CN102709448A - 一种白光led封装结构及封装方法 - Google Patents
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Abstract
一种白光LED封装结构,包括光学透镜、LED芯片、预制荧光薄膜和基板,所述的预制荧光薄膜与LED芯片自上而下叠置成一体置于光学透镜内,并与光学透镜下平面一起与基板固结成一体,同时所述1ED芯片的电极与基板之间直接由电极引线导通;所述的预制荧光薄膜,其原料为荧光粉和粘合剂,由荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用荧光粉预制薄膜;所述的荧光粉为一种Ce激活的钇铝石榴石结构的黄色荧光材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED封装结构,特别是一种白光LED封装结构及封装方法,属于LED制作技术领域。
背景技术
荧光薄膜是近年来广受关注的一类新型材料,它可作为灯管和窗口材料、激光材料、闪烁体材料,应用前景广阔。由于技术原因,目前主流的LED制造方法是蓝光芯片与黄色荧光粉结合,其具体工艺为,先将LED芯片固定在支架上,连接好电路;接着按一定比例称取荧光粉和硅胶,将二者混合均匀后放入真空干燥器内排气泡,然后将荧光粉与硅胶的混合物涂覆到芯片上(也称点胶),随后加热使其固化,接着可以用一个透明塑料透镜密封在上面,中间空隙内以硅胶填充,再次加热使硅胶固化,即可制成独立的LED灯成品,最后根据需要,将一个或者多个独立的LED灯组合在一起,连接好电路,即形成所需的LED照明灯。
然而,在上述LED封装过程中存在着几个关键性问题:
首先,在点胶时,荧光粉的浓度难以自始自终的保持一致。这是由于荧光粉在硅胶中是保持一定的颗粒度的,而且荧光粉有一定的重量,其密度较硅胶也大很多。虽然硅胶较为粘稠,荧光粉在其中仍会逐渐沉淀,而排气泡的时间较长,间接的促进了荧光粉的沉降,所以,在点胶的时候,开始点的胶中荧光粉浓度较大,越往后,浓度则越低,由此导致了不同批次甚至是相同批次制造出的LED器件出光色度不完全相同,最后工厂必须将制造出来的LED按照颜色误差或者色温等参数进行分类。
其次,单个芯片上点胶的厚度难以做到一致,由于点胶机每次点出的胶均近似球形,所以固化后的荧光粉涂层必然是中间厚,四周薄,最后封装出LED的光色度从中间和四周看必然不一致,中间偏黄,四周偏蓝;
其三,荧光粉因为受热而引起的发光衰减问题,由于现行LED封装工艺都是直接将荧光粉和硅胶的混合物点到芯片上,而芯片在工作时,会散发出大量的热,使芯片周围的温度迅速升高,结果荧光粉的发光效率由于受热而不断下降,最终直接影响到LED的寿命。
考虑到未来LED功率将越来越高,其芯片面积也会随之增大,散出的热也会更多,以上三个问题也将越来越突出。
鉴于上述原因,中国专利文献公开的专利号为ZL200910030917.5的“一种预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构及制备方法”,提出了一种利用丝网印刷预制薄膜封装LED芯片的封装结构及封装方法,期望解决传统LED芯片封装结构存在的众多问题。
但是,经本发明人对该结构的分析,以及对其在实际运用中的效果分析,认为其虽然提出了一种运用预制薄膜的LED芯片封装技术,但由于其设计结构上的局限性,因此依照该封装结构和封装方法提出的技术方案存在以下缺陷:
1、采用该预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构封装,使用多种原材料(胶水、填充胶、高分子薄膜)封装在一起,因每个材料的折射率、膨胀系数等特性不一致,在老化测试和使用过程中会出现层次脱离、龟裂等问题,该产品信赖性低;
2、LED芯片与荧光粉层之间的距离越远,通过多次折射,造成出光效率不同,会导致光源周围产生黄圈;
3、采用镂空支架封装,支架高出芯片部分若为吸光材料,会影响光源光效;支架高出芯片部分若为反光材料,则会因为多次折射导致光源光斑形状不规则;
4、由于LED用荧光粉的比重大、粒径小,采用平面丝网印刷的工艺生产薄膜,无法控制印刷产品的均匀度,出光一致性、良率无法保证,材料损耗较大,导致封装成本上升。
发明内容
本发明的目的:旨在提出一种能有效克服上述缺陷的白光LED封装结构及方法。
这种白光LED封装结构,包括光学透镜、至少一颗LED芯片、预制荧光薄膜和基板,其特征在于:所述的预制荧光薄膜与LED芯片自上而下叠置成一体置于光学透镜内,并与光学透镜下平面一起与基板固结成一体;同时,所述LED芯片的电极与基板之间直接由电极引线导通;其中,所述的预制荧光薄膜6,其原料为荧光粉和粘合剂,由荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用荧光粉预制薄膜;所述的荧光粉为一种Ce激活的钇铝石榴石结构的荧光材料,化学组成通式为:(A3-x)(Al5-2mBmCm)FnO12-n:xCe;其中A为Y、Gd、La、Tb的一种或者几种,B为Ti、Zr、V中的一种或几种,C为Mn、Zn、Mg、Li中的一种或者两种;其中0.03≤x≤0.1,0.01≤m≤2,0≤n≤3x。
