CN107833947B - 一种led封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED封装方法，包括，准备基板(21)；将LED芯片固定在所述基板(21)上；在所述LED芯片的上表面设置第一封装层(22)；在所述第一封装层(22)上形成多个球形透镜(23)；在所述球形透镜(23)和所述第一封装层(22)上方设置第二封装层，且所述第二封装层(24)含有黄色荧光粉；将设置有所述第一封装层(22)、多个所述球形透镜(23)和所述第二封装层(24)的所述LED芯片进行长烤，以完成所述LED的封装。本发明实施例通过在第一封装层和第二封装层之间设置多个球形透镜，球形透镜和呈弧形的第二封装层对LED芯片照射出的荧光进行了二次整形，使得光束更加集中，而且避免了增加额外透镜，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于光电器件技术领域，具体涉及一种LED封装方法。
背景技术
LED具有寿命长、发光效率高、显色性好、安全可靠、色彩丰富和易于维护的特点。在当今环境污染日益严重，气候变暖和能源日益紧张的背景下，基于大功率LED发展起来的半导体照明技术已经被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一，这是自煤气照明、白炽灯和荧光灯之后，人类照明史上的一次大飞跃，迅速提升了人类生活的照明质量。
目前实现白光LED的方法主要有三种：蓝光LED+黄色荧光粉，RGB三色LED，紫外LED+多色荧光粉，在采用蓝光LED+黄色荧光粉的方式时，荧光粉一般是直接涂敷在芯片表面上的，而由于荧光粉的光散射特性使得相当一部分的正向入射光线会被后向散射，因此，芯片对于后向散射的光线存在吸收作用，所以，这种直接涂敷的方式将会降低封装的取光效率。另外，将荧光粉直接涂敷在芯片上，芯片产生的高温会使荧光粉的量子效率显著下降，从而严重影响到封装的流明效率。
另一方面，由于LED光源发出的光一般呈发散式分布，因此光源照明亮度不够集中，一般需要通过外部透镜进行整形，增加了生产成本。
因此，研制出一种高流明效率、低成本的封装技术已经成为目前亟待解决的问题。
发明内容
针对以上存在的问题，本发明提出了一种新的LED封装方法，具体的实施方式如下。
具体的，本发明的一个实施例提供了一种LED封装方法，其中，包括，
步骤1、准备基板21；
步骤2、将LED芯片固定在所述基板21上；
步骤3、在所述LED芯片的上表面设置第一封装层22；
步骤4、在所述第一封装层22上形成多个球形透镜23；
步骤5、在所述球形透镜23和所述第一封装层22上方设置第二封装层24，且所述第二封装层24含有黄色荧光粉；
步骤6、将设置有所述第一封装层22、多个所述球形透镜23和所述第二封装层24的所述LED芯片进行长烤，以完成所述LED的封装。
在本发明的一个实施例中，步骤3包括：
步骤31、在所述LED芯片上表面涂敷第一硅胶层；
步骤32、采用第一半球形模具在所述第一硅胶层上形成半球形凹槽；
步骤33、对所述第一硅胶层进行第一初烤后，去除所述第一半球形模具，以形成所述第一封装层22，第一初烤温度为90-125℃，时间为15-60分钟。
在本发明的一个实施例中，步骤4包括：
步骤41、利用上半球模具和下半球模具制备多个硅胶球，所述硅胶球含有黄色荧光粉；
步骤42、去除所述下半球模具，将所述硅胶球置于所述半球形凹槽内；
步骤43、对所述硅胶球进行第二初烤、去除所述上半球模具，以形成所述球形透镜23，第二初烤温度为90-125℃，时间为15-60分钟。
在本发明的一个实施例中，步骤5包括：
步骤51、在所述球形透镜23上方涂敷第二硅胶层；
步骤52、利用第二半球形模具使所述第二硅胶层的上表面形成弧形；
步骤53、对所述第二硅胶层进行第三初烤、脱模和打磨，以形成第二封装层24，第三初烤温度为90-125℃，时间为15-60分钟。
