CN102931180A - 一种led光源及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LED光源以及制造方法，属于半导体照明技术领域。LED光源包括基板和多个芯片，芯片固定于基板上，芯片与芯片之间、芯片与基板之间通过金属线相互连接，芯片上通过胶粘有荧光粉薄片。制造方法是：将荧光粉与高分子材料混合均匀，在模具中固化成型，切割，作为荧光粉薄片；将芯片固定于基板上，并用金属线将芯片与芯片之间、芯片与基板之间相连接；将胶水涂于基板的芯片和金属线上，再将荧光粉薄片贴于胶水，覆盖芯片上，固化后即可。本发明所提供的LED光源不会发生荧光粉沉淀问题，因此也避免了由于荧光粉沉淀导致的光源之间的光色参数一致性低的问题，简化了分选工序，降低了生产成本，提高了成品率。

Description

一种LED光源及制造方法
技术领域
本发明提供了一种LED光源以及制造该LED光源的方法，这种方法尤其适合制造发光面积较大的COB光源，属于半导体照明领域。
背景技术
作为新一代照明技术，LED发展非常迅速，技术不断提升、市场规模不断扩大，凭借着节能、环保、全固态、长寿命等优点不断取代传统照明灯具。
当前LED的封装方法和工艺大同小异，具体技术路线是：固晶，将芯片用固晶机固定在基板或者支架上；焊线，用焊线机将芯片与芯片、芯片与支架的电路相连；点胶，将按照一定比例调配好的荧光粉和胶水混合物，涂覆在芯片上，然后固化，即完成了基本的封装流程。目前这种封装工艺在各个封装企业、各种类型的产品上应用都非常普遍，但是这种封装工艺也存在着一些一直未能解决的问题，主要是荧光粉沉淀以及因此导致的各种问题，由于荧光粉密度较大，在硅胶或者环氧树脂这种液体中，随着时间的延长，荧光粉会不断沉淀，这种沉淀表现在两个方面：一是在封装的点胶过程中，荧光粉在针筒等容器内由于停留时间较长产生的沉淀，这种沉淀会造成点胶开始时和结束时的光源成品批次性的不一致，开始时点胶封装的光源荧光粉量偏少，而点胶过程居中或者靠后一段时间封装的光源荧光粉量偏多，到结束时，荧光粉量又严重偏少；二是点胶后，荧光粉在光源上的沉淀，由于光源载点胶后并不是马上就放入烤箱内烘烤，这就使得荧光粉在进入烤箱之前的一段时间内继续沉淀。以上两个问题会导致生产出光源的光、色参数的一致性较低，给后续的分选带来很多麻烦，增加很多工作量，更严重的会导致产品的成品率降低，而目前为了提高光源的亮度，很多厂家开始使用粒度更大的荧光粉，随着荧光粉粒度的增加，其重量也将成倍的增加，沉淀也就更加明显，上述问题必将更加严重。
另一方面，采用上述工艺封装制造的LED光源，不论是SMD还是COB光源，其表面都是非常光滑的，近似水平面，而光从光密物质（硅胶或者环氧树脂）射到光疏物质（空气）时，在二者的界面处会发生全反射，二者的界面越平整，越光滑，发生全反射的光也就越多，出射出来的光就越少，结果造成制造出的光源的光通量的直接降低。
发明内容
本发明的目的在于：解决传统LED封装过程中荧光粉的沉淀，而造成的光源成品品质不一的问题。
本发明另一个目的是：解决传统LED封闭过程中，光线在光源表面被反射，而影响到光强度降低的问题。
本发明提供的LED光源以及制造方法，不再采用传统的涂覆荧光粉和胶粘剂混合物的工艺，而是将荧光粉和高分子材料预先制造成荧光粉薄片，这种荧光粉薄片一般是由荧光粉和高分子材料混合固化后制成。
具体地说：本发明提供的LED光源的制造方法，包括下述步骤：
S1：将荧光粉与高分子材料混合均匀，在模具中固化成型，切割，作为荧光粉薄片；
S2：将芯片固定于基板上，并用金属线将芯片与芯片之间、芯片与基板之间相连接；