所述的LED芯片为垂直结构的单电极芯片。
所述的基板设有正电极区和负电极区;且所述基板为陶瓷基板、铜合金基板或铝合金基板。
所述的预制荧光薄膜与LED芯片之间、LED芯片与基板之间置有粘胶型充填剂或凝胶。
所述的充填剂5为硅胶、环氧树脂、银胶中的一种、或两种充填剂的混合体。
所述的预制荧光薄膜为通过注塑方式制备的一种白光LED用荧光粉预制薄膜。
这种白光LED封装结构的封装方法如下:
A、将荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜;然后根据生产需要切割成与LED芯片匹配的大小规格,预留出连接电极引线的位置备用。
B、将至少一颗LED芯片置于基板上,将电极引线一端与LED芯片的电极连接,另一端与基板上的极点连接,将步骤A制得的预制荧光薄膜与LED芯片用粘结填充剂粘结成一体,构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体,随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时。
C、在步骤B制得的预制荧光薄膜、LED芯片、基板的组合体上方,加盖使用粘结填充剂制得的光学透镜,并与基板粘接,覆盖于预制荧光薄膜与LED芯片组合体、及电极引线上方。
所述的光学透镜下平面以上的镜体内设有一安置预制荧光薄膜和LED芯片组合体的空穴。
这种白光LED封装结构,其封装方法如下:
A、将荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜;然后根据生产需要切割成与LED芯片匹配的大小规格,预留出连接电极引线的位置备用;
B、将至少一颗LED芯片置于基板上,将电极引线一端与LED芯片的电极连接,另一端与基板上的极点连接,将步骤A制得的预制荧光薄膜与LED芯片用粘结填充剂粘结成一体,构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体,随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时;
C、用成型模具、透光材料制作底部设有空穴的光学透镜体;
D、将步骤B制得的上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体安置在光学透镜体镜体下部的空穴内,并将步骤B制得的预制荧光薄膜、、LED芯片、基板的组合体上方,加盖按步骤C制得的光学透镜,并使之与基板粘接,覆盖于预制荧光薄膜与LED芯片组合体、及电极引线上方。
所述的荧光粉为一种LED用红色荧光粉,其结构通式为R2-x-yEuxAY(MO4)3;其中R为Sc、Y、La、Gd、Lu中的一种或两种,A为Sm,Bi中的一种或两种;M为Mo、W中的一种或两者的混合物,其中0<x≤2,0≤y≤0.3,x>y,x,y为摩尔百分数。
所述的荧光粉为一种LED用绿色荧光粉,所涉及的荧光粉的化学组成通式为:(A9-m-u-vBm)(Si4-nMn)O16-m/2-n/2X2:uEu,vR;其中A为碱土金属中Mg、Ca、Sr、Ba的一种或几种,R为金属Zn、Mn、Y、Gd、Tb、Yb、Dy、Ce、Ho、Pr、Bi、Sn、Ti中一种或者几种,B为碱金属Li、Na、K中一种或者几种,M为B、AL、Ga中的一种或者几种,X为F、CL、Br、I中一种或者几种;其中0.001≤M≤1,0≤N≤1,0.03≤U≤0.6,0≤V≤0.5。
根据以上技术方案提出的这种白光LED封装结构及封装方法,应用注塑方法获得的LED预制荧光薄膜,工艺简单,薄膜的厚度、大小、形状和荧光粉含量便于控制,进而保证制造出的单个LED的各种光学性能具有高度的一致性。同时,由于直接将光学透镜盖于覆有预制荧光薄膜、LED芯片组合体上方,摒弃支架结构既可减少LED芯片与荧光粉层之间的距离,克服因多次折射,造成出光效率不同,会导致光源周围产生黄圈;同时也使封装后的整体更为紧凑,降低材料损耗,有利于降低封装成本。
附图说明
附图为白光LED封装结构示意图。
图中:1-光学透镜2-电极引线3-基板4-LED芯片5-充填剂6-预制荧光薄膜7-LED芯片电极8-凹穴。
具体实施方式