在本发明的一个实施例中，步骤4之前还包括：
步骤34、分别配置用于制造所述球形透镜23和所述第二封装层24的含有黄色荧光粉的硅胶材料，使得光线透过所述球形透镜23和所述第二封装层24后，发出的荧光的波长范围为570nm-620nm。
在本发明的一个实施例中，步骤1包括：
步骤11、选用铝材作为基板21，且所述基板21的厚度大于0.5毫米、小于10毫米；
步骤12、将所述基板21进行清洗；
步骤13、将所述基板21烘干。
在本发明的一个实施例中，步骤2包括：
步骤21、准备所述LED芯片，所述LED芯片为氮化镓基蓝光芯片；
步骤22、在所述LED芯片上设置阳极电极引线和阴极电极引线；
步骤23、将所述阳极电极引线和所述阴极电极引线焊接在所述基板21上。
在本发明的一个实施例中，所述第一封装层22的折射率小于所述第二封装层24的折射率，且所述球形透镜23的折射率大于所述第二封装层24的折射率。
在本发明的一个实施例中，所述球形透镜23的直径为10-200微米，多个所述球形透镜23均匀间隔排列，且间距为10-200微米。
在本发明的一个实施例中，将多个所述球形透镜23呈矩形均匀排列，或者呈菱形排列。
本发明的有益效果为：
1、通过在第一封装层和第二封装层之间设置球形透镜，并将黄色荧光粉设置在第二硅胶层上，使得光照更加集中，而且避免了增加额外透镜，降低了生产成本。
2、通过采用含有黄色荧光粉的硅胶制成球形透镜和第二封装层，避免了荧光粉与LED芯片直接接触，提高了LED封装的取光效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供LED封装方法的流程图；
图2为本发明实施例提供LED封装方法中的准备基板的工艺流程图；
图3为本发明实施例提供LED封装方法中的准备LED芯片的工艺流程图；
图4为本发明实施例提供LED封装方法中的蓝光LED芯片的结构示意图；
图5为本发明实施例提供LED封装方法的详细流程示意图；
图6为采用本发明实施例提供LED封装方法制造的LED封装结构的结构示意图；
图7A、图7B为本发明实施例提供的多个球形透镜的排列示意图；
图8为本发明实施例提供LED封装方法中的检测包装工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参考图1，图1为本发明实施例提供LED封装方法的流程图；其中，本发明实施例提供的LED封装方法，具体步骤如下：
步骤1：准备基板21；如图2所示，图2为本发明实施例提供LED封装方法中的准备基板的工艺流程图；具体包括选用铝材作为基板21、将所述基板21进行清洗和将所述基板21烘干，具体的，基板21为实心铝板，制备时，先将基板21裁切成需要的大小，然后对其进行清洁，要将上面的污渍、尤其是油渍清洗干净，并将该基板21烘干，以保持基板21的干燥，本实施例中，基板21的厚度D大于0.5毫米，而小于10毫米，其宽度W可根据实际需求进行裁切，在此不做限制；由于基板21的较厚，不易受热变形，当增加额外的散热装置时，能够较好地与散热装置贴合，散热效果更好。
步骤2：将LED芯片固定在所述基板21上；如图3示，图3为本发明实施例提供LED封装方法中的准备LED芯片的工艺流程图；具体的，
步骤21：准备所述LED芯片，所述LED芯片为氮化镓基蓝光芯片；如图4所示，图4为本发明实施例提供LED封装方法中的蓝光LED芯片的结构示意图；其中层1为衬底材料，层2为GaN缓冲层，层3为N型GaN层，层4和层6为P型GaN量子阱宽带隙材料，层5为INGaN发光层，层7为AlGaN阻挡层材料，层8为P型GaN层，所示LED芯片的厚度介于90微米-140微米之间，需要说明的是，所述LED芯片还可以是其他任何可选类型，本发明实施例对此不作限制。
步骤22：在所述LED芯片上设置阳极电极引线和阴极电极引线，具体为：在N型GaN层上设置有阴极电极，该阴极电极具有外接引线，在P型GaN层上设置有阳极电极，该阳极电极具有外接引线。
