专利名称：一种采用cob封装的发光器件的制作方法
技术领域：
本实用新型属于发光器件的制造领域，涉及一种发光二极管器件，尤其涉及一种采用COB芯片封装技术的发光二极管器件。
背景技术：
发光二极管(LED)是一种具有节能和环保特性的照明光源，集高光效、低能耗、低维护成本等优良性能于一身。理论上预计，LED照明灯的发光效率可以达到甚至超过自炽灯的10倍、日光灯的2倍。目前LED已广泛应用于手机背光、IXD显示屏背光、建筑景观、 指示、特殊照明等，并日益向普通照明、汽车照明等领域拓展。随着LED照明产品功率与发光效率的提高，结构和材料的选择对LED的性能及使用寿命将有决定性影响。LED的其中一种结构是以倒装焊方式将LED芯片倒装焊接在衬底上，其优点在于其可靠性及散热能力较传统的正装芯片结构更佳。然而，受制于传统封装技术的局限，大功率倒装焊LED的优势还不能够很好的体现出来。请参阅图1，其为现有的一种基于金属线路板的功率型LED器件。该LED器件包括一 LED芯片10、一衬底20和一金属线路板30。该金属线路板30包括基板31、覆盖在基板 31上表面的绝缘层32、以及覆盖在该绝缘层32表面的金属层33，该金属层33上设置有导电线路。该LED芯片10倒装在该衬底20上，该衬底20设置在该金属线路板30上，该衬底 20通过金属线40与金属层33电连接。采用环氧树脂50将LED芯片10、衬底20及金属线 40包于其内完成整个封装结构。但是对于这种封装结构封装时灌环氧树脂50作为封胶时的热应力容易使金属线40变形，甚至折断，从而使降低产品的良品率和可靠性。同时，为了实现多芯片集成，通过金属线互连同样使生产良品率、可靠性都会降低，且金属线的使用还增加了封装成本，并使工序繁琐。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种工艺简单、良率及可靠性高的发光器件。本实用新型是通过以下技术方案实现的一种采用COB封装的发光器件，其包括至少一 LED芯片、至少一衬底和一电路板。该LED芯片具有一 N极和一 P极，在该N极和P 极的表面覆盖一电极层。每一个衬底的上表面设置了二衬底焊垫，用以分别与该LED芯片的N极和P极电连接。该电路板包括一基板、一导电层和一绝缘层，该基板具有至少一空腔， 该导电层覆盖在该基板的上表面并部分延伸至空腔上方，该绝缘层覆盖在该导电层的上表面。该LED芯片倒装在该衬底上，该LED芯片的N极和P极表面的电极层分别与该衬底的二衬底焊垫连接；该衬底设置在该电路板的空腔内，且该衬底的二衬底焊垫分别通过一金属焊球与该电路板在空腔内的导电层连接。进一步，还包括一热沉，该热沉设置在该基板的下表面，且该衬底的下表面通过导热胶固定在该热沉上。[0007]进一步，还包括一反光杯，该反光杯的收容空间的内壁表面设置有反光层，该反射杯设置在该电路板的绝缘层的上表面，该LED芯片位于该反射杯的收容空间内。进一步，包括一封装透镜，其设置在该反射杯的上方将该LED芯片密封在反射杯的收容空间内。进一步，该LED芯片还包括凸点焊球，其覆盖在N极和P极的电极层的表面，该LED 芯片的N极和P极分别通过电极层和凸点焊球与衬底的衬底焊垫连接。进一步，该电路板还包括一金属焊垫，该金属焊垫设置在该金属焊球与该电路板在空腔内的导电层之间。相对于现有技术，本实用新型的发光器件中的LED芯片的P、N电极以倒装焊接的方式分别与衬底焊垫相连，该衬底设置在电路板的空腔内，同时衬底焊垫通过金属焊球焊接到电路板的导电层上，电路板上导电层与外接电极相连，不需要打金线，从而节约了支架以及金线所需要的材料，降低成本，同时也可以避免金线在封装时受热应力影响而变形，甚至折断，从而降低产品的良品率和可靠性。为了能更清晰的理解本实用新型，以下将结合附图说明阐述本实用新型的具体实施方式
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图1是现有的一种基于金属线路板的功率型LED器件。图2是本实用新型实施例1的采用COB封装的发光器件剖面结构示意图。图3是本实用新型实施例2的采用COB封装的发光器件剖面结构示意图。图4是本实用新型实施例3的采用COB封装的发光器件剖面结构示意图。
具体实施方式