如图所示的这种白光LED封装结构,包括光学透镜1、至少一颗LED芯片4、预制荧光薄膜6和基板3,其特征在于:所述的预制荧光薄膜6与LED芯片4自上而下叠置成一体置于光学透镜1内,并与光学透镜1下平面一起与基板3固结成一体,同时所述LED芯片4的电极与基板3之间直接由电极引线2导通;其中,所述的预制荧光薄膜6,其原料为荧光粉和粘合剂,由荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用荧光粉预制薄膜;所述的荧光粉为一种Ce激活的钇铝石榴石结构的荧光材料,化学组成通式为:(A3-x)(Al5-2mBmCm)FnO12-n:xCe;其中A为Y、Gd、La、Tb的一种或者几种,B为Ti、Zr、V中的一种或几种,C为Mn、Zn、Mg、Li中的一种或者两种;其中0.03≤x≤0.1,0.01≤m≤2,0≤n≤3x。
所述的LED芯片为垂直结构的单电极芯片。
所述的基板3设有正电极区和负电极区;且所述基板为陶瓷基板、铜合金基板或铝合金基板。
所述的预制荧光薄膜6与LED芯片4之间、LED芯片4与基板3之间置有粘胶型充填剂5或凝胶。
所述的充填剂为硅胶、环氧树脂、银胶中的一种、或两种的混合体。
LED荧光薄膜为通过注塑方式制备的一种白光LED用荧光粉预制薄膜。
在实际应用中,这种白光LED封装结构的封装方法有两种。其一为:
A、将荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜;然后根据生产需要切割成与LED芯片匹配的大小规格,预留出连接电极引线的位置备用。
B、将至少一颗LED芯片4置于基板3上,将电极引线2一端与LED芯片的电极连接,另一端与基板3上的极点连接,将步骤A制得的预制荧光薄膜6与LED芯片4用粘结填充剂5粘结成一体,构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体,随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时。
C、在步骤B制得的预制荧光薄膜6、LED芯片4、基板3的组合体上方,加盖使用粘结填充剂5注入、制得的光学透镜1,并与基板粘接,覆盖于预制荧光薄膜6与LED芯片4组合体、及电极引线2上方。
其第二种封装方法如下:
A、将荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜;然后根据生产需要切割成与LED芯片匹配的大小规格,预留出连接电极引线的位置备用;
B、将至少一颗LED芯片4置于基板3上,将电极引线2一端与LED芯片的电极连接,另一端与基板3上的极点连接,将步骤A制得的预制荧光薄膜6与LED芯片4用粘结填充剂5粘结成一体,构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体,随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时;
C、用成型模具、透光材料制作底部设有空穴8的光学透镜体;
D、将步骤B制得的上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体安置在光学透镜体镜体下部的空穴8内,并将步骤B制得的预制荧光薄膜、、LED芯片4、基板3的组合体上方,加盖按步骤C制得的光学透镜1,并使之与基板粘接,覆盖于预制荧光薄膜6与LED芯片4组合体、及电极引线2上方。
本技术方案中采用的黄色荧光粉也可为LED用红色荧光粉替代,所用红色荧光粉的其结构通式为R2-x-yEuxAY(MO4)3;其中R为Sc、Y、La、Gd、Lu中的一种或两种,A为Sm,Bi中的一种或两种;M为Mo、W中的一种或两者的混合物,其中0<x≤2,0≤y≤0.3,x>y,x,y为摩尔百分数。
本技术方案中采用的黄色荧光粉也可为LED用绿色荧光粉替代,所述的绿色荧光粉为一种LED用绿色荧光粉,所涉及的荧光粉的化学组成通式为:(A9-m-u-vBm)(Si4-nMn)O16-m/2-n/2X2:uEu,vR;其中A为碱土金属中Mg、Ca、Sr、Ba的一种或几种,R为金属Zn、Mn、Y、Gd、Tb、Yb、Dy、Ce、Ho、Pr、Bi、Sn、Ti中一种或者几种,B为碱金属Li、Na、K中一种或者几种,M为B、AL、Ga中的一种或者几种,X为F、CL、Br、I中一种或者几种;其中0.001≤M≤1,0≤N≤1,0.03≤U≤0.6,0≤V≤0.5。
Claims (11)
1.一种白光LED封装结构,包括光学透镜(1)、至少一颗LED芯片(4)、预制荧光薄膜(6)和基板(3),其特征在于:所述的预制荧光薄膜(6)与LED芯片(4)自上而下叠置成一体置于光学透镜(1)内,并与光学透镜(1)下平面一起与基板(3)固结成一体,同时所述LED芯片(4)的电极(7)与基板(3)之间直接由电极引线(2)导通;其中,所述的预制荧光薄膜(6),其原料为荧光粉和粘合剂,由荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜(6);所述的荧光粉为一种Ce激活的钇铝石榴石结构的荧光材料,化学组成通式为:(A3-x)(Al5-2mBmCm)FnO12-n:xCe;其中A为Y、Gd、La、Tb的一种或者几种,B为Ti、Zr、V中的一种或几种,C为Mn、Zn、Mg、Li中的一种或者两种;其中0.03≤x≤0.1,0.01≤m≤2,0≤n≤3x。