S3：将胶粘剂涂于基板的芯片和金属线上，再将荧光粉薄片贴于胶粘剂，覆盖芯片上，固化后即可。
上述的高分子材料可以采用聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，也可以采用硅胶或者环氧树脂中的一种。
上述的胶粘剂可以采用硅胶或者环氧树脂。
上述的高分子材料采用聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)时，为了使密度不同的两种材料混合均匀，PC或者PMMA最好是选用粒子料，并且在混合的过程中最好添加一些白油之类的具有粘性的辅助料，以便混合后荧光粉都均匀的粘在粒子料的表面。将混合物加热熔融后挤出，荧光粉和高分子材料就能够达到均匀的混合，不会出现一荧光粉在某一位置过多或者过少，也就是避免了荧光粉的沉淀问题；至模具中冷却固化，取出后，切割至所需大小即可，作为荧光粉薄片。采用这样的方法制作荧光粉薄片，薄片固化速度快，可以一次性加入大量的高分子材料和荧光粉的混合物，不会出现传统方法中针筒中荧光粉浓度会变化、点胶前期与后期荧光粉浓度不一的问题。同时，用高分子材料与荧光粉混合好之后，模具进行挤出成型，可以使混合料在短时间内固化，从而也避免了荧光粉在上述混合料内的沉淀，更避免了荧光粉沉淀到芯片上和芯片周围。
另外，采用硅胶或者环氧树脂与荧光粉进行混合时，将物料混合均匀，放置于模具中，通过常规的加热固化成型既可。同样避免了常规方法中荧光粉沉淀、分散不均的问题。
通过常规方法在基板上固定芯片，并通过金属线将芯片与芯片、芯片与基板进行连接，芯片与芯片之间的连接方式可以是串联、并联或者混联。
再使用胶粘剂，例如硅胶或者环氧树脂，施加于芯片和金属线上，再将制造好荧光粉薄片后贴在胶粘剂上，将胶粘剂固化后，即制得LED光源。这样封装好的LED光源就不会再有荧光粉沉淀问题，光源一致性将大大提高。
另外，作为本方法的改进，在预制荧光粉薄片的工艺的过程中，将模具内部制造成非光滑面，这样制备出来的荧光粉薄片会产生凹凸不平的面，可以明显降低光从胶粘剂发射到空气过程中的全反射，有效提高光源的光通量。
荧光粉薄片的上表面或者下表面中，可以其中一面具有这样的非光滑面的结构，也可以两面都有。非光滑面的结构可以是凹槽或凸起，其截面可以是矩形、弧面形、三角形等，也可以是多段间隔的沟槽、球面等形状，也可以将这些可选的截面形状进行相互搭配，都可以实现本发明的技术方案。
除了使用模具成型的方式将荧光粉薄片表面形成凹槽或凸起外，也可以通过机加工的方法将对荧光粉薄片的表面进行加工成型，例如：切、削、刻等常规操作，都能实现本发明的技术方案。
本发明也同时提供了一种LED光源，包括基板和多个芯片，芯片固定于基板上，芯片与芯片之间、芯片与基板之间通过金属线相互连接，其特征在于：芯片上胶粘有荧光粉薄片。
上述的LED光源的荧光粉薄片的上表面或下表面，至少一面上具有非光滑面。
上述的非光滑面，可以是为凹槽或凸起，截面是矩形或圆弧形。采用这样的结构，既可以保证减少光线的反射，同时也适合加工。
将荧光粉薄片的截面是圆弧形时，可以起到一定的光学设计作用，有利于后续的灯具制造时的配光设计；
所述的荧光粉薄片的厚度可以为0.05～5mm，优选0.1～2mm，荧光粉薄片的厚度较薄有利于降低光在其中的损失；
所述的凹槽宽度可以为0.05～2mm，优选0.1～1mm，在同等面积下槽宽越小，则可以刻画越多的凹槽，这样有利于减小全反射，提高光效率；
所述的凹槽深度可以为0.04～1mm；
有益效果
