附加的镀层以改善导电性，例如，由选自金、银等贵金属的材料对引脚111和多个引脚112形成的导电镀层。进一步地，引线框110可以包括内部焊盘114，用于容纳焊料以便与LED元件之间电连接。

LED元件120至140分别为红绿蓝三色之一的发光元件。LED元件120至140分别包括阳极电极和阴极电极，并且内部包括PN结。在LED元件的阳极电极和阴极电极之间施加正向电压时，LED元件导通，电子从N区注入P区，空穴从P区进入N区，从而利用少数载流子与多数载流子的复合发光。可以采用粘接剂将LED元件120至140固定在引线框110的承载区上。

根据内部结构的特点，LED元件120至140的阳极电极和阴极电极可以形成在LED元件的同一个表面或相反的表面上。例如，在图1中示出LED元件120为垂直结构的红色LED元件，阳极电极121和阴极电极(未示出)分别形成在相对的表面上。在该现有技术中，LED元件120的阳极电极121设置于LED元件120的上表面。LED元件130和140分别为平面结构的蓝色LED元件和绿色LED元件。例如，LED元件130的阳极电极131和阴极电极132分别设置于LED元件130的上表面且彼此隔开。

采用导电胶(例如银胶)将LED元件120固定在引线框110的引脚上，同时实现LED元件120的阴极电极与引脚111之间的电连接。采用键合引线115，将LED元件130和140的阴极电极分别连接至多个引脚112中的相应一个引脚，以及将LED元件120至140的阳极电极连接至多个引脚112中的一个公共引脚。

封装料150允许LED元件120至140产生的光线透出，封装料150的材料例如为环氧树脂。

焊盘116用于与外部电路电连接。例如，可以将LED封装组件的焊盘116采用焊料固定在印刷电路板上，并且进一步经由印刷电路板连接至显示驱动电路。

所述显示驱动电路在工作中向LED封装组件150的LED元件120至140提供驱动信号，通过控制各个LED元件的亮度，从而产生期望颜色的发光及期望的亮度。将LED封装组件作为像素单元组成LED显示屏之后，该LED显示屏即可以在驱动电路的控制下显示图像内容。

在上述现有技术的LED封装组件中，引脚111不仅用于为LED元件120至140提供机械支撑，而且自身也作为一个引脚，从LED元件的下方延伸至PCB基板101的边角，并与对应的PCB基板101另一侧的焊盘116通过过孔实现电连接。

此外，多个引脚112分别包括用于与LED元件120至140电连接的第一部分、与焊盘116通过过孔电连接的第二部分、以及在第一部分和第二部分之间延伸的中间部分。所述多个引脚112的第一部分用于提供互连区，与键合引线115电连接。在图1所示的实例中，所述多个引脚112的第一部分为条带状。

在上述的LED封装组件中，LED元件120至140安装在引线框110上，然后覆盖封装料。每个LED封装组件形成单个的像素单元，并且包括四个焊盘116。在形成LED模组时，将多个LED封装组件焊接在印刷电路板(PCB)上。例如，为了形成和包括9×6个像素单元的LED模组，焊盘116的总数达到9×6×4＝216个。该LED模组需要进行大量的LED封装组件放置和焊接工作，导致生产效率很低，成本偏高。在小间距LED显示屏的应用中，像素单元的间距例如小于1.6毫米，尺寸例如小于1×1毫米。LED封装组件的焊盘尺寸例如为0.3×0.3毫米。由于小尺寸焊盘的焊接困难，因此，LED模组的可靠性差。

图2示出根据本实用新型实施例的LED封装组件的分解透视图，图3a和3b分别示出根据本实用新型实施例的LED封装组件的俯视图和仰视图。LED封装组件200包括引线框、排列成9×6阵列的多个像素单元、以及封装料250。然而，每个LED封装组件中的像素单元的数量不限于54个，而是可以在合适的数量范围内选择，例如2至200个。每个像素单元包括安装在引线框上的LED元件220至240，封装料250为透光材料，覆盖于引线框的表面。在图中，为了清楚起见，将封装组件200的封装料250与其他部分之间分离示出。

引线框为由PCB工艺制造的双层线路板，包括PCB基板201(第二绝缘基板)、多条布线261至264(第二布线)、多个焊盘261P至264P、多个过孔261V至264V、多个引脚211至214。多个引脚211至214位于PCB基板201同一侧，并且分别与位于PCB基板201另一侧的多个焊盘261P至264P相对。引脚211可以兼用作引脚。

引线框可以由PCB制作工艺制造，例如应用图案转移以及蚀刻等方法限定引脚和引脚的形状。其中，引脚和多个引脚还可以包括附加的镀层以改善导电性，例如，由选自金、银等贵金属的材料在所述多个引脚211至214上形成的导电镀层。