步骤23：将所述阳极电极引线和所述阴极电极引线焊接在所述基板21上；具体包括将LED芯片上的引线焊接在基板21上，和将LED芯片本体固定在基板21上，本发明实施例中，采用回流焊的焊接方式。
需要说明的是，在将上述步骤完成后，本发明实施例中还需要对焊线进行检查，当焊线无误，执行步骤3，若焊线检测有问题，则重复步骤21至步骤23。
步骤3：在所述LED芯片的上表面设置第一封装层22；如图5所示，图5为本发明实施例提供LED封装方法的详细流程示意图；具体的，
步骤31：在所述LED芯片上表面涂敷第一硅胶层；需要说明的是，第一硅胶层上不含有荧光粉，这样就可以避免荧光粉与LED芯片直接接触，解决了高温引起的荧光粉的量子效率下降的问题。另一方面，由于第一硅胶层直接涂敷在LED芯片上，需要能够耐受LED芯片散发出来的大量的热，因此与LED芯片接触的硅胶为耐高温的硅胶，这样就可以避免硅胶受热容易老化发黄引起透光率下降的问题。
步骤32：采用第一半球形模具在所述第一硅胶层上形成半球形凹槽；在第一硅胶层还未固化时，使用第一半球形模具，在第一硅胶层上挤压出嵌入第一硅胶层内的半球形凹槽。
需要说明的是，在第一硅胶层上设置多个半球形凹槽，此外，在第一硅胶层上设置半球形凹槽时，半球形凹槽的底面到LED芯片上表面的距离为L，为了保证出光效率，L大于3微米。
步骤33：对所述第一硅胶层进行第一初烤后，去除所述第一半球形模具，以形成所述第一封装层22，具体的，将第一硅胶层连同第一半球形模具一起进行第一初烤，当第一硅胶层固化后，再将第一半球形模具去除，以形成带有均匀排列的多个半球凹槽的第一封装层22，第一初烤温度90-125℃，烘烤时间为15-60分钟。
本实施例中，请参考图5，步骤4在执行之前，需要先准备含有黄色荧光粉的硅胶，也即先执行步骤34：分别配置用于制造所述球形透镜23和所述第二封装层24的含有黄色荧光粉的硅胶材料，具体的，用于制造球形透镜23的透镜硅胶与用于制造第二封装层24的硅胶是不同的，将黄色荧光粉分别于制备球形透镜23的透镜硅胶和制备第二封装层24的硅胶进行混合，混合后进行颜色测试，使得GaN基蓝光芯片的光照射到混合有黄色荧光粉的硅胶上后，发出的荧光光波长在570nm-620nm之间。然后执行步骤4。
步骤4：在所述第一封装层22上形成多个球形透镜23；如图5所示，具体包括：
步骤41、利用上半球模具和下半球模具制备多个硅胶球，所述硅胶球含有黄色荧光粉；
具体的，利用上半球模具和下半球模具形成球形腔体，然后向其内注入用于制备球形透镜23的透镜硅胶形成硅胶球，该透镜硅胶中含有以及配置好的黄色荧光粉。
步骤42、去除所述下半球模具，将所述硅胶球置于所述半球形凹槽内；
具体的，将硅胶球的下半球模具去掉，然后将硅胶球放置于第一封装层22上的半球形凹槽内，需要说明的是，半球形凹槽的大小与硅胶球的大小是相匹配的，在选用第一半球形模具、上半球模具和下半球模具的尺寸时即可确定。
步骤43：对所述硅胶球进行第二初烤、去除所述上半球模具，以形成所述球形透镜23，第二初烤温度为90-125℃，烘烤时间为15-60分钟；具体的，对硅胶球进行第二初烤以使其能够固定在第一封装层22上，第二初烤之后载去除上半球模具，有利于球形透镜23定型，需要说明的是，相邻的两个球形透镜23之间通过硅胶条连接。
通过设置球形透镜23，可以改变光的传播方向，能够有效地抑制全反射效应，有利于更多的光发射到LED外面，提高LED的发光效率。
需要说明的是，本发明实施例中，球形透镜23使得GaN基蓝光芯片照射的光进行了整形，使得光束更加集中，此外，如图7A和图7B所示，在第一封装层22上形成的多个球形透镜23可以呈矩形均匀排列，也可以呈菱形均匀排列，此外多个球形透镜23的排列方式还可以是圆形、椭圆形或者不规则形状，以能够最大限度地保证光源的光线在集中区均匀分布即可，本发明实施例对此不作限制。