2.如权利要求1所述的白光LED封装结构,其特征在于:所述的LED芯片(4)为垂直结构的单电极芯片。
3.如权利要求1所述的白光LED封装结构,其特征在于:所述的基板(3)设有正电极区和负电极区;且所述基板为陶瓷基板、铜合金基板或铝合金基板。
4.如权利要求1所述的白光LED封装结构,其特征在于:所述的预制荧光薄膜(6)与LED芯片(4)之间、LED芯片(4)与基板(3)之间置有粘胶型充填剂(5)。
5.如权利要求4所述的白光LED封装结构,其特征在于:所述的充填剂为硅胶、环氧树脂、银胶中的一种、或两种的混合体。
6.如权利要求4所述的白光LED封装结构,其特征在于:LED荧光薄膜为通过注塑方式制备的一种白光LED用荧光粉预制薄膜。
7.如权利要求1所述的一种白光LED封装结构,其封装方法如下:
A、将荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜;然后根据生产需要切割成与LED芯片匹配的大小规格,预留出连接电极引线的位置备用;
B、将至少一颗LED芯片(4)置于基板(3)上,将电极引线(2)一端与LED芯片的电极连接,另一端与基板(3)上的极点连接,将步骤A制得的预制荧光薄膜(6)与LED芯片(4)用粘结填充剂(5)粘结成一体,构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体,随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时;
C、在步骤B制得的预制荧光薄膜(6)、LED芯片(4)、基板(3)的组合体上方,加盖使用粘结填充剂(5)制得的光学透镜(1),并与基板粘接,覆盖于预制荧光薄膜(6)与LED芯片(4)组合体、及电极引线(2)上方。
8.如权利要求1或7所述的一种白光LED封装结构,其特征在于:所述的光学透镜(1)下平面以上的镜体内设有一安置预制荧光薄膜和LED芯片组合体的空穴(8)。
9.如权利要求1或8所述的一种白光LED封装结构,其封装方法如下:
A、将荧光粉和粘合剂按0.1~1:1的质量比均匀混合,采用注塑方法注入设计厚度为0.1-1mm的注塑模具内,在100-300℃环境温度下固化90秒,脱模后即获得一次成型的厚度在0.1-1mm±0.02mm的白光LED用预制荧光薄膜;然后根据生产需要切割成与LED芯片匹配的大小规格,预留出连接电极引线的位置备用;
B、将至少一颗LED芯片(4)置于基板(3)上,将电极引线(2)一端与LED芯片的电极连接,另一端与基板(3)上的极点连接,将步骤A制得的预制荧光薄膜(6)与LED芯片(4)用粘结填充剂(5)粘结成一体,构成上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体,随后将其在环境温度为100-200℃下烘干1-5小时;
C、用成型模具、透光材料制作底部设有空穴8的光学透镜体;
D、将步骤B制得的上覆预制荧光薄膜的LED芯片组合体安置在光学透镜体镜体下部的空穴(8)内,并将步骤B制得的预制荧光薄膜、、LED芯片(4)、基板3的组合体上方,加盖按步骤C制得的光学透镜(1),并使之与基板粘接,覆盖于预制荧光薄膜(6)与LED芯片(4)组合体、及电极引线(2)上方。
10.如权利要求1或7、或9所述的一种白光LED封装结构,其特征在于:所述的荧光粉为一种LED用红色荧光粉,其结构通式为R2-x-yEuxAY(MO4)3;其中R为Sc、Y、La、Gd、Lu中的一种或两种,A为Sm,Bi中的一种或两种;M为Mo、W中的一种或两者的混合物,其中0<x≤2,0≤y≤0.3,x>y,x,y为摩尔百分数。
11.如权利要求1或7、惑所述的一种白光LED封装结构,其特征在于:所述的荧光粉为一种LED用绿色荧光粉,所涉及的荧光粉的化学组成通式为:(A9-m-u-vBm)(Si4-nMn)O16-m/2-n/2X2:uEu,vR;其中A为碱土金属中Mg、Ca、Sr、Ba的一种或几种,R为金属Zn、Mn、Y、Gd、Tb、Yb、Dy、Ce、Ho、Pr、Bi、Sn、Ti中一种或者几种,B为碱金属Li、Na、K中一种或者几种,M为B、AL、Ga中的一种或者几种,X为F、CL、Br、I中一种或者几种;其中0.001≤M≤1,0≤N≤1,0.03≤U≤0.6,0≤V≤0.5。
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