一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源.pdf

本发明提供了一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，包括MCPCB基板、LED芯片阵列和荧光粉硅胶层，所述LED芯片阵列倒置，即LED芯片结构从上至下依次为蓝宝石衬底、N-GaN层、MQWs层、P-GaN层、金属反射层；N电极与P电极分别焊接在所述MCPCB基板上。采用倒装GaN LED芯片制作的LED集成光源，能够获取比水平结构GaN LED芯片和垂直结构GaN LED芯片制作的LED集成光源更高的光效和可靠性。

权利要求书1.  一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，包括MCPCB基板、LED芯片阵列和荧光粉硅胶层，其特征在于：所述LED芯片阵列倒置，即LED芯片结构从上至下依次为蓝宝石衬底、N-GaN层、MQWs层、P-GaN层、金属反射层；N电极与P电极分别焊接在所述MCPCB基板上。2.  如权利要求1所述的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，其特征在于：所述MCPCB基板由下向上依次包括金属基层、导热绝缘层、电路层、阻焊层。3.  如权利要求1或2所述的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，其特征在于：所述MCPCB基板与所述荧光粉硅胶层之间设有高反射涂层。4.  如权利要求3所述的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，其特征在于：所述高反射涂层的材料为对450nm到700nm光波长反射率达95%以上的材料；所述高反射涂层材质是硅胶类，环氧树脂类。5.  如权利要求4所述的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，其特征在于：所述涂层厚度从1微米到500微米。6.  如权利要求5所述的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，其特征在于：所述高反射涂层通过用印刷的方式，如喷涂印刷，钢网印刷，丝网印刷等方法制备。7.  如权利要求6所述的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，其特征在于：所述金属基层为铝板或铜板；所述导热绝缘层为热阻小、粘弹性能优良、 具有抗热老化的能力特种材料；所述电路层为铜箔；所述阻焊层为白色油墨；所述LED芯片阵列为GaN芯片阵列。8.  如权利要求7所述的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，其特征在于：所述LED芯片阵列由多颗芯片串联、并联组成；芯片串并线路连接通过MCPCB线路层。9.  如权利要求8所述的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，其特征在于：所述芯片固晶通过焊锡来完成；焊锡固晶的实现，是通过针筒点胶法，或沾胶法，或钢网印刷法把锡膏印到MCPCB的焊脚上，通过高温回流焊方式完成固晶。

说明书一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源
技术领域
本发明涉及一种LED集成光源技术，尤其涉及一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源。
背景技术
采用MCPCB基板的LED集成光源，目前一般分为水平结构LED和垂直结构。反射层分为阻焊层作为反射层或镀银作为反射层两种方式。
如图1所示，阻焊层作为反射层的MCPCB基板LED集成光源，为水平结构LED集成光源结构，由荧光粉硅胶层5、阻焊层1（白油层）、电路层2（铜箔层）、导热绝缘层3和金属基层4（铝基板）、LED芯片阵列6、镀金或镀银焊盘17、组成。阻焊层1一般为白色油墨，主要功能是保护电路层不暴露在空气中，防止电路层的线路之间的爬电，短路；同时，在半导体元器件（电阻，电容，集成芯片等）回流焊贴片过程中，用于限制当焊锡熔化呈液态状时的流动范围，使之局限在MCPCB设定的连接半导体器件的管脚焊盘上。但是，阻焊白油的反射率很低，一般的对应于450nm到700nm波长之间反射率在83%-90%。所以，用阻焊层1作为反射层的LED集成光源的光效低，光效在85流明/瓦(3000K,RA80)左右。
水平结构GaN LED芯片的缺点：
1）有电极金属遮挡，出光效率降低。
2）电流分布不均匀导致电压升高，光效降低。
3）在过载使用时，L-I非线性下降过大，光效下降。
4）抗静电能力低，可靠性降低。
5）水平结构GaN LED的芯片出光面直接和硅胶接触，由于芯片GaN的折射率为2.4，硅胶的折射率为1.41-1.54，两者差别很大，导致了全反射临界角为36.7-45.1度，光线全反射损失较大。而比较折射率为1.7的蓝宝石硅胶界面，全反射临界角为51.1-70.8度，光线全反射损失较小。