此外，本实施例中对球形透镜23的尺寸也做了限制，如果球形透镜23的尺寸过小，那么起不到集中光束的作用，而当球形透镜23的尺寸过大时，则光线容易不均匀，因此，本实施例中，球形透镜23的直径2R介于10-200微米之间，而且多个球形透镜23均匀间隔排列，也即间距相等，本实施例中，相邻两个球形透镜23之间的间距A为10-200微米，需要说明的是，本发明实施例中，相邻的两个球形透镜23之间的距离可以不相同，并且相邻的两个球形透镜23之间的间距A越小越好。
可选的，本发明实施例中，相邻的两个球形透镜23之间的间距A与球形透镜23最底端到LED芯片的距离L可以相等。
步骤5：在所述球形透镜23和所述第一封装层22上方设置第二封装层24，且所述第二封装层24含有黄色荧光粉；请参考图5，具体的包括，
步骤51、在所述球形透镜(23)上方涂敷第二硅胶层；在球形透镜23的上表面，以及相邻两个球形透镜23之间的位置处均涂敷第二硅胶层，该第二硅胶层由含有黄色荧光粉的硅胶制成。
步骤52：利用第二半球形模具使所述第二硅胶层的上表面形成弧形；所述弧形具体可以为半球形、抛物线型或者扁平形，其中半球形出光角最大，适合于普通照明应用；抛物面出光角最小，适合于局部照明应用；而扁平形介于两者之间，适合于指示照明。因此，可根据产品应用场所来选择具体的形状，以期达到最好的使用效果。
步骤53：对所述第二硅胶层进行第三初烤、脱模和打磨，以形成第二封装层24，第三初烤温度为90-125℃，烘烤时间为15-60分钟。第三初烤完成后，第二硅胶层固化，形成第二封装层24，去掉第二封装层24上表面的第二半球形模具，然后对固化的第二硅胶层进行打磨，使第二硅胶层的上表面形成一个大透镜，这样就能够使LED光源发出的发散式的光更加集中，提高了光源亮度，而且不需要额外设置外部透镜进行二次整形，降低了生产成本。
需要说明的是，本发明实施例中的多个球形透镜23是“凸凸镜”，“凸凸镜”的焦距f=R/(2(n2-n1))，其中，n2是球形透镜23的折射率，n1取第一封装层22和第二封装层24的折射率的均值(本发明实施例中球形透镜23上下两层硅胶折射率相近)，R是球形透镜23的半径。
为了保证光从透镜出射后未聚拢状态，而不会发散，本发明实施例中，第二封装层24高出球形透镜23顶面的高度应该在2倍焦距以内，也即第二封装层24应该高出球形透镜23顶面R/（n2-n1），在实际应用中，第二封装层24的厚度一般高出球形透镜23顶面50-500微米。
需要说明的是，本实施例中，所述第一封装层22的折射率小于所述第二封装层24的折射率，且所述球形透镜23的折射率大于所述第二封装层24的折射率。具体的，本发明实施例中，硅胶层的折射率从下向上依次增大的设置方式，能够较好地抑制全反射现象，并且第二封装层24的折射率越小越好，以避免第二封装层24与外界空气之间形成折射率差，导致全反射，通过该种设置方式，以期使光照最大化地照射出去，避免全反射使得光被封装结构吸收变为热量，提高了取光效率。
此外，本发明实施例中可以通过改变球形透镜23和第二封装层24中黄色荧光粉的含量，而对LED光源照射出来的光的光色进行调节，光的颜色可以变为白色再变为黄色，还可以调节光源的色温。具体的以本发明实施例中LED光源的实际要求为准进行调节，本发明实施例对此并不做限制。
步骤6：将设置有所述第一封装层22、所述多个球形透镜23和所述第二封装层24的所述LED芯片进行长烤，以完成对所述LED的封装，长烤温度为100-150℃范围内，烘烤时间为4-12小时。本实施例中，通过长烤，消除第一封装层22、第二封装层24和多个球形透镜23的内部应力，使得封装结构更加牢固，性能更加稳定，最终形成LED封装成品。
如图6所示，图6为采用本发明实施例提供LED封装方法制造的LED封装结构的结构示意图；其中，21为基板；22为第一封装层，23为球形透镜23，24为第二封装层。
