白光LED面光源模块的封装方法

1、一种白光LED面光源模块的封装方法，其特征在于它由以下工艺步骤组 成:
(1)制作线路板，选择符合要求的芯片，按照芯片均布分散的原则，将多 颗粒小功率LED芯片分布在线路板上，线路板表面焊盘外上白色阻焊；
(2)固晶，采用白色或透明胶作为固晶胶，在芯片背面均匀涂胶，在固晶 台上将芯片粘结在线路板上焊盘对应位置，然后将其放入烤箱内150℃烘烤1小 时，固晶胶凝固，芯片被牢固地固定在线路板上；
(3)键合引线，在键合台上将芯片电极和线路板对应电极键合上引线，完 成电路连接；
(4)封装基本胶层，将检测合格的线路板固定在边框上，边框和线路板形 成一个腔体，在腔体内灌注透明胶，静置3-5小时，待其固化，然后在透明胶 层上铺设荧光粉胶层。
2、根据权利要求1所述的LED面光源模块的封装方法，其特征在于:所述 线路板采用覆铜板，焊盘表面镀金。
3、根据权利要求1所述的LED面光源模块的封装方法，其特征在于:步骤 (4)中所述边框和线路板形成一个深6-20mm的腔体，在腔体内灌注透明胶， 透明胶层的厚度不小于4mm，所述荧光粉胶层的厚度不大于2mm。
4、根据权利要求1所述的白光LED面光源模块的封装方法，其特征在于: 所述荧光粉胶为环氧树脂与荧光粉按重量百分比100:1-100:5比例调配而成。
5、根据权利要求1所述的白光LED面光源模块的封装方法，其特征在于: 所述荧光粉胶为有机硅胶与荧光粉按重量百分比100:1-100:5比例调配而成， 然后在荧光粉胶层上铺设一层环氧树脂或透明玻璃或透明亚克力。

技术领域\n本发明涉及一种LED的封装方法，尤其是一种白光LED面光源模块的封装 方法。\n背景技术\nLED光源在白光照明领域的应用潜力是非常巨大的。白光LED通常的制作方 法是将蓝光LED芯片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有可产生黄光的YAG:Ce荧 光粉的树脂薄层，约200-500nm。LED芯片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另 一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，从而得到白光。\n目前，小功率白光LED的封装以Φ3、Φ5、Φ10或草帽型、食人鱼为主。 大功率白光LED的封装则以将1W、3W等大功率芯片单颗粒或多颗粒封装在陶瓷 管壳或铝基板管壳上为主。这种封装结构简单，非常适合在指示灯，手电筒、 射灯、探照灯等有出射光指向性要求的应用领域。但是，在白光大功率应用的 领域，如用于白光的工作照明、场地照明和投光照明等环境照明领域，目前的 大功率白光LED产品还存在着光效不够高、散热问题、炫光问题、价格问题等 许多难以商品化的困难。\n目前大功率白光LED产品的制作方法按芯片组成可分为两类：\n一种是以小功率芯片封装的白光LED颗粒(如Φ3、Φ5、Φ10或草帽型等)， 多颗粒组合在一起，实现功率的累加，小的用几十颗组成几瓦的光源，多的用 几百颗组成几十瓦的光源产品。但由于光源由几十个甚至上百个光强很高的亮 点组成，发射光在微观上有强光斑(眩光点)，如果照射在漫反射性能不太好的 物体表面，就会感觉到有许多亮点甚至是刺眼点，造成物体观察不清晰，此一 现象在使用点颗粒LED组成的光源应用于显微镜照明时观察显微镜视场范围内 的物体时尤为明显。另外多颗粒封装好的LED灯组合在一起，表面形状复杂， 容易吸附灰尘，不易清理且影响美观。第三、多颗粒封装好的LED灯组合在一 起，需要挑选特性一致的LED单灯，增加了生产过程中的工艺难度。四、发光 效率低。铝支架的反光杯对白光的综合反光效率低，光损失比较大。\n另一种方法是用单颗或多颗大功率的LED如1W、3W芯片封装在低热阻管壳 上，再加装大面积的散热片，以便将大功率芯片放出的热量释放出去，降低LED 芯片的结温，保证LED芯片正常工作。