实施例1 请参阅图2，其是本实用新型实施例1的采用COB封装的发光器件剖面结构示意图。该发光器件包括一 LED芯片100、一衬底200、一电路板300、一反射杯400和一封装透镜500和一热沉600。该LED芯片100具有一 N极和一 P极。一电极层102分别覆盖在该N极和P极的表面。凸点焊球104分别设置在该电极层102的表面。该衬底200的表面设置了二衬底焊垫202，用以分别与该LED芯片100的N极和P 极电连接。该电路板300包括一基板304、一导电层306和一绝缘层308。该基板304设置在该热沉600的上表面，且该基板304具有一空腔310，用以放置该衬底200，该空腔310内热沉600外露。该导电层306覆盖在该基板304的上表面并部分延伸至空腔301上方。该绝缘层308覆盖在该导电层306的上表面。位于该空腔301上方的导电层306的下表面设置有一金属焊垫302。该反射杯400具有一收容空间410，该收容空间410的内壁表面设置有一高反射率的反光层401。该衬底200设置在该电路板300的空腔310内，且通过一导热胶206固定设置在外露的热沉600的表面；该衬底200的衬底焊垫202通过金属焊球208与该电路板300的金属焊垫302连接。该LED芯片100倒装设置在该衬底200上，且该LED芯片100的凸点焊球104与该衬底200的衬底焊垫202连接，从而该LED芯片100的P极和N极分别通过其对应的凸点焊球104、衬底焊垫202、金属焊球208及金属焊垫302与该电路板300的导电层306电连接。该反射杯400设置在该电路板300的绝缘层308的上表面，该LED芯片 100位于该反射杯400的收容空间410内。该封装透镜500设置在该反射杯400的上方将该LED芯片100密封在该收容空间410内。该反射杯400的反光层401的具体材料是银，或铝、镍高反射性金属、合金或者聚乙烯双苯二甲酸盐(PET)等高分子反光材料。该电路板300的导电层306的具体材料是铜、或铝、镍等金属或有机聚合物等导电材料。该电路板300的金属层309的材料为锡、或金、银、镍等金属。该电路板300的基板304为铝基板。该LED芯片100上的电极层102以及凸点焊球104的材料是铅、锡、金、银、镍或铜等单一金属材料、或由上述单一金属材料组成的多层材料或合金。该电路板300形状可以是矩形、圆形、多边形等图形。以下详细说明本实用新型实施例1的发光器件的具体制造方法步骤Sl 制造LED芯片100。具体地，在蓝宝石衬底上生长有多层氮化镓的外延圆片，经过光刻、刻蚀、金属层沉积和钝化层保护等系列工艺步骤，在LED芯片上形成P极和N 极，然后在P极和N极的表面依序形成电极层102和凸点焊球104。该圆片经研磨抛光后切割成单粒的该LED芯片100。步骤S2 制造衬底200。具体地，通过光刻、淀积、镀膜等半导体制造工艺在该衬底 200上形成衬底焊垫202。步骤S3 将LED芯片100倒装焊接在衬底200上。通过自动化的倒装焊设备将一个个的LED芯片100倒装焊接在衬底200的表面上，倒装焊过程实际是LED芯片100的凸点焊球104同衬底焊垫202的键合过程，可以采用回流焊、波峰焊、热压焊接、超声波压焊法、 热超声焊接的方式或是用加热后加超声波的邦定工艺。步骤S4 在基板304的上表面依序形成一导电层306和一绝缘层308。然后在该基板304的下表面通过过孔技术形成一空腔310，该空腔310的深度控制在刚好露出导电层 306。步骤S5 在该空腔310内外露的导电层306的表面形成金属焊垫302。具体为通过表面沉金工艺实现，沉金的材料具体为金、银、镍等金属。步骤S6 将倒装有LED芯片100的衬底200通过金属焊球208焊接在空腔310内电路板300的导电层306的下表面，具体方法可以使用，回流焊、波峰焊、热压焊接、超声波压焊法、热超声焊接的方式或是用加热后加超声波的邦定工艺。步骤S7 将电路板300安放于热沉上，其方法具体可通过螺栓连接、导热胶连接或者其他粘合材料连接；同时该衬底200通过一导热胶206与固定在该热沉上。步骤S8 将反射杯400安放于电路板300的绝缘层上表面，并使LED芯片100位于其收容空间410的中心位置。[0039]步骤S9 在该反射杯400上方通过点胶方式形成封装透镜500。相对于现有技术，本实用新型的发光器件中的LED芯片的P、N电极以倒装焊接的方式分别与衬底焊垫相连，该衬底设置在电路板的空腔内，同时衬底焊垫通过金属焊球焊接到电路板的导电层上，电路板上导电层与外接电极相连，不需要打金线，从而节约了支架以及金线所需要的材料，降低成本，同时也可以避免金线在封装时受热应力影响而变形，甚至折断，从而降低产品的良品率和可靠性。