LED元件220至240分别为红绿蓝三色之一的发光元件。LED元件220至240分别包括阳极电极和阴极电极，并且内部包括PN结。在LED元件的阳极电极和阴极电极之间施加正向电压时，LED元件导通，电子从N区注入P区，空穴从P区进入N区，从而利用少数载流子与多数载流子的复合发光。可以采用粘接剂将LED元件220至240固定在引线框的承载区上。

封装料250允许LED元件220至240产生的光线透出，封装料250的材料例如为环氧树脂。

根据内部结构的特点，LED元件220至240的阳极电极和阴极电极可以形成在LED元件的同一个表面或相反的表面上。例如，在图2中示出LED元件220为垂直结构的红色LED元件，阳极电极(未示出)和阴极电极(未示出)分别形成在相对的表面上。在该现有技术中，LED元件220的阳极电极设置于LED元件220的上表面。LED元件230和240分别为平面结构的蓝色LED元件和绿色LED元件。例如，LED元件230的阳极电极231和阴极电极232分别设置于LED元件230的上表面且彼此隔开。

采用导电胶(例如银胶)将LED元件220固定在引脚211上，同时实现LED元件220的阴极电极与引脚211之间的电连接。采用键合引线，将LED元件230和240的阴极电极分别电连接至引脚211，实现共阴极电连接。进一步地，采用键合引线，将LED元件220至240的阳极电极分别电连接至引脚212至213。该实施例描述了LED封装组件200中的每个像素单元的LED元件220至240的阴极电极连接至公共的一个引脚211，形成共阴极结构。在替代的实施例中，LED封装组件200中的每个像素单元的LED元件220至240的阳极电极可以电连接至公共的一个引脚211，各自的阴极电极分别电连接至引脚212和213，形成共阳极结构。

LED封装组件200包括9×6个像素单元形成的像素阵列，采用多个布线261至264用于实现不同像素单元在LED封装组件200内部的互连。如图3a所示，布线261位于PCB基板201上与像素单元相同的第一表面上，用于将像素阵列中的同一列像素单元的引脚211彼此连接在一起，进一步经由过孔261V连接至PCB基板201的第二表面上的焊盘261P。在该实施例中，布线261、过孔261V和焊盘261P的数量均为9个，与像素阵列中的列数相对应。

该LED封装组件200中的每一个像素单元的引脚220和240分别经由相应的过孔262V至263V连接至PCB基板201的第二表面上的布线262至264，其中，布线262用于将像素阵列中的同一行像素单元的引脚212彼此连接在一起，进一步连接至焊盘262P，布线263用于将像素阵列中的同一行像素单元的引脚213彼此连接在一起，进一步连接至焊盘263P，布线264用于将像素阵列中的同一行像素单元的引脚214彼此连接在一起，进一步连接至焊盘264P。在该实施例中，布线262、过孔262V和焊盘262P的数量均为6个，布线263、过孔263V和焊盘263P的数量均为6个，布线264、过孔264V和焊盘264P的数量均为6个，分别与像素阵列中的列数相对应。

焊盘261P至264P用于与外部电路电连接。例如，可以将LED封装组件的焊盘261P至264P采用焊料固定在印刷电路板上，并且进一步经由印刷电路板连接至显示驱动电路。

所述显示驱动电路在工作中向LED封装组件200的LED元件220至240提供驱动信号，通过控制各个LED元件的亮度，从而产生期望颜色的发光及期望的亮度。将LED封装组件作为像素单元组成LED显示屏之后，该LED显示屏即可以在驱动电路的控制下显示图像内容。

在上述的LED封装组件中，LED元件220至240安装在引线框上，然后覆盖封装料。每个LED封装组件包括多个像素单元，并且采用四组布线实现内部的互连，然后，该四组布线连接至相应的焊盘。在形成LED模组时，将多个LED封装组件焊接在印刷电路板(PCB)上。例如，为了形成和包括9×6个像素单元的LED模组，焊盘261P至264P的总数为9+6×3＝27个。该LED封装组件200提高了像素单元的集成度，并且减小了焊盘的总数。在形成LED模组时，可以减少LED封装组件的放置和焊接工作，从而高生产效率和降低产品成本。由于在该LED封装组件仅仅需要在9×6个像素单元的面积内形成27个焊盘，因此可以采用较大尺寸的焊盘，降低焊盘的焊接困难，从而提高LED模组的可靠性。

图4a和4b分别示出根据本实用新型实施例的LED封装组件的不同观察角度的透视图。LED模组300包括PCB基板301、安装在PCB基板301的第一表面上的如图2所示的多个LED封装组件200、安装在PCB基板301的第二表面上的显示驱动电路310和供电电路320。作为示例，在图中示出LED模组300包括10×10个LED封装组件200排列而成的阵列。所述PCB基板301为第一绝缘基板。