这种封装方法与上一种光源的缺点1相 同，甚至具有更严重的眩光，作为近距离使用的光源时必须要采取二次光学措 施。热源集中于非常小的面积，发热功率又比较大，因此需要设计非常好的热 通路和比较大的散热表面积。还有就是同样存在光效率低的问题。\n针对眩光的问题，通常采用以下两种方法来解决：\n一是在光源上加盖一层混光片(如毛玻璃、各向异性的亚克力板、改变光 发射角度的透明板等)使眩光点强度减小和使出射光线更加发散，这种方法带 来的弊端是减少了出射光的总光通量。而且结构变得复杂，体积变得复杂，成 本有不同程度的增加。\n二是使光源照射在反光杯上再由反光杯将光线发射出来，在反光杯表面形 成漫反射，使出射光线更加发散，这种方法也有减少了出射光的总光通量的弊 端，而且因为考虑了二次反射，结构设计上也会比较复杂。\n总之，在白光大功率应用的领域，目前的LED光源产品还存在散热成本高、 散热结构复杂、发光效率低、眩光问题严重、改变眩光的结构复杂而且影响发 光效率等问题。\n发明内容\n本发明需要解决的技术问题是提供一种大功率白光LED面光源模块的封装 方法，其制作简单，低成本地解决了上述大功率白光LED光源产品存在的散热 问题，克服了眩光，提高了发光效率。\n本发明采用的技术方案为：一种白光LED面光源模块的封装方法，它由以 下工艺步骤组成：\n(1)制作线路板，按照功率计算许可的发光面积，按照色温要求选择配套 的芯片发射峰波长、光强和荧光粉激发波长范围，按照功率要求计算所需 LED芯片数量，然后根据要求的输入电压来设计串、并联线路结构，再按照芯片 均布分散的原则，制作符合要求的串、并联结构的线路板，线路板表面焊盘外 上白色阻焊；\n(2)固晶，采用白色或透明胶作为固晶胶，在芯片背面均匀涂胶，在固晶 台上将芯片粘结在线路板上焊盘对应位置，然后将其放入烤箱内150℃烘烤1小 时，固晶胶凝固，芯片被牢固地固定在线路板上；\n(3)键合引线，在键合台上将芯片电极和线路板对应电极键合上引线，完 成电路连接；\n(4)封装基本胶层，将检测合格的线路板固定在边框上，边框和线路板形 成一个腔体，在腔体内灌注透明胶，静置3-5小时，待其固化，然后在透明胶 层上铺设荧光粉胶层。\n本发明中所述的线路板采用覆铜板，焊盘表面镀金。采用铝基板可以降低 系统工作温度，但成本会有所提高。焊盘表面镀镍或裸铜、铝也可，优先选择 不易生锈、易于键合、反光率高的材质。边框采用白色PVC或其它材质，优先 选择符合下述条件的材质：有足够的强度、阻燃、耐温-60℃～100℃、抗老化、 导热性能好、易于加工和连接。内侧面颜色优先选用白色。内侧面参与光源模 块内各种波段光线的多次反射，其反光性能能够影响混光效果和整个光源模块 的发射光光通量。白色固晶胶选用白色高温油墨，透明固晶胶选用透明环氧树 脂，当然也可选用其他白色或透明的耐高温有粘结力的胶作为固晶胶；封装基 本胶层中的透明胶可选用有机硅胶或环氧树脂；荧光粉胶为环氧树脂与荧光粉 按重量百分比100：1-100：5比例调配而成。荧光粉胶还可以是有机硅胶与荧 光粉按重量百分比100：1-100：5比例调配而成，然后在荧光粉胶层上再铺设 一层环氧树脂或透明玻璃或透明亚克力。\n与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：\n1、本发明采用多颗粒小功率LED芯片分散分布在线路板上，并整体封装在 一起形成大功率LED光源，使热源分散分布，降低了单位面积上的发热量，使 散热需求标准降低。小功率芯片发热量低，能快速通过线路板覆铜层将热量传 播到整个线路板表面，通过比芯片面积大几百倍的线路板表面来实现散热，可 以有效地降低系统的工作温度。一般温度可以控制在50℃以下。本发明的光源 模块直接将LED封装在线路板上，线路板作为散热通路，避免了增加额外的散 热成本。