此外，LED芯片通过衬底及导热胶直接与热沉连接，该发光器件产生的热量能够通过LED的衬底直接传导到热沉上散热，缩短了散热通道， 散热能力强，延长器件寿命，保证器件的高可靠性。反射杯安放于电路板上表面，且使LED 芯片位于收容空间中心位置，反射杯的内表面光亮，具有很好的光学反射作用，能够提高 LED器件的出射光强。电路板与其他电子元件相连的方式更加灵活。实施例2 请参阅图3，其是本实用新型实施例2的采用COB封装的发光器件剖面结构示意图。该实施例2与实施例1大致相同，其区别仅在于在该电路板300的空腔310内设置了多个倒装在衬底200的LED芯片100。该多个LED芯片100通过该电路板300的导电层 306的布线设计来实现串联、并联或混联。实施例3 请参阅图4，其是本实用新型实施例3的采用COB封装的发光器件剖面结构示意图。该实施例3与实施例1大致相同，其区别仅在于在该电路板300上设置了多个空腔 310，每个空腔310内设置了一个倒装在衬底200的LED芯片100。该多个空腔310内的LED 芯片100通过该电路板300的导电层306的布线设计来实现串联、并联或混联。上述实施例2和实施例3实现了多个LED芯片集成在一块电路板上的封装结构， 其制造工艺与实施例1的发光器件相同，具有较高产率。本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。
权利要求1.一种采用COB封装的发光器件，其特征在于包括——至少一 LED芯片，该LED芯片具有一 N极和一 P极，在该N极和P极的表面覆盖一电极层；——至少一衬底，每一个衬底的上表面设置了二衬底焊垫，用以分别与该LED芯片的N 极和P极电连接；——电路板，其包括一基板、一导电层和一绝缘层，该基板具有至少一空腔，该导电层覆盖在该基板的上表面并部分延伸至空腔上方，该绝缘层覆盖在该导电层的上表面；该 LED芯片倒装在该衬底上，该LED芯片的N极和P极表面的电极层分别与该衬底的二衬底焊垫连接；该衬底设置在该电路板的空腔内，且该衬底的二衬底焊垫分别通过一金属焊球与该电路板在空腔内的导电层连接。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于还包括一热沉，该热沉设置在该基板的下表面，且该衬底的下表面通过导热胶固定在该热沉上。
3.根据权利要求2所述的发光器件，其特征在于还包括一反光杯，该反光杯的收容空间的内壁表面设置有反光层，该反射杯设置在该电路板的绝缘层的上表面，该LED芯片位于该反射杯的收容空间内。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其特征在于进一步包括一封装透镜，其设置在该反射杯的上方将该LED芯片密封在反射杯的收容空间内。
5.根据权利要求2所述的发光器件，其特征在于该LED芯片还包括凸点焊球，其覆盖在N极和P极的电极层的表面，该LED芯片的N极和P极分别通过电极层和凸点焊球与衬底的衬底焊垫连接。
6.根据权利要求2所述的发光器件，其特征在于该电路板还包括一金属焊垫，该金属焊垫设置在该金属焊球与该电路板在空腔内的导电层之间。
专利摘要一种采用COB封装的发光器件，其包括至少一LED芯片、至少一衬底和一电路板。该LED芯片具有一N极和一P极，在该N极和P极的表面覆盖一电极层。每一个衬底的上表面设置了二衬底焊垫，用以分别与该LED芯片的N极和P极电连接。该电路板包括一基板、一导电层和一绝缘层，该基板具有至少一空腔，该导电层覆盖在该基板的上表面并部分延伸至空腔上方，该绝缘层覆盖在该导电层的上表面。该LED芯片倒装在该衬底上，该LED芯片的N极和P极表面的电极层分别与该衬底的二衬底焊垫连接；该衬底设置在该电路板的空腔内，且该衬底的二衬底焊垫分别通过一金属焊球与该电路板在空腔内的导电层连接。本实用新型的发光器件成本低，良品率及可靠性高。
文档编号H01L33/62GK202058786SQ201120086829
公开日2011年11月30日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者周玉刚, 曹健兴, 曾照明, 王瑞珍, 肖国伟, 赖燃兴 申请人:晶科电子(广州)有限公司