与现有LED光源尤其是COB光源相比，本发明所提供的LED光源不会发生荧光粉沉淀问题，因此也避免了由于荧光粉沉淀导致的光源之间的光色参数一致性低的问题，简化了分选工序，甚至不再需要分选，缩短了LED光源制造的工序，降低了生产成本，提高了成品率；另一方面由于荧光粉薄片表面进行了粗化处理，设计了非光滑面，降低了光的全反射比例，提高了出光效率，也就是提高了光源的光通量，使得采用本方法制造的LED光源更加节能。
附图说明
图1是采用传统封装工艺制造出的COB光源剖面结构示意图；
图2是本发明提供的一种具有非光滑面结构的荧光粉薄片制造的COB光源剖面结构示意图；
图3是本发明提供的另一种具有非光滑面结构的荧光粉薄片制造的COB光源剖面结构示意图；
图4是本发明提供的另一种具有非光滑面结构的荧光粉薄片制造的COB光源剖面结构示意图；
图5是本发明提供的另一种具有非光滑面结构的荧光粉薄片制造的COB光源剖面结构示意图；
图6是采用对照例所示方案和实施例1所示方案分别制造的COB光源的光通量测试对比图；
其中1是荧光粉和胶粘剂的混合物；2是基板；31、32是围墙胶；41、42、43、44是芯片；5是胶粘剂；6是荧光粉薄片，A是采用图5所示方案制造的COB光源的光谱及强度，B是采用图1中方法所示方案制造的COB光源的光谱及强度。横坐标是波长(nm)，纵坐标是相对光强度。
具体实施方式
对照例
参见图1，这是一个采用传统封装方法制造的COB光源剖面结构示意图，在传统的封装方法中，为了实现白光转换成白光，有必不可少的一步工艺是点胶，就是将荧光粉和胶粘剂的混合物1涂覆在芯片上，然后让其流平，由于混合物有一定的粘度，因此其流平需要一段时间，而在这段时间内以及上述混合物在点胶设备的时间内，都会发生沉淀，荧光粉制造出的光源从剖面上看，荧光粉的浓度是从上到下逐渐变浓的，而这将会明显的影响制造的光源的光色参数，随着封装应用的荧光粉颗粒越来越大。这种问题将变得更加明显和严重。
实施例1
如图2所示，一种制备LED光源的方法，包括下列步骤：
首先，设计预定形状的模具，将荧光粉与聚碳酸酯的粒子料混合均匀后，采用注塑工艺混合物加入注塑机内，通过模具制造出厚度为0.05mm的荧光粉片，其中凹槽深度为0.04mm，凹槽宽度是0.05mm，切割后，作为荧光粉薄片6。
再将若干个芯片41、42、43、44按设计要求固定在基板2上，然后焊线，用金线、银线、或铜线等金属线按照一定的连接，如并联、串联或者混联将芯片与芯片之间的电路相连，最后将芯片41、42、43、44与基板2之间的电路相连，接着将围墙胶31、32涂覆在基板上，形成一圈，将基板2的发光区和芯片41、42、43、44围在圈内，然后把调配好的胶粘剂5填充在围墙胶31、32围城圈内，并将发光区和芯片41、42、43、44完全覆盖，待用，本实施例中，粘胶剂采用硅胶；然后将切割好的荧光粉薄片6贴在基板2的粘胶剂5上，然后将上述整体放入烘箱内固化即可得到本发明所提供的LED光源。
采用本方案所制造的LED光源的光通量（强度）与传统点胶式封装所制造的LED光源的相对光强度对比图如图6所示，从中可以看到，采用本方案所制造的LED光源的相对光强度明显高于传统点胶式封装的相应结果。
实施例2
如图3所示，一种制备LED光源的方法，与实施例1的区别在于：采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与荧光粉混合，设计特定的模具，通过注塑成型制备荧光粉薄片6。薄片一面上具有凹槽结构，凹槽的两侧呈带圆顶的形状，凹槽宽度是0.1mm，凹槽深度为0.09mm，薄片厚度为0.1mm。
再通过在基板上固定芯片、注胶、粘贴薄片，可以制备出带有荧光粉薄片的LED光源。
实施例3
一种制备LED光源的方法，与实施例1的区别在于：凹槽宽度是1mm，凹槽槽深度为0.6mm，薄片厚度为2mm，再通过在基板上固定芯片、注胶、粘贴薄片，可以制备出带有荧光粉薄片的LED光源。