与LED单灯组合的大功率光源相比较，将LED芯片在支架上的键合和 在线路板上的串并联连接合并成了一个工序，减少了生产工艺，降低了生产成 本。与大功率芯片LED光源比较，还因为芯片价格成本低并且省掉了封装用的 管壳，而带来更显著的成本降低。\n2、本发明采用白色胶体作为固晶胶，使用透明衬底LED芯片(如目前的蓝 宝石衬底芯片)，芯片背面发出的光通过白色固晶胶高效率地发射出来，而传统 LED固晶采用导电胶(灰色)，将芯片的背面出射光几乎全部吸收，实验证明用 本发明的方法固晶可以提高背面出射光70％以上的利用率。另外，在线路板表 面焊盘外上白色阻焊，并且使光源块边框的内侧面为白色，对于系统内光反射 时的吸收损失都会有所降低。当将芯片固定在线路板的白色阻焊上时，固晶胶 也可以采用透明胶体，利用白色阻焊将芯片的背面出射光发射出来。\n3、本发明基本胶层的封装使荧光粉层和芯片之间保持较大的距离，中间填 充透明胶，透明胶层的厚度一般在4mm以上，使芯片发出的光在到达荧光粉胶 层前可以分散在比芯片表面积大上百倍的面积上。荧光粉均匀分散在比芯片面 积大几百倍的光源表面上，荧光粉胶配比一般为100：1～100：5(透明胶与荧 光粉的重量百分比)，比传统白光LED荧光粉胶的浓度低几十倍。荧光粉胶层的 厚度一般控制在2mm以下。而传统LED封装荧光粉胶层表面积不过是芯片表面 积的十几倍到几十倍。因此使得微观上的光源点均匀地分布在较大的面积上， 降低了单位面积上的发光强度。传统LED光源单位面积光通量一般在1001m/cm2 以上，而本发明光源单位面积光通量一般小于51m/cm2，因此能够克服眩光。\n附图说明\n图1为本发明的结构示意图；\n图2为本发明未封装基本胶层的结构示意图；\n图3为本发明中线路板结构示意图；\n图4为本发明中芯片固定结构示意图。\n具体实施方式\n下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。\n首先选择芯片和荧光粉并设计制作线路板。本实施例采用460-465nm波段 蓝光芯片，芯片法线光强为160-180mcd，电压范围为3.0-3.5V，芯片尺寸为14 ×14mil，采用可以被460-465nm光线激发的荧光粉，比如台湾弘大的 TMT-00432-6065荧光粉。本实施例按照功率1W，电压12V的要求设计生产线路 板。如图3所示采用四组串联、每组8粒芯片并联的电路结构，图中8为线路 板覆铜层，9为线路板基材，10为焊盘。本实施例中线路板采用半玻纤覆铜板， 焊盘10镀金，焊盘外上白色阻焊。\n然后如图4所示，用白色高温油墨作为固晶胶7把LED芯片固定在线路板 覆铜层8上，键合上引线4，完成电路连接。\n如图1、图2所示，将上述线路板固定在边框1上，边框1采用白色PVC阻 燃工程材料，在边框1和线路板2形成的腔体内灌注厚度为4.5mm的有机硅胶5， 有机硅胶5上铺设荧光粉胶6，荧光粉胶层的厚度为1.5mm。荧光粉胶为环氧树 脂与荧光粉按重量百分比100：4的比例调配而成。当然，荧光粉胶也可采用有 机硅胶与荧光粉调配而成，然后在其上面再铺设一层环氧树脂或贴透明玻璃、 透明亚克力等材料。\n加电工作时，芯片3发出蓝光，大部分蓝光通过透明胶层直接发射到荧光 粉胶层，另一部分蓝光经线路板或边框反射后到达荧光粉胶层。少部分蓝光在 荧光粉胶层反射或直接穿过发射出来，大部分蓝光被荧光粉吸收并激发出绿光、 黄光或红光。激发出的光线又分成部分直接出射到光源块外，部分射向光源块 内部经过反射和折射又出射到光源块外。所以这种光源块发出的光线是指向以 荧光粉层为中心的任何方向的。\n本实施例光源块的输入功率为1W，发光面积达21cm2，如以发光效率701m/W 计算，单位面积光通量大约3.31m/cm2，故而光线柔和无眩光。光源块的输入功 率为1W，而散热面积达25cm2，实际使用中测量结果是当环境温度为25℃时， 光源块表面温度可以稳定在40℃以下。