6）荧光粉直接接触芯片的PN结，荧光粉在PN结附近温度高，荧光粉效率低，出光效率低，荧光粉长时间点亮后的衰减快。
7）芯片结点远离封装基板，结温高，热阻上升，出光效率降低，芯片可靠性降低。
8）正负极和MCPCB基板10或芯片的连接，需要两根金线，成本上升。
如图2所示，镀银作为反射层的MCPCB基板LED集成光源，为垂直结构LED集成光源结构，由荧光粉硅胶层5、镀银反射层7、阻焊层1（白油层）、电路层2（铜箔层）、导热绝缘层3和金属基层4（铝基板）、LED芯片阵列6组成。银的反射率很高，对应于450nm到700nm波长之间反射率达到大于95%。但是，银在空气中是非常不稳定的化学元素，很容易被氧化和硫化，产生黑色的氧化银和硫化银。用银作为反射层的LED集成光源起始光效很高，可以达到100流明/瓦(3000K,RA80)。但是，在长时间（几个星期到几个月）的应用点亮中，空气会渗透穿过覆盖在银层表面的荧光粉硅胶层，和银产生硫化和氧化的化学反应，导致银层表面发黑，从而导致银层的对可见光的反射率降低，造成LED集成光源的光通量衰减。现有技术提高了用MCPCB基材的LED集成光源的光效的同时，会缩短MCPCB基材的LED集成光源的寿命。
垂直结构GaN LED芯片的缺点：
1）垂直结构GaN LED的芯片出光面直接和硅胶接触，由于芯片GaN的折射率为2.4，硅胶的折射率为1.41-1.54，两者差别很大，导致了全反射临界角为36.7-45.1度，光线全反射损失较大。而比较折射率为1.7的蓝宝石硅胶界面，全反射临界角为51.1-70.8度，光线全反射损失较小。
2）荧光粉直接接触芯片的PN结，荧光粉在PN结附近温度高，荧光粉效率低，出光效率低，荧光粉长时间点亮后的衰减快。
3）芯片结点远离封装基板，结温高，热阻上升，出光效率降低，芯片可靠性降低。
4）正负极和MCPCB基板10或芯片的连接，需要一根金线，成本上升。
发明内容
本发明解决的技术问题是，提供一种能够获取比水平结构GaN LED芯片和垂直结构GaN LED芯片更高的光效和可靠性的LED集成光源。
为了解决上述问题，本发明提供一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，包括MCPCB基板、LED芯片阵列和荧光粉硅胶层，所述LED芯片阵列倒置，即LED芯片结构从上至下依次为蓝宝石衬底、N-GaN层、MQWs层、P-GaN层、金属反射层；N电极与P电极分别焊接在所述MCPCB基板上。
进一步，所述MCPCB基板由下向上依次包括金属基层、导热绝缘层、电路层、阻焊层。
进一步，所述MCPCB基板与所述荧光粉硅胶层之间设有高反射涂层。
进一步，所述高反射涂层的材料为对450nm到700nm光波长反射率达95%以上的材料；所述高反射涂层材质是硅胶类，环氧树脂类。
进一步，所述涂层厚度从1微米到500微米。
进一步，所述高反射涂层通过用印刷的方式，如喷涂印刷，钢网印刷，丝网印刷等方法制备。
进一步，所述金属基层为铝板或铜板；所述导热绝缘层为热阻小、粘弹性能优良、具有抗热老化的能力特种材料；所述电路层为铜箔；所述阻焊层为白色油墨；所述LED芯片阵列为GaN芯片阵列。
进一步，所述LED芯片阵列由多颗芯片串联、并联组成；芯片串并线路连接通过MCPCB线路层。
进一步，所述芯片固晶通过焊锡来完成；焊锡固晶的实现，是通过针筒 点胶法，或沾胶法，或钢网印刷法把锡膏印到MCPCB的焊脚上，通过高温回流焊方式完成固晶。
本发明的优点是：
采用倒装GaN LED芯片制作的LED集成光源，能够获取比水平结构GaN LED芯片和垂直结构GaN LED芯片制作的LED集成光源更高的光效和可靠性。
比水平结构GaN LED芯片的优势：
1）无电极金属遮挡，出光效率提高。
2）电流分布均匀导致电压降低，光效提高。
3）L-I有更好的线性关系，同等尺寸的芯片，应用功率增加，光效没有明显下降，降低成本。
4）抗静电能力高，可靠性增加。
5）蓝宝石衬底的折射率1.7比GaN的2.4小，蓝宝石/(硅胶+荧光粉)和GaN/(硅胶+荧光粉)的全反射临界角分别为51.1-70.8度和36.7-45.1度，在封装结构中由蓝宝石表面射出的光经由硅胶和荧光粉界面层的全反射临界角更大，光线全反射损失大大降低。出光效率提高。
6）荧光粉直接接触的蓝宝石上表面温度低，荧光粉效率提高，出光效率高，可靠性增加。
7）芯片结点靠近封装基板，结温低，热阻下降，出光效率提高，芯片可靠性增加。
8）正负极和MCPCB基板或芯片的连接无需金线。降低成本。
比垂直结构GaN LED芯片的优势：
1）蓝宝石衬底的折射率1.7比GaN的2.4小，蓝宝石/(硅胶+荧光粉)和GaN/(硅胶+荧光粉)的全反射临界角分别为51.1-70.8度和36.7-45.1度，在封装结构中由蓝宝石表面射出的光经由硅胶和荧光粉界面层的全反射临界角更大，光线全反射损失大大降低。出光效率提高。
2）荧光粉直接接触的蓝宝石上表面温度低，荧光粉效率提高，出光效 率高，可靠性增加。