需要说明的是，在LED封装完成后，如图8所示，图8为本发明实施例提供LED封装方法中的检测包装工艺流程图；包括对封装结构进行测试分捡和包装，以形成可进行后续应用的成品。
综上所述，本文中应用了具体个例对本发明实施例提供的一种LED封装方法的实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。
Claims (7)
1.一种LED封装方法，其特征在于，包括，
步骤1、准备基板(21)；
步骤2、将LED芯片固定在所述基板(21)上；
步骤3、在所述LED芯片的上表面设置第一封装层(22)；所述第一封装层（22）上形成有多个半球形凹槽；
步骤4、在所述第一封装层(22)上形成多个球形透镜(23)；所述球形透镜(23)形成于所述半球形凹槽内；
步骤5、在所述球形透镜(23)和所述第一封装层(22)上方设置第二封装层(24)，且所述第二封装层(24)含有黄色荧光粉；
步骤6、将设置有所述第一封装层(22)、多个所述球形透镜(23)和所述第二封装层(24)的所述LED芯片进行长烤，以完成所述LED的封装；
所述球形透镜(23)的直径为10-200微米，多个所述球形透镜(23)均匀间隔排列，且间距为10-200微米；所述球形透镜(23)呈矩形均匀排列，或者呈菱形排列；
所述第一封装层(22)的折射率小于所述第二封装层(24)的折射率，且所述球形透镜(23)的折射率大于所述第二封装层(24)的折射率；
所述球形透镜(23) 的焦距f=R/(2(n2-n1))，其中，n2是球形透镜(23)的折射率，n1取第一封装层(22)和第二封装层(24)的折射率的均值，R是球形透镜(23)的半径；所述第二封装层(24)高出球形透镜(23)顶面的距离不大于R/（n2-n1）。
2.根据权利要求1所述的LED封装方法，其特征在于，步骤3包括：
步骤31、在所述LED芯片上表面涂敷第一硅胶层；
步骤32、采用第一半球形模具在所述第一硅胶层上形成半球形凹槽；
步骤33、对所述第一硅胶层进行第一初烤后，去除所述第一半球形模具，以形成所述第一封装层(22)，第一初烤温度为90-125℃，时间为15-60分钟。
3.根据权利要求2所述的LED封装方法，其特征在于，步骤4包括：
步骤41、利用上半球模具和下半球模具制备多个硅胶球，所述硅胶球含有黄色荧光粉；
步骤42、去除所述下半球模具，将所述硅胶球置于所述半球形凹槽内；
步骤43、对所述硅胶球进行第二初烤、去除所述上半球模具，以形成所述球形透镜(23)，第二初烤温度为90-125℃，时间为15-60分钟。
4.根据权利要求3所述的LED封装方法，其特征在于，步骤5包括：
步骤51、在所述球形透镜(23)上方涂敷第二硅胶层；
步骤52、利用第二半球形模具使所述第二硅胶层的上表面形成弧形；
步骤53、对所述第二硅胶层进行第三初烤、脱模和打磨，以形成第二封装层(24)，第三初烤温度为90-125℃，时间为15-60分钟。
5.根据权利要求1所述的LED封装方法，其特征在于，步骤4之前还包括：
步骤34、分别配置用于制造所述球形透镜(23)和所述第二封装层(24)的含有黄色荧光粉的硅胶材料，使得光线透过所述球形透镜(23)和所述第二封装层(24)后，发出的荧光的波长范围为570nm-620nm。
6.根据权利要求1所述的LED封装方法，其特征在于，步骤1包括：
步骤11、选用铝材作为基板(21)，且所述基板(21)的厚度大于0.5毫米、小于10毫米；
步骤12、将所述基板(21)进行清洗；
步骤13、将所述基板(21)烘干。
7.根据权利要求1所述的LED封装方法，其特征在于，步骤2包括：
步骤21、准备所述LED芯片，所述LED芯片为氮化镓基蓝光芯片；
步骤22、在所述LED芯片上设置阳极电极引线和阴极电极引线；
步骤23、将所述阳极电极引线和所述阴极电极引线焊接在所述基板(21)上。
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