实施例4
一种制备LED光源的方法，与实施例1的区别在于：凹槽宽度是2mm，凹槽深度为1mm，薄片厚度为5mm，再通过在基板上固定芯片、注胶、粘贴薄片，可以制备出带有荧光粉薄片的LED光源。
实施例5
参见图3，一种制备LED光源的方法，与实施例2的区别在于：采用硅胶与荧光粉混合均匀，放入模具中，加热固化，制备出表面具有沟槽结构的荧光粉薄片，凹槽宽度是1.5mm，荧光粉薄片厚度为2mm。
再通过在基板上固定芯片、使用环氧树脂注胶、粘贴薄片、加热固化后可以制备出带有荧光粉薄片的LED光源。
实施例6
参见图4，一种制备LED光源的方法，与实施例3的区别在于：采用环氧树脂与荧光粉混合均匀，放入模具中，加热固化，制备出的荧光粉薄片上具有凹槽结构，凹槽结构两侧的截面为圆弧形的沟槽结构，凹槽宽度是1mm，荧光粉薄片的厚度是4mm。
实施例7
参见图5，一种制备LED光源的方法，与实施例2的区别在于：设计一个具有大小不一的截面为圆弧形状的沟槽结构模具，然后将荧光粉和PMMA的混合料加入模具内，制造出厚度为5mm的荧光粉薄片，接着按照LED光源封装要求，进行切割即可得到荧光粉薄片，然后将切割好的荧光粉薄片贴在基板的硅胶上，然后将上述整体放入烘箱内固化即可得到本发明所提供的LED光源。
经试验，采用实施例2～实施例7所制得的LED光源，其荧光粉较常规点胶方法具有一致性好、分布均匀的优点，而且其照明时的光强度也优于常规工艺制备的光源。
上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，如荧光粉薄片的正反面黏贴方式，厚度，粗糙面形状，芯片排列方式等等。

Claims (10)

1.一种LED光源，包括基板和芯片，芯片固定于基板上，芯片与芯片之间、芯片与基板之间通过金属线相互连接，其特征在于：芯片上胶粘有荧光粉薄片。
2.根据权利要求1所述的LED光源，其特征在于：所述的荧光粉薄片的上表面或下表面，至少一面为非光滑面。
3.根据权利要求2所述的LED光源，其特征在于：所述的非光滑面是在荧光粉薄片的表面设置凹槽或凸起，凹槽或凸起的截面为矩形或圆弧形。
4.根据权利要求3所述的LED光源，其特征在于：所述凹槽宽度为0.05～2mm，凹槽深度为0.04～1mm。
5.根据权利要求1～2任一项所述的LED光源，其特征在于：所述的荧光粉薄片的厚度为0.05～5mm。
6.一种制造LED光源的方法，包括以下步骤：
S1：将荧光粉与高分子材料混合均匀，在模具中固化成型，切割，作为荧光粉薄片；
S2：将芯片固定于基板上，并用金属线将芯片与芯片之间、芯片与基板之间相连接；
S3：将胶粘剂涂于基板的芯片和金属线上，再将荧光粉薄片贴于胶粘剂，覆盖芯片上，固化后即可；
所述的高分子材料是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、硅胶或者环氧树脂中的一种。
7.根据权利要求6所述的制造LED光源的方法，其特征在于：步骤S1中所述的高分子材料是粒子料；在混合时，还添加白油。
8.根据权利要求6所述的制造LED光源的方法，其特征在于：所述的胶粘剂是硅胶或者环氧树脂中的一种。
9.根据权利要求6所述的制造LED光源的方法，其特征在于：步骤S1中，还需要将荧光粉薄片的上表面或下表面的至少一面上形成非光滑面。
10.根据权利要求9所述的制造LED光源的方法，其特征在于：通过模具成型的方法在荧光粉薄片上构成非光滑面。
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