3）芯片结点靠近封装基板，结温低，热阻下降，出光效率提高，芯片可靠性增加。
4)正负极和MCPCB基板或芯片的连接无需金线。降低成本。
附图说明
图1为水平结构LED集成光源结构示意图。
图2为垂直结构LED集成光源结构示意图。
图3为本发明一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源结构示意图。
图4为本发明一种倒装蓝光芯片结构示意图。
图5为本发明LED集成光源采用MCPCB基材的顶视图。
图6为本发明另一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源结构示意图。
具体实施方式
下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一：
本发明提供了如附图3、4所示的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，包括MCPCB基板10、LED芯片阵列6和荧光粉硅胶层5，LED芯片阵列6倒置，即LED芯片结构从上至下依次为蓝宝石衬底61、N-GaN层62、MQWs层63、P-GaN层64、金属反射层65；N电极66与P电极67分别通过焊接材料68焊接在MCPCB基板10上。
MCPCB基板10由下向上依次包括金属基层4、导热绝缘层3、电路层2、阻焊层1。
金属基层4为铝板或铜板；导热绝缘层3为热阻小、粘弹性能优良、具 有抗热老化的能力特种材料；电路层2为铜箔；阻焊层1为白色油墨；LED芯片阵列6为GaN芯片阵列。正、负极通过焊锡27焊接在电路层2上。
如附图5所示，LED芯片阵列由多颗芯片6串联、并联组成；芯片6串并线路连接通过MCPCB线路层。荧光粉硅胶层5设置在围坝胶30圈定的范围内。
芯片固晶通过焊锡来完成；焊锡固晶的实现，是通过针筒点胶法，或沾胶法，或钢网印刷法把锡膏印到MCPCB的焊脚上，通过高温回流焊方式完成固晶。
倒装蓝宝石衬底的GaN LED采用的技术是将芯片进行倒置，P电极采用覆盖整个Mesa的高反射膜，从而光从蓝宝石衬底出射。（Mesa中文翻译是台面结构）
比水平结构蓝宝石衬底的GaN LED芯片（图1）的优势：
1）无电极金属遮挡，出光效率提高。
2）电流分布均匀导致电压降低，光效提高。
3）L-I有更好的线性关系，同等尺寸的芯片，应用功率增加，光效没有明显下降，降低成本。
4）抗静电能力高，可靠性增加。
5）蓝宝石衬底的折射率1.7比GaN的2.4小，蓝宝石/(硅胶+荧光粉)和GaN/(硅胶+荧光粉)的全反射临界角分别为51.1-70.8度和36.7-45.1度，在封装结构中由蓝宝石表面射出的光经由硅胶和荧光粉界面层的全反射临界角更大，光线全反射损失大大降低。出光效率提高。
6）荧光粉直接接触的蓝宝石上表面温度低，荧光粉效率提高，出光效率高，可靠性增加。
7）芯片结点靠近封装基板，结温低，热阻下降，出光效率提高，芯片可靠性增加。
比垂直结构蓝宝石衬底的GaN LED芯片（图2）的优势：
1）蓝宝石衬底的折射率1.7比GaN的2.4小，蓝宝石/(硅胶+荧光粉)和GaN/(硅胶+荧光粉)的全反射临界角分别为51.1-70.8度和36.7-45.1度，在封装结构中由蓝宝石表面射出的光经由硅胶和荧光粉界面层的全反射临界角更大，光线全反射损失大大降低。出光效率提高。
2）荧光粉直接接触的蓝宝石上表面温度低，荧光粉效率提高，出光效率高，可靠性增加。
3）芯片结点靠近封装基板，结温低，热阻下降，出光效率提高，芯片可靠性增加。
实施例二：
本发明提供了如附图4、6所示的一种采用倒装蓝光芯片封装的LED集成光源，包括MCPCB基板10、LED芯片阵列6和荧光粉硅胶层5，LED芯片阵列6倒置，即LED芯片结构从上至下依次为蓝宝石衬底61、N-GaN层62、MQWs层63、P-GaN层64、金属反射层65；N电极66与P电极67分别焊接在MCPCB基板10上。
MCPCB基板10由下向上依次包括金属基层4、导热绝缘层3、电路层2、阻焊层1。正、负极通过焊锡27焊接在电路层2上。
MCPCB基板与荧光粉硅胶层之间设有高反射涂层8。
高反射涂层8的材料为对450nm到700nm光波长反射率达95%以上的材料。高反射涂层8材质是硅胶类，环氧树脂类。高反射涂层8厚度从1微米到500微米。高反射涂层8通过用印刷的方式，如喷涂印刷，，钢网印刷，丝网印刷等方法制备。
LED芯片阵列由多颗芯片串联、并联组成；芯片串并线路连接通过MCPCB线路层。
芯片固晶通过焊锡来完成；焊锡固晶的实现，是通过针筒点胶法，或沾胶法，或钢网印刷法把锡膏印到MCPCB的焊脚上，通过高温回流焊方式完成 固晶。
由于采用高反射涂层替换镀银反射层，解决了镀银反射层易被氧化和硫化而变黑的问题。所以本实施例比水平结构蓝宝石衬底的GaN LED芯片（图1）和垂直结构蓝宝石衬底的GaN LED芯片（图2）的优势除实施例一所述以外，还具有既能提高光源光效，也能延长光源寿命的特点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。