正如可以理解的那样，多个LED封装组件200可以焊接在PCB基板301上，在PCB基板301(即第一绝缘基板)上形成布线(第一布线，未示出)，用于将LED封装组件电连接至显示驱动电路310和供电电路320。

在图4所示的实施例中，LED封装组件200位于PCB基板301的第一表面，显示驱动电路310和供电电路320位于PCB基板301的第二表面上。该实施例可以省去控制芯片占据的表面区域，从而有利于多个LED组件拼接成完整的LED显示屏。

在替代的实施例中，LED封装组件200、显示驱动电路310和供电电路320均位于PCB基板301的第一表面上。显示驱动电路310和供电电路320位于LED模组300的外围区域中。

显示驱动电路310在工作中向LED封装组件200的LED元件220至240提供驱动信号，通过控制各个LED元件的亮度，从而产生期望颜色的发光及期望的亮度。将LED封装组件作为像素单元组成LED显示屏之后，该LED显示屏即可以在驱动电路的控制下显示图像内容。

图5示出根据本实用新型实施例的LED模组的制造方法的流程图。

在步骤S01中，采用PCB制作工艺完成引线框的制造。例如首先通过在PCB基板的多个引脚定位处打通由PCB基板的第一表面至第二表面的多个过孔，并使用掩模在PCB基板的第一表面限定出引脚和第一组布线的形状，在PCB基板的第二表面限定出第二组布线至第四组布线、以及第一组焊盘至第四组焊盘的形状。所述多个引脚分别通过第一组布线至第四组布线以及所述多个过孔与对应的PCB基板的第二表面的焊盘实现电连接，从而形成引线框的主体结构。

在步骤S02中，优选地，进行引线框表面处理。该步骤例如包括表面清洗及形成金属镀层。在引线框的引脚的表面形成由选自金、银等贵金属的材料组成的导电镀层。该导电镀层可以改善导电性，以及提高焊料的浸润性。

在步骤S03中，采用粘接剂，将红绿蓝三色的多个LED元件固定在引线框的引脚上。对于红色LED元件，由于该LED元件具有垂直结构，其阳极电极和阴极电极分别位于LED元件的相对表面上，因此可以采用导电胶(例如银胶)将红色LED元件粘接在引线框的引脚上并且实现二者的电连接。

在步骤S04中，采用键合引线，将LED元件的电极连接至多个引脚。该步骤例如包括在引线框的引脚的互连区上放置焊料，通过加热使得焊料回流，以及将键合引线焊接在引脚的互连区上。

在步骤S05中，将已经固定LED元件的引线框放置在模具中，注入树脂等封装料进行模压成型。该封装料可以为透光材料，允许LED元件产生的光透出。封装料也可以形成有光出射口，例如在树脂封装料中形成的锥台状的光出射口，并且三个LED元件各自的出光侧暴露于光出射口的底部。

在步骤S06中，将上述步骤形成的组件，通过切割的方式分离成为分别包括多个像素单元并且利用第一组布线至第四组布线实现内部互连的LED封装组件。在每个LED封装组件中，多个像素单元排列成像素阵列。每个像素单元包括三个LED元件。所述LED封装组件中的多个像素单元经由第一组布线至第四组布线实现内部的互连，从而减少LED封装组件的焊盘的数量。

在步骤S07中，将多个LED封装组件固定在PCB基板上。该PCB基板包括多个焊盘及多条布线。例如，采用焊料，将所述多个LED封装组件的焊盘与所述PCB基板的焊盘固定在一起，并且实现二者的电连接。

在步骤S08中，将控制芯片固定在PCB板上。该控制芯片例如包括显示驱动电路310和供电电路320。可以采用焊料将控制芯片的焊盘与所述PCB基板的焊盘固定在一起，并且实现二者的电连接。在该PCB板上的布线用于提供所述控制芯片与所述LED封装组件之间的电连接。该步骤形成包括多个像素单元及其附加电路的LED模组。

在步骤S09中，对LED模组进行测试，以判断LED模组中的多个像素单元是否可以正常点亮。经过测试的LED模组作为合格产品提供给客户。

在上述的实施例中，描述了采用PCB制作工艺直接形成引线框的主体结构的方法。在替代的实施例中，采用冲压的机械加工方法，利用模具形状限定引脚的形状，并且还可以包括附加的支撑框以临时支撑引脚，完成封装后，采用冲压机切断引线框与支撑框之间的连接，使得LED封装组件形成独立的元件，从而形成引线框